中空液滴碰撞水平壁面数值分析

采用耦合水平集-体积分数法并综合考虑传热及接触热阻作用建立了中空液滴碰撞水平壁面数值模型,并验证了模型的可靠性.通过分析计算结果,获得了中空液滴与实心液滴撞壁的动力学特征差异,揭示了中空液滴撞壁流动传热机理和中心射流形成机制,探索了碰撞速度和壁面浸润性对中空液滴撞壁动力学和传热特性的影响.研究表明:中空液滴撞壁后中心射流特征明显,并伴随有射流收缩和液壳破碎等现象.中空液滴内部压力梯度是液滴铺展、中心射流产生和发展的主要原因;撞壁过程中中心射流表面温度分布较为均匀,破碎液壳表面温度分布波动较大.碰撞速度与中空液滴撞壁最大铺展系数的相关性较小,但其对无量纲射流长度和壁面平均热流密度的影响较大;壁面浸润性与中空液滴撞壁后期铺展系数的相关性较大,但其对无量纲射流长度和壁面平均热流密度的影响较小.

中空液滴撞击液膜的数值研究

采用耦合水平集-体积分数法(CLSVOF)建立了中空液滴撞击液膜的数值模型,进行了模型的准确性验证,对中空液滴撞击液膜的动态特性及传热特性进行了研究。结果表明,中空液滴撞击液膜的动态过程包含液壳破碎、液壳液膜融合、液滴铺展等过程。中空液滴撞击液膜时会出现空气卷吸现象及颈部射流现象,颈部射流现象产生的原因是由于液滴颈部位置存在较大的局部压差。随着时间的推移,近壁面处流体的温度逐步上升,壁面的热流密度逐步降低,撞击过程对于传热特性所产生的影响趋于明显。分析了液壳厚度、液膜厚度及撞击速度对传热特性所产生的影响,壁面的平均热流密度随着液壳厚度及撞击速度的增大而增大,随着液膜厚度的增大而减小。

气流对含气泡油滴撞壁铺展流动过程的影响

油-气润滑系统工作过程中,有效的润滑油膜是确保摩擦副润滑效果的关键,其形成质量与输送气流作用下含气泡油滴撞壁后的铺展流动过程密切相关。为探索该铺展流动过程,基于VOF(Volume of fluid)方法对输送气流作用下含气泡油滴的撞壁过程进行数值模拟研究。观察了输送气流作用下含气泡油滴撞壁后的铺展流动过程,探讨了气流入射角及碰撞-气流速度比对含气泡油滴铺展特性的影响,分析了铺展过程中的气泡破裂及中心射流机制。发现当气流方向与含气泡油滴碰撞方向(竖直方向)存在差异时,含气泡油滴撞壁后在x方向的铺展呈非对称性。随着气流入射角的减小,非对称铺展现象越明显。碰撞-气流速度比增大时,非对称铺展现象减弱。碰撞速度较低(碰撞-气流速度比小于4)时含气泡油滴撞壁后,上侧油膜厚度不断减小直至达到极限值,最终在气流拖曳力、黏性剪切力及表面张力的共同作用下发生破裂。碰撞速度较高(碰撞-气流速度比等于4)时含气泡油滴撞壁后,其内部产生的速度涡旋致使部分铺展油液向气泡底部汇聚,中心射流得以形成。中心射流逐步发展直至穿透上侧油膜,气泡发生破裂。之后,气泡两侧油膜发生破碎并形成膜油滴,壁面油膜逐渐收缩成油膜层。

中空液滴倾斜撞击水平液膜的动力学数值研究

近年来,中空液滴因其在热喷涂、发泡材料的三维打印技术等领域中的优势再次引发了人们的关注.本文基于流体体积分数法(VOF)对中空液滴倾斜撞击水平液膜的动力学特征进行了数值计算,探究了不同撞击条件下中空气液滴倾斜撞击液膜后水花的形成以及演化过程,并分别对撞击倾角、液膜厚度以及撞击速度的影响进行了分析.结果表明,随着撞击倾角的增加,两侧冠半径呈现相反的变化趋势;当液膜厚度增加时,存在一个临界液膜厚度,此时右冠高度达到最大值;当撞击速度增大时,中空液滴倾斜撞击后的流动现象产生由无水花到有水花再到冠状水花的转变.当撞击速度达到一定值时,液滴前进方向一侧液膜不稳定性增强,并导致该侧的冠更容易在撞击初期发生破碎断裂.此外,本文还讨论了不同撞击条件下液滴内气泡的变形过程,并对不同条件下中空液滴倾斜撞击液膜后的水花形态进行了总结.