高效液滴冲击冷却的研究

论文摘要

液滴撞击固体壁面后会迅速变形,而后在固体壁面上铺展破裂。当液滴与基板之间存在温差的时候,还会伴随有传热现象。液滴撞击固体壁面的过程涉及到流体力学、传热学、表面化学等多学科的交叉;另外,液滴撞击固体壁面也是日常生活中非常常见的一种现象,在发电、喷墨打印、电力电子和农业等生产领域也有大量的应用。因此深入地研究液滴的铺展过程不但具有重要的理论意义,也具备广泛的实际应用价值。本文将通过数值模拟和实验的方式来研究液滴在固体基板上的撞击铺展过程。在数值模拟中,基于Level Set Method建立轴对称两相模型,捕捉液滴铺展过程中的界面运动规律。基于分子动力学理论(Molecular Kinetic Theory),获得液滴铺展过程中的动态接触角与移动接触线的关系。搭建实验台,利用高速相机记录液滴铺展过程中的变化。结果表明,液滴铺展过程中的数值模拟结果与实验结果符合良好。和常接触角模型相比,利用分子动力学理论获得的动态接触角的模型更能准确的模拟液滴铺展的过程。基于所建立的准确数学模型,进一步分析了液滴的We数、Re数以及Ca数对于液滴的撞击铺展过程的影响。同时,发现液滴在撞击固体壁面的过程中,在液滴底部会产生气穴,本文对于气穴对液滴铺展过程的影响进行深入研究。结果发现,气穴的存在促进了气穴附近流体的流动,从而整体上提升了带有气穴的液滴的铺展速度,最终影响了液滴的撞击铺展过程。进一步,分析了不同We数、Re数下带有气穴的液滴铺展过程。结果发现,We数、Re数对于带有气穴的液滴和未带有气穴的液滴的铺展过程的影响规律是一致的。本文的结果对于液滴冲击固体壁面等现象的研究具有重要的意义

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 主要符号表
• 第1章 绪论
•   1.1 课题背景及研究的目的和意义
•   1.2 研究现状和研究方法
•     1.2.1 实验研究
•     1.2.2 数值方法
•   1.3 目前研究中存在的问题
•   1.4 本课题的主要研究内容
• 第2章 数值模拟算法及实验方法
•   2.1 数学模型
•     2.1.1 基本假设
•     2.1.1 控制方程
•     2.1.3 动态接触角
•     2.1.4 Level Set方法
•   2.2 控制方程和LEVEL SET方程的离散
•     2.2.1 空间区域离散
•     2.2.2 控制方程离散方法
•     2.2.3 Level Set方程离散方法
•   2.3 数值求解步骤
•   2.4 实验方法
• 第3章 数值模拟准确性及网格独立性验证
•   3.1 数值模型验证
•     3.1.1 铺展半径对比
•     3.1.2 铺展形态对比
•     3.1.3 最大铺展半径
•   3.2 网格独立性检验
•   3.3 本章小结
• 第4章 液滴冲击固体基板的研究
•   4.1 数值计算模型
•   4.2 We数对于液滴铺展的影响
•   4.3 Re数对于液滴铺展的影响
•   4.4 Ca数对于液滴铺展的影响
•   4.5 本章小结
• 第5章 带有气穴的液滴冲击固体基板的研究
•   5.1 数值计算模型
•   5.3 Re数对于含有气穴的液滴铺展的影响
•   5.4 We数对于含有气穴的液滴铺展的影响
•   5.5 本章小结
• 第6章 结论与展望
•   6.1 主要研究结论
•   6.2 展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果
• 致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 刘东

导师: 程永攀,赵晓利

关键词: 冲击冷却,移动接触线,气穴,液滴铺展

来源: 华北电力大学(北京)

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 力学

单位: 华北电力大学(北京)

基金: 国家自然科学基金项目(51406050),北京市自然科学基金(3162029)

分类号: O313.4

DOI: 10.27140/d.cnki.ghbbu.2019.000923

总页数: 71

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