热非平衡效应下蒸发或冷凝剪切液膜流的非稳定性

热非平衡效应下的液体薄膜流在相变和剪切力耦合作用下,气液交界面处的边界条件更为复杂,在一定程度上影响着液膜流动的非稳定性。通过建立热非平衡效应和剪切力耦合作用的液膜流动控制模型,得到扰动增长率与热非平衡效应、相变强度、剪切力、雷诺数和倾角间的理论表达式,探讨了不同因素对流动非稳定性的影响规律。研究表明,界面蒸发状态所引起的扰动将加剧流动非稳定性,而冷凝状态减缓其非稳定性;热非平衡效应及其相变强度的影响在小雷诺数下较为明显,随雷诺数增加,其影响逐渐减弱。扰动增长率随倾角呈单峰曲线变化,垂直液膜处于最不稳定状态,而水平流液膜最有利于减小流动的非稳定性;正向剪切力使表面波非稳定性增强,反向剪切力使其非稳定性减弱。

热非平衡效应与切应力耦合作用下波状液膜流的稳定性

当液体薄膜流界面同时存在切应力和相变时,切应力和相变引起的非热平衡效应将改变液膜的流动状态和界面力平衡状态,二者的相互耦合将使流体动力学特性和稳定性更为复杂。基于完整边界条件,采用参数摄动法,建立了沿倾斜壁面下降的热非平衡效应与切应力耦合作用下的二维液膜流动的Orr-Sommerfeld方程,得到波速和扰动增长率的表达式,着重分析了相变和切应力的影响。结果表明:冷凝状态及其相变强度的增加使得液膜的稳定性得到加强;而蒸发状态及其相变强度的增加导致液膜稳定性减弱;反向切应力有利于流动稳定,正向切应力不利于流动稳定;热非平衡效应不仅影响扰动增长率,而且对临界波数和临界雷诺数也有影响。

基于积分法的热非平衡效应下剪切液膜流的表面波演化模型

当液膜表面同时存在热非平衡效应和切应力作用时,引发液膜流动不稳定的扰动及其影响将更为复杂。基于边界层理论,通过建立气液界面受热非平衡效应和切应力耦合作用的液膜流动的理论模型,采用包含弱非线性项的积分法,推导出热非平衡效应下剪切液膜流的表面波积分演化模型,模型中包括了相变强度、切应力、雷诺数和倾斜角度等不同参数的影响,为分析复杂边界条件下的液膜流的演化特征和稳定性提供了一种可借鉴的理论模型。

含V形结构金属骨架石蜡的相变传热特性研究

在节能减排的背景下,新能源的开发和利用对国家发展至关重要,相变蓄能技术可以解决新能源时间和空间不匹配的问题。文章构建了V形结构金属骨架,对纯石蜡方腔、含均匀结构金属骨架石蜡方腔、含V形结构金属骨架石蜡方腔的模型,采用有限元方法数值模拟并分析了不同模型的熔化速率、蓄热速率和局部热非平衡效应。结果表明:添加金属骨架有利于相变材料的熔化,其中V形结构金属骨架的效果更好;与均匀结构金属骨架相比,V形结构金属骨架具有更加明显地提升相变材料蓄热速率的效果;在传热前期,V形结构金属骨架的局部热非平衡效应更明显,而在传热后期,其温度均匀性更好。