柴油液滴冲击液膜润湿壁面实验和数值模拟

从实验和数值模拟两方面研究了液滴碰撞液膜润湿壁面的过程。实验采用高速摄像仪观测并分析了液滴撞壁后的铺展、水花形成和液滴破碎飞溅现象,并定量获得了液滴的铺展系数和铺展速度随时间的变化规律。实验结果表明:液滴的铺展系数和铺展速度的碰撞速度效应明显;碰撞速度越大,液滴的铺展系数越大;液滴撞壁后的铺展速度迅速减小,碰撞速度越大铺展速度越大。数值模拟采用流体体积法,综合考虑液滴与壁面间传热及接触热阻的作用,建立了液滴撞壁数值模型。该模型模拟结果和实验数据吻合较好,证明了数值模型的准确性。数值结果表明:液体内部的压力梯度是液滴铺展、产生皇冠水花和以及液滴破碎飞溅的主要原因;毛细波是水花颈部收缩和液滴破碎飞溅的关键因素。

不同壁面特性下液膜铺展性能数值模拟

液膜在安全壳表面的流动铺展性能对非能动安全壳冷却系统有重要的影响。采用三维数值模拟方法研究了降膜板表面形貌、接触角与液相雷诺数对液膜铺展性能的影响,并将结果与前人的实验和理论结果对比,吻合良好。研究发现,当降膜板为横向波纹板时液膜完全铺展时间、液膜厚度及界面湍动程度明显大于平板与纵向波纹板,此时波纹板波谷处会有循环流动产生。随接触角的增加或液相雷诺数的减小,液膜逐渐从完整流转变为片状流、溪流、滴状流。在纵向波纹板对液膜的导流与撕裂综合作用下,随接触角的变化,液膜的铺展性能与平板相比也发生较大的变化。

活性剂对表面声波作用下薄液膜铺展的影响

针对表面声波作用下含不溶性活性剂的部分润湿薄液膜的铺展过程,推导出了液膜厚度和表面活性剂浓度的无量纲演化方程组,通过数值计算研究了声波引起的漂移流主导的液膜铺展过程及漂移流与毛细力共同控制的铺展过程.结果表明表面声波驱使液膜铺展及移动,而活性剂进一步促进了液膜的铺展过程,且当活性剂存在时受漂移流与毛细力共同控制的铺展过程中出现了铺展半径收缩的现象,使得液膜达到平衡状态所需的时间更长.另外,液膜最大厚度和铺展半径的变化速度随着分离压与活性剂浓度的相关系数a值、Marangoni数M值的增大而加快.