振动及加热壁面条件下的近壁空泡溃灭可视化研究

采用低压电火花生成空泡的方式系统研究了复杂壁面条件下的近壁空泡溃灭行为。通过不同类型振动壁面及不同温度壁面附近的空泡溃灭行为的可视化试验,发现壁面振动对空泡溃灭有促进作用,空泡溃缩过程更快,体积变化更显著。不同类型壁面对空泡溃灭过程的影响不同,柱形壁面相较于球形壁面,近壁的空泡形态较不规则,溃灭呈现整体塌陷的趋势,在反弹阶段会形成不规则的空泡云。壁面升温会使得近壁空泡产生明显趋向于壁面的溃灭行为,并伴随多次空化的现象,这会对壁面造成严重损伤。

液滴冲击加热壁面沸腾现象特征分析

采用高速摄像仪对液滴冲击加热壁面过程进行实验观测,分析了不同实验流体的沸腾现象特征,探讨了中间射流及宝塔状气泡的形成机理。观测发现,壁温高于液体对应的Leidenfrost温度时水滴撞击后会出现暴沸现象,由于气泡夹带伴随强烈的核化作用,氯化钠溶液液滴撞击后可以观察到中间射流的产生,醇类液滴则发生完全反弹;壁温低于Leidenfrost温度时液滴在加热壁面会出现泡状沸腾现象,与半球形气泡不同,宝塔状气泡出现在液膜厚度较大的区域。此外定量考察了液滴在加热壁面完全反弹时的最大铺展因子,发现铺展因子仅受Weber数影响,与文献结果比较表明本研究得出的铺展因子经验公式可较好地预测液滴在加热壁面的铺展尺度。

液滴撞击加热壁面传热实验研究

本文采用高速摄像仪对水滴和乙醇液滴撞击加热壁面后的蒸发过程进行了实验观测,分析了液滴撞击加热壁面后的蒸发特性参数.实验中,两种液体初始温度均为20℃,不锈钢壁面初始温度范围为68—126℃.水滴初始直径为2.07 mm,撞击壁面时Weber数为2—44;乙醇液滴初始直径为1.64 mm,Weber数为3—88.结果表明,液滴受到重力、表面张力及流动性的影响,在蒸发过程的大部分时间内,水滴高度持续降低而接触直径几乎不变;蒸发后期,液滴发生回缩,水滴的接触直径、高度和接触角出现振荡现象.乙醇液滴的接触角随时间的增加呈现先减小随后保持不变的趋势,而接触直径和高度则持续减小,直到液滴完全蒸发.液滴蒸发总时长与液体物性和壁面温度有关,随壁面温度的升高而减小,与液滴撞击壁面时的Weber数无关.同时,随着壁面温度的升高,液滴显热部分占总换热量的比重增大,显热部分能量不可忽略,本文实验条件下得到水滴的平均热流密度为0.014—0.110 W·mm 2.

近加热壁面的双空穴对颗粒堆传热性能的影响

为了探究临近加热壁面的双空穴对颗粒堆加热过程的影响,构建了含双空穴的颗粒堆传热模型,并利用搭建的颗粒堆传热性能实验系统对模型进行了验证,研究了双空穴与加热壁面距离和双空穴相对距离的变化对颗粒堆传热性能的影响规律。研究结果表明:随着双空穴与加热壁面距离增加,加热壁面的研究区域热流量先减少后增加,颗粒堆研究区域热阻先增加后减少,空穴影响区域范围和空穴影响区域面积比均先增加后减小,研究区域热流量最小值、颗粒堆研究区域热阻最大值、空穴影响区域范围和空穴影响区域面积比最大值均出现在空穴与加热壁面距离为1倍粒径时。随着双空穴相对距离的增加,加热壁面总热流量增加,颗粒堆热阻减小,但是变化的趋势逐渐平缓,当双空穴相对距离增至8倍粒径时,双空穴之间的相互影响消失。

绿化空间布局及壁面加热条件对街道峡谷内污染物扩散的影响

采用经风洞实验验证的标准k−ε数值模型,模拟了绿化空间布局及壁面加热条件对街道峡谷内流场和污染物扩散的影响。考虑了3种绿化组合方式与4种壁面加热条件,并采用无量纲浓度K与空气交换率RACH分别对街道峡谷内污染情况与通风性能进行评估。结果表明,不同的绿化空间布局和壁面加热条件会改变街道峡谷内流场和污染物浓度分布。选择绿化结合布局时,应尽量选择绿墙和绿篱的组合以减弱绿化阻塞作用对污染物扩散的不利影响。背风面加热和迎风面加热对街道峡谷的通风能力提升作用并不明显,而三壁加热能明显改善街道峡谷的通风性能。

贴附射流送风加热墙壁面效果试验研究

针对地下室墙壁面易结露的问题,对贴附射流送风加热墙壁面的效果进行了试验研究,以达到防墙壁面结露的目的。结果表明,送风角度为0°、送风口距墙壁面的水平距离为5.0cm时加热墙壁面效果较好。

壁面加热作用对街道峡谷污染物扩散的影响

采用CFD软件Fluent研究了不同壁面加热条件下街道峡谷内流场及污染物浓度分布情况.结果表明,当街道高宽比(H/W)为1.33时,在低风速(u=1m/s)条件下,当壁面与周围大气无温差时,街道峡谷内存在一个稳定的顺时针大漩涡,污染物在背风侧堆积.当背风面、地面和背风面分别被加热时,峡谷内流场分布与无温差时相似,此时峡谷内的湍流强度增强,导致污染物浓度降低.当迎风面被加热时,峡谷内流场由原来的单漩涡结构变为双漩涡结构,此时街道峡谷下部浓度较高,上部浓度相对较低.当地面和迎风面同时被加热,温差较小(?θ=2℃)时,街道峡谷内流场由单漩涡结构变为双漩涡结构;温差增大为5℃,峡谷内由双漩涡分裂成了3个漩涡,此时污染物分布与迎风面被加热情况相似.通过实测值和模拟值的比较可知,Fluent软件对街道峡谷大气环境的模拟结果基本合理.

壁面加热湍流标度律的实验研究

用热线风速仪测量了风洞中壁面加热和不加热平板湍流边界层不同法向位置的流向速度和温度的时间序列信号 ,研究了壁面加热的边界条件和不同法向位置的剪切作用对速度和温度增量的p阶结构函数的非线性反常标度律的影响 ,实验结果表明 ,壁面加热的边界条件不同法向位置的剪切作用对层次结构模型中间歇参数 β和最奇异指数γ的影响明显存在 。

壁面加热对微圆柱漩涡脱落的影响

建立二维数学模型,对比研究了低雷诺数下(0~100)壁面加热对直径分别为2 cm、20μm及2μm的微圆柱漩涡脱落的影响规律。深入探讨了直径、壁面与流体温差对圆柱绕流中漩涡生长和脱落规律、尾流区速度、温度场及涡街参数分布等的影响规律及其原因,并基于计算结果拟合出了低雷诺数下斯特劳哈尔数(Sr)与雷诺数(Re)的定量关系式。研究发现当圆柱直径降至2μm时,与常规尺度圆柱相比微圆柱尾流区涡街的出现明显提前;而壁面加热减小了三者的差距,使三种不同直径圆柱背风区涡街出现的最低Re均降至40以下。微圆柱涡街的漩涡列距和间距之比h/l的值随着温差的增加而逐渐增大;相同温差下不同直径圆柱尾流区涡街h/l均随Re增加而减小,在相同Re下h/l值随圆柱直径的减小而明显增大。存在壁面加热时微圆柱绕流的Sr要高于无加热工况,两者之差最高可达20%左右。

侧壁面正弦加热条件下自然对流研究

通过采用SIMPLE算法求解二维流体力学基本方程组,研究了侧壁面正弦加热条件下普朗特数Pr=6.94的流体自然对流的动力学特性。结果表明,当格拉晓夫数Gr=4.4×10~3时系统由稳态阶段向周期阶段转变。在周期性阶段存在两种特殊的对流结构,它们是单局部对流卷和双局部对流卷;给出了特征物理量的分布及变化规律;说明垂直最大流速、水平最大流速、努塞尔数随着格拉晓夫数的增加而增加。最后,分析了腔体宽度对热壁面传热能力的影响,发现:当高宽比一定条件下,腔体宽度较大时,热壁面的传热能力较弱;对于宽度d分别为1cm和2cm的腔体,随着格拉晓夫数增大,最大努塞尔数的差值增大。

窄缝通道过冷沸腾壁面汽泡生长的研究

本文作者提出界面质点标记与局部网格加密相结合的方法来跟踪汽液界面移动 ,模拟了窄缝通道内过冷流动沸腾状况下加热壁面上汽泡的生长情况 ,并采用了klausner关于汽泡脱离的判断方法 ,计算至汽泡离开核化点开始沿壁面滑移为止。数值模拟得到汽泡的生长速率d(t) =ktn+d0 ,计算发现与大通道内相同参数条件下的流动核沸腾相比 ,窄缝通道内壁面上的活化汽泡具有生长速度减慢、脱落频率加快的特点。

柴油液滴撞击热壁面的动态行为特性

为了分析柴油机内喷雾液滴撞击活塞表面的现象,采用高速相机对柴油液滴撞击加热壁面的动态行为特性进行了研究。结果表明:在壁面温度为25~550℃和韦伯数(We)为25~174的条件下,柴油液滴撞击加热壁面会出现四种行为模式:粘附模式,回弹模式,破碎模式和破碎回弹模式。在粘附模式下,随着壁面温度提高,液滴粘性的降低会使液滴的铺展系数和动态接触角的变化幅度增大。随着We数增大,液滴的惯性力增强,进而形成更大的铺展系数。液滴的回弹行为会在壁面温度超过动态Leidenfrost温度时发生,且动态Leidenfrost温度随We数的增加约从425℃提高至450℃。在回弹模式下,随着We数增大,液滴最大铺展系数和无量纲接触时间显著增大,并结合文献分别总结出适用于多种工质的预测关系式。