液滴撞击振动壁面传热特性影响的数值研究

随着车载、机载等交通输运系统电子设备散热需求的不断提高,喷雾冷却的应用领域逐渐增加、应用环境逐渐复杂,确定振动对喷雾冷却传热过程的影响有重要意义。基于VOF方法和动网格模型,建立了液滴撞击垂直振动壁面的数值模型,研究了壁面振动速度变化形式和振动参数变化对传热过程的影响。结果表明:对于方波、余弦波和三角波三种不同振动速度变化形式,在相同最大速度和周期下,壁面速度余弦波变化在最大速度较小时液滴有最高的传热能力;随着振幅和频率的增加,壁面振动先后通过改变接触面积和接触时间影响传热;振幅和频率较小时,壁面振动对传热有抑制作用,随振幅和频率的增大传热逐渐增强,频率过大时,虽然撞击点处温度降低但总传热能力减小。

振动对液滴撞击壁面铺展特性的影响

在航空航天领域的喷雾冷却过程中,被冷却器件时常处于振动状态,因此确定振动对喷雾冷却液滴撞击壁面动态行为的影响有重要意义。基于VOF方法和动网格模型建立了液滴撞击垂直简谐振动壁面的数值模型,研究了壁面振幅、频率和初始相位角对铺展特性的影响。结果表明,相同撞击条件下,壁面振动不仅影响着最大铺展因子和铺展时间的大小,还会使液膜发生断裂抑制和飞溅行为;初始相位角为0°时,铺展时间随振幅和频率的增加而减小;最大铺展因子随振幅的增加一直增加,振幅较小时,最大铺展因子随频率的增加先增加后减小,在共振频率处取得最大值且减小程度随振幅的增大逐渐降低,振幅较大时,最大铺展因子随频率的增加变为一直增加;铺展时间和最大铺展因子随初始相位角的变化趋势主要与频率有关,频率较小时,初始相位角对铺展时间和最大铺展因子无明显影响,随着频率的增加,铺展时间先后在180°和90°相位最大,最大铺展因子先后在0°和180°相位最大。