毛细管静电雾化模式与力学过程分析

采用带有显微变焦镜头的高速摄像技术对无水乙醇在不锈钢单毛细管产生的静电雾化现象进行了可视化研究.基于毛细管末端形成的弯月面、微射流或雾滴分散形态,获得了无水乙醇的静电雾化模式及其转变过程,典型的雾化模式有滴状、微滴、纺锤、摆动射流、旋转射流、锥射流及多股射流等.通过分析不同雾化模式下微射流与雾滴的受力,探讨了微射流和雾滴的运动形态与雾化模式及受力之间的关系.试验结果表明:毛细管静电雾化模式与电压紧密相关,随着电压的增加,雾化模式逐渐从滴状、纺锤模式过渡为射流及多股射流模式,呈现较为有序的过渡;在不同的雾化模式下,微射流或雾滴受到的重力、电场力、阻力、表面张力及介质电泳力和变形力对微射流形态或雾滴运动轨迹有着不同程度的影响;在较低的电场强度下产生静电雾化过程中,电场力作用较小,重力占主导地位,雾滴在表面张力的作用下呈现球形或椭圆形;在较高的电场强度下产生的静电雾化过程,电场力占主导地位,雾化模式在不同性质电场力的作用下呈现出多样性.

蒸发液滴内部非稳态流动的数值计算

在气液两相流VOF(volume of fluid,VOF)模型的基础上耦合CSF(continuum surface force,CSF)表面张力模型,建立了高温平板上的铺展液滴与高温空气中悬浮液滴蒸发过程中内部非稳态流动模型,对液滴蒸发过程中内部非稳态流动进行了研究。基于相变理论,采用用户自定义函数将流体相变模型加入非稳态流动模型中进行耦合计算,获得了高温平板上的铺展液滴与高温空气中悬浮液滴蒸发过程中的内部流动及变化过程。液滴蒸发过程中非稳态内部流动由液滴表面的温度梯度引发,Marangoni流动在液滴内部形成的时间非常短,流体从液滴表面高温区域流向低温区域。计算结果表明:高温平板上随着液滴蒸发的进行,液滴内部一直保持两个对称的涡流,Marangoni流动比较稳定;高温空气环境中随着液滴蒸发的进行,液滴内部四个涡流逐渐转变成两个对称的涡流;液滴内部温度分布因Marangoni流动加强传热而变得均匀,同时由于温度分布变得均匀,Marangoni流动被削弱。