润湿异性表面液滴定向运动研究进展

液滴在润湿异性表面的定向运动具有重要应用价值,如油水分离、水收集等,已成为表界面领域的研究热点.开展润湿异性表面液滴定向运动研究,对于理解固-液相互作用、开发高性能润湿异性表面具有重要意义.从楔形表面、沟槽阵列表面、亲水-疏水表面、非对称形貌表面和生物表面等角度,详细介绍了润湿异性表面液滴定向运动的最新研究进展,展示了...     

钛液滴作用下钛合金薄片火蔓延的数值模拟

针对钛火液滴法实验过程中钛合金薄片被引燃后的火蔓延行为,基于数值模拟研究钛合金在高温热源作用下的钛火传播过程。研究了在不同初始温度和环境条件下钛合金薄片中心被引燃后向四周蔓延的过程,并分析了钛合金薄片被烧断的条件。结果表明：钛合金薄片被引燃的初始阶段,钛火传播前沿以圆弧形态传播,圆弧形火焰前锋在薄片边缘会因边沿效应而出现拉伸;当薄片初始温度较低时钛合金起火经短暂传播后缓慢熄灭,当初始温度较高时钛合金薄片最终被烧断;通过参数分析发现钛合金薄片燃烧断裂的临界对流换热系数和初始温度呈线性关系,临界氧分压和初始温度呈负指数函数关系。     

超声速气流中液滴破碎的大涡模拟

为了研究超声速气流中的液滴破碎过程,采用基于CLSVOF界面追踪方法的大涡模拟方法。该方法中用可压流和不可压流求解器分别计算超声速气流流场和液体流场,并且在分别计算气相或液相时,另一相作为该相计算时的边界条件参与计算,从而实现可压流求解器和不可压求解的融合。通过去散度化液体速度外推解决界面处大液气密度比所带来的动量误差大的问题。利用该方法对来流Ma=1.358的超声速气流中的水滴破碎进行了数值模拟。模拟结果展示了超声速气流中液滴破碎的几何结构变化细节和基本破碎形态,且与实验吻合较好。数值模拟结果揭示了Rayleigh-Taylor不稳定和气动剪切力对液滴破碎的作用过程。破碎过程中,液滴在垂直来流方向上的最大无量纲宽度(Dmax/D0)约为4.5,无量纲破碎时间(tbU∞/D0)约为29.85。     

液滴发生器工作过程的动力学特性

为了研究喷孔位置对液滴发生器均匀液滴生成稳定性的影响,发展了液滴发生器工作过程的动力学特性计算模型,给出了基于声学理论的集液腔压力响应空间分布函数。考虑到部分小孔径、大长径比直流喷嘴的工作特点,在传统集中参数模型的基础上,建立了分布参数模型。随后,分析了Rayleigh模式下射流表面波色散关系的影响因素。结果表明,在特定的激励频率区间内,喷注面会产生近似圆环形状的波节结构,并随着频率的改变沿径向移动,因此液滴发生器的喷孔位置设计应当考虑喷注面的压力分布特性。与集中参数模型类似,喷嘴分布参数模型计算出的脉动流量也是随着激励频率的提高而减小,但滞后相位角保持约90°不变。分布参数与集中参数模型的适用界限要根据射流表面波的色散关系以及喷嘴长径比共同确定。     

横向气流中航空煤油凝胶液滴二次雾化特性实验研究

为研究航空煤油凝胶液滴在横向气流中的二次雾化特性,建立了二次雾化实验台,制备了3种胶凝剂含量下的航空煤油凝胶,在不同实验条件下(82We691,9.6×10-4Oh3.77)对液滴二次雾化过程进行了拍摄。测量了液滴变形、破碎模态、破碎时间、剥离速度及R-T(Rayleigh-Taylor)不稳定波波长等特征参数,并与航空煤油液滴进行了对比。结果表明:在实验条件,煤油和煤油凝胶液滴无量纲变形率在0.5~2.0,胶凝剂含量增加,液滴粘性效应增强,平均无量纲变形率降低;航空煤油和凝胶液滴具有两种破碎模态,同种破碎模态下,煤油和煤油凝胶的破碎过程相同;煤油和煤油凝胶液滴初始和总破碎时间随We数变化规律基本相同。不同Oh数下,3%煤油凝胶初始和总破碎时间与文献计算值相差较大,而其余3种材料液滴则吻合较好;液滴剥离速度随We数逐渐增加。We数低于200时,煤油剥离速度高于煤油凝胶,但继续增大We数时则相差不大;R-T不稳定波波长随We数增加而减小。煤油、1%和2%煤油凝胶波长实验值和理论值基本吻合,而对3%煤油凝胶,理论值则高于实验值。     

基于液滴模型的压气机吸水过程性能模拟

为了探究水吸入过程对压气机性能的影响,开展了多级轴流风扇在来流含水情况下的性能研究。构建液滴模型,综合考虑液滴轨迹及液滴的变形、破碎和与叶片的碰撞过程,同时需要探究液滴的蒸发和叶片表面附面层的蒸发。然后将液滴模型与平均流线法相结合,分析了水吸入对压气机内流量、压比和温比的影响。结果表明,吸入水含量一定时,液滴的直径越小,转子处压比和温比增量越大,最大分别能达到8.70%和4.89%。在液滴直径恒定时,吸入水含量越多,转子处压比和温比增量越大,最大分别能达到6.91%和3.94%。     

喷嘴内湍流运动对火焰浮起长度影响的数值模拟

为考虑喷嘴内部湍流运动对燃油雾化和火焰浮起长度的影响,将喷嘴内部的湍流流动以权重的形式加入初次破碎模型中,并对二次破碎模型进行了修正。建立了完整的燃油雾化和燃烧的数学模型。通过与实验数据对比来验证燃油雾化模型的准确性,并讨论了喷嘴内湍流运动对燃油雾化过程的影响。结果表明,湍流运动会加快液滴破碎和蒸发的速率,从而减小燃油蒸气贯穿距。火焰浮起长度的计算采用本文建立的燃油雾化模型,成功计算了火焰浮起长度随氧气体积分数、气体密度、气体温度和入射压力变化的规律。同时发现在不同气体密度和氧气体积分数的工况下,喷嘴内部湍流运动对火焰浮起长度的影响基本保持不变,分别为9%和13%;入射压力和气体温度的升高会导致喷嘴内部湍流对火焰浮起长度的影响逐渐变大。      

蒸发管蒸发效率的试验与管内两相流动的数值模拟

为研究微型燃烧室蒸发管的雾化蒸发性能,试验研究了进气温度、气油比（AFR）、管壁温度和进口空气流速对燃油蒸发率的影响。试验结果表明:进气温度和进口空气流速是影响蒸发效率的两个主要因素;当气油比减小到3.0时,管内两相流型由膜态沸腾向过渡态沸腾转变,该状态下燃油与管壁的换热效率最低。蒸发管数值仿真引入离散相模型（DPM）和液滴碰壁飞溅模型,蒸发效率计算结果与试验数据呈现相同趋势。在此基础上研究了气动参数对燃油雾化的影响。计算结果表明,进口空气流速的提高可以改善燃油雾化细度,但不利于液滴分布的均匀性,索太尔平均直径（SMD）与进口空气流速的-1.69次方成正比。      

不同液池深度下液滴撞击成泡现象

液池内液滴撞击成泡现象广泛存在,具有重要科研价值。利用高速摄像技术,测试了液滴从3~15m高度下落撞击不同深度液池时的液面成泡现象,给出了液池深度和液滴韦伯数We对撞击成泡的影响规律。结果表明:液滴撞击浅液池时,可以在撞击中心处形成1个圆泡,但撞击深液池时,则会先形成环形水泡,进而发展成1或2个圆泡,且成泡位置并不在撞击中心位置;在液滴撞击速度、液池深度、回落二次液滴等因素影响下,液滴撞击成泡现象呈现复杂的概率分布特性。     

液滴高速撞击低温壁面的动态特性及破碎机理研究

为研究液滴撞击低温壁面的动态行为,运用高速阴影法对韦伯数（We）在533～1630之间的单液滴撞击常温壁面（22 ℃）与低温壁面（?30～?10 ℃）进行可视化试验。试验结果表明:液滴以一定速度撞击低温壁面时,会发生即时破碎和冠状破碎,二次液滴飞溅明显;但液滴以相同速度撞击常温壁面时,未出现液滴破碎现象。随着壁面温度的降低,液滴撞壁破碎所需韦伯数减小。在壁面温度为?30 ℃时,液滴撞击铝合金板的破碎临界韦伯数降低至480左右;当We < 480时,即使壁面温度低于?30 ℃,液滴也不会发生撞壁破碎。当液滴撞击常温壁面时,液滴快速铺展,并且韦伯数越大,液滴铺展和回缩的速度越大,液滴的铺展因子越大。该研究可为液滴撞击低温壁面撞壁模型的建立提供参考。