大温差下液滴运动及撞击表面行为规律研究

作     者：丁月 

作者单位：华中科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：陈建业

授予年度：2022年

学科分类：080701[工学-工程热物理] 08[工学] 080103[工学-流体力学] 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）] 

主      题：液滴撞壁 液氮 膜态沸腾 液膜铺展 蒸发规律 

摘      要：低温液滴撞击加热壁面的行为存在于液体火箭燃烧室、低温喷雾冷却等过程中,壁面与液滴之间存在极大温差时,液滴易在壁面发生膜态沸腾,形成一个阻碍换热的薄气膜。液滴与热表面的相互作用包含高度复杂的输运机制和界面变化,发生在极短的时间和毫米尺度,表面温度和We数是影响冲击行为和传热的主要因素。对介观尺度下液滴撞击加热壁面过程的流动特性和换热规律进行分析有助于更深刻理解喷雾冷却的机理。因此,本文建立直接数值模型并开展逆膜态沸腾实验对大温差下液滴蒸发及撞击表面运动行为和换热规律开展了研究,具体内容概括如下:1.建立直接数值模型比较了大温差表面和绝热表面下单液滴撞击壁面后的界面变化区别,讨论了多参数对液膜铺展过程的影响,定量分析了液膜最大扩散直径和液滴蒸发半径变化规律。微结构表面的存在阻碍液滴与壁面之间的直接接触,换热效果下降;换热效果随着液滴We数的增高而增强。2.分析双液滴交互作用的影响规律,双液滴撞击壁面会产生上升液层,减小液滴与壁面接触面积。多个因素对双液滴撞壁后产生的上升液层高度和最大扩散直径均有影响。在大温差下,液滴撞击壁面后铺展更快,上升片更高但更易破碎。3.开展常温液滴撞击液氮池表面后产生的悬浮运动进行可视化研究,发现不同直径的液滴在液氮池表面运动速度均先增大后减小,求得液滴温度变化的解析解,计算出悬浮液滴与池表面之间的悬浮夹角并得到液滴直径与悬浮时长的关系。