液滴撞击高温球面的动力学及传热特性分析

作     者：王太 孙亦铁 李晟瑞 刘璐 闫润 王腾 

作者机构：华北电力大学能源动力与机械工程学院 

出 版 物：《力学学报》 (Chinese Journal of Theoretical and Applied Mechanics)

年 卷 期：2025年

核心收录：

学科分类：080704[工学-流体机械及工程] 080103[工学-流体力学] 08[工学] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 0801[工学-力学（可授工学、理学学位）] 

基　　金：河北省自然科学基金项目(E2023502054和E2019502151)资助 

主　　题：液滴 高温球面 气膜 表面张力 数值模拟 

摘      要：Leidenfrost现象是液滴撞击高温壁面时产生的物理现象，广泛存在于电子工程、机械工程、动力工程、化学工程等领域，然而现有研究多数针对平面上的Leidenfrost现象，针对高温曲面的研究甚少，如高温球面。为了探究液滴撞击高温球面的动力学特性及传热特性，采用数值模拟方法研究了液滴撞击高温球面引起的Leidenfrost现象。从液滴与气膜形态以及壁面热流密度与压力分布等方面，分析了Leidenfrost现象，探究了液滴、气膜和热壁面之间的相互作用规律，发现气膜厚度较薄处，壁面热流密度较高，且液滴与壁面间的蒸汽在排出时会形成泊肃叶流，从而影响排气速度。随后，进一步研究了液滴撞击速度、液滴尺寸、壁面温度等因素的影响。研究结果表明，撞击速度和液滴尺寸的增加都可以增强液滴的铺展从而增强传热，但二者在气膜变化上有所不同，撞击速度的增加会导致排气加快，中心气膜厚度降低；液滴尺寸的增加则会使中心气膜厚度升高。由于液滴初始撞击动能不变，壁面温度的改变对液滴铺展趋势的影响不大，但壁面温度升高会加大液滴吸热量，使得蒸发速率加快，从而导致气膜中心厚度增加。