直流电场作用下微米级液滴碰撞聚结研究

润滑油在工业中的有着重要作用,但其中的水分会影响设备性能和使用寿命。传统的水分去除方法效率低、成本高。静电脱水技术可以通过电场作用将水润滑油中从分离出,利用电场促进油水液滴的碰撞和凝聚,具有快速、高效、环保等优点。本论文利用COMSOL软件对油包水乳液中两个液滴的碰撞聚集进行数值模拟,研究微米级液滴直流电场作用下电场强度、温度、粒径、和液滴间距等因素对碰撞和聚结行为的影响规律,研究表明随着电场强度增大,液滴聚结时间快速变小,但电场强度超过一定值时影响减弱;随着温度的升高,液滴聚结时间先急剧减少,到一定值后基本趋于稳定;随着粒径增大,液滴聚并总时间随液滴直径先缓慢增加,当粒径超过一定值时急聚增加;随着液滴间距增大,聚结总时间不断增大,本文为静电脱水的机理研究提供理论依据,为高效破乳脱水装置的设计提供技术支撑。     

接触面温度对表面液滴蒸发过程的影响

详细研究了不同接触面温度对液滴蒸发过程的影响.通过分析液滴中间平面的粒子图像,首先阐述了接触面温度对液滴内漩涡流动的影响,并指出液滴周围水汽的凝结过程对液滴底部成像的影响.然后计算了不同接触面温度条件下液滴的量纲一体积与接触角随时间的变化曲线.结果表明,随着接触面温度的降低,液滴的量纲一体积和接触角减少的速度都变慢,在接触面温度较低的时候(例如5°C),液滴的量纲一体积和接触角都因空气中水汽凝结过程的影响而增大.     

燃料液滴对流燃烧现象研究

本文搭建了液滴对流燃烧实验平台,利用飞滴法进行燃料液滴对流燃烧实验,得到液滴燃烧的火焰结构图像和不同火焰阶段火焰与液滴的距离,同时还对蒸气爆发现象进行了探究,阐明了单次蒸气爆发与连续蒸气爆发的产生机理。研究结果表明:随着液滴速度的增大,液滴燃烧的火焰结构从全包火焰转变成边界层火焰,边界层火焰形成后会产生2种类型的转变:边界层火焰不稳定熄灭和边界层火焰转变成倒锥形火焰;在形成边界层火焰前,所有工况下液滴的火焰结构转变点基本相同;蒸气爆发现象是由火焰接触液滴引起的,火焰接触液滴后液滴温度突然升高,短时间内液滴大量蒸发,进而形成蒸气爆发燃烧;连续蒸气爆发的频率与液滴绕流卡门涡街频率相当,连续蒸气爆发的产生主要受液滴绕流卡门涡街效应的影响。     

喷淋液滴运动轨迹及有效控制半径的理论模型研究

通过求解单个液滴的动量方程,得到喷淋液滴水平运动速度分量和竖直运动速度分量的理论模型,并在此基础上进一步建立了喷淋有效控制半径的预测模型.实验结果表明,液滴喷出后,其水平运动速度分量很快衰减到零,竖直运动速度分量将渐进于匀速状态.初始喷射角、粒径以及初始速度是影响喷淋液滴运动包络线的决定性因素.初始喷射角越大,液滴的保护半径越大;液滴粒径越大,液滴的保护半径越大;液滴初始速度越大,液滴的保护半径距离越大.当喷头高度高于一定值后,初始速度相同的液滴,其保护半径相同.     

高压电场作用下油中液滴变形与极化

常采用圆球模型研究高压电场作用下油中液滴的极化特性,对于变形液滴的极化特性研究报道较少;针对变形液滴,建立椭球液滴模型,运用椭球坐标系得到电场中长球形液滴内部电场分布,进而研究液滴变形对其极化特性的影响;通过算例计算分析,表明液滴大变形对极化影响较大,椭球模型在研究电场破乳动力学方面优于圆球模型。     

介电泳效应的液滴聚结过程与分布

基于Cahn-Hilliard建立Navier-Stokes两相流体动力学和电场Maxwell应力张量法的多物理场耦合模型,用于平行极板型、针型和圆环型电极的液滴聚结仿真.研究结果表明:较强的电场强度诱导分散相液滴聚结耗时较短,液滴链的结构和均匀度受电极形状和电场空间均匀性的影响较大;均匀电场诱导液滴成链较为均匀,并不受液滴数量的影响.在指针型和圆环型电极产生的非均匀电场只能在液滴数量较少的条件下,实现规则液滴链的生成.通过多物理场模型建模,仿真结果能够为静电纺丝、液滴合并、液泡回收等复杂微流体电学控制提供理论基础.     

液滴融合前的微小液滴行为研究

通过微观可视化实验研究两个主液滴(水滴)在水平均质表面的融合,发现在液滴融合之前两个主液滴中间有规律地分布着大量微小液滴,这些微小液滴相互之间会吸附合并,且主液滴会吸附边界附近的微小液滴。分析微小液滴的产生条件和分布规律,结果表明:微小液滴只在两个主液滴相互靠近的中间区域产生,两个主液滴之间的边界距离越大,微小液滴的尺寸越小,且微小液滴在中间区域的尺寸分布近似对数正太分布。因为有微小液滴的生成和合并以及主液滴对微小液滴的吸附合并,固体表面对主液滴界面移动的阻力减小,且主液滴界面会由于吸附边界附近的微小液滴而发生振荡,进而促进主液滴的边界阶梯式地移动。     

闭式涡轮转盘塔中液滴大小的研究

用拍照法研究了闭式涡轮转盘塔中液滴平均直径ｄｐ与转速ＮＲ,总通量Ｖ,流比Ｌ等操作条件的关系,并与普通转盘塔作了比较。由于闭式涡轮的强烈搅拌作用,ＮＲ和ｄｐ均比ＲＤＣ大大降低,且由于ＮＲ小于临界转速ＮＲｃ,液滴上升过程中被转盘进一步分散的几率很小,因而ｄｐ轴向分布较均匀。实验结果与理论分析预测相吻合。     

微细喷雾时喷雾气流中液滴和空气速度比的研究

在喷雾冷却时喷雾流中液滴和空气流的速度比是支配喷雾冷却特性的一个重要参数。在简单而在普适性的物理模型的基础上，通过数值计算方法探讨了液滴－空气速度比和喷雾条件之间的相互关系，给出了微细喷雾条件下液滴－空气速度比的大致范围腹出冲击速率比可近似等于１的结论。     

低压闪蒸液滴温度与相变过程的研究

在低压环境P=200—800Pa的工况范围内,研究了在闪蒸结冰过程中,液滴温度的变化与环境压力之间的关系.试验结果表明:在低压闪蒸结冰过程中,随着气压的降低,因为过热,液滴内部产生气泡的强度增加.液滴的破碎和液滴内部气泡的生长速度与环境压力有直接关系;在闪蒸过程中,液滴处于热力学非平衡状态,表现在液滴外侧发生的温度跳跃很小,而在液滴内部发生的温度跳跃很大;由于液滴蒸发的影响以及闪蒸过程中蒸发波的产生,即使在真空状态下,液滴周围仍存在一定的压力.     

重力场中液滴特征的研究

本文认为在重力场中运动速度不很快的液滴具有与静止液滴相同的形状，研究表明这种液滴同样满足皂泡方程，且其上部和下部的体积相等，通过对表面方程的讨论，找到了表面曲率半径与滴重，表面张力等之间关系。     

气液旋流器内液滴破碎和碰撞的数值模拟

气液旋流分离器内是一个复杂的强旋湍流场,流场内的液滴受气动力、剪切力和湍流脉动的作用,发生剧烈的相互碰撞、聚合、破碎并撞击筒壁.对旋流器内液滴间的碰撞、聚合、液滴的破碎和碰壁的机制进行分析,在前人研究的基础上,结合旋流器的实际情况,提出适用于气液旋流器强旋气相湍流场内液滴问碰撞、液滴破碎和碰壁过程的计算模型,对新的数学模型进行数值模拟计算.结果表明,本模型能较为准确地预测强旋气相湍流场内液滴间碰撞、液滴破碎和碰壁过程,完善了气液旋流器的分离机制模型,为改善其分离性能及其工程设计提供了理论基础.     

单液滴在射流场中的形变及破碎实验研究

在射流场中对自由上升单液滴的形变和破碎过程进行了研究。采用高速摄像技术拍摄记录液滴的初始形状、上升速度、进入射流场后的形变破碎等现象,运用粒子图像测速(PIV)技术研究了射流场的流场情况。通过改变液滴初始粒径大小、入射位置、射流速度等参数考察了在不同射流速度下液滴在流场中的形变破碎过程。结果表明,液滴在进入射流场后会发生3个尺度的形变过程,随后会发生从生成子液滴数为两个至多个不等的二元破碎至多元破碎现象;液滴一次破碎位置随流场剪切力而变化,主体破碎区域为射流场的中间部分;液滴在射流场中生成的子液滴数量会随入射流量、入射位置和母液滴粒径的改变发生变化。     

水平平板上蒸发液滴内部流动的数值研究

提出了水平平板上自然蒸发的挥发性液体液滴，在传热产生的表面张力梯度作用下 液滴内部二维轴对称流动的简化数学模型。导出了控制液滴内部流动的参数是比渥数Ｂｉ 和马拉哥尼数Ｍａ。并用涡量－流函数数值计算方法求解了液滴内部流动的流场和温 度分布。发现随着Ｂｉ数和Ｍａ数的不断增大，液滴内部流动将由一致方向的回转流 动分化为多个细胞流结构，本文还对产生细胞流结构的机理、条件和特点作了详尽分 析。     

基于水平集方法的共轴流型液滴形态关键参数研究

采用水平集方法对共轴流形的液滴成形进行计算和研究.以液-液两相流为研究对象,离散相为石蜡和庚烷混合物,连续相为纯水溶液.对离散相液体的进样速度、黏度和进样孔径大小分别进行了计算分析.离散相液体分别以15 ~ 48mm/s的速度进入半径1mm的圆孔通道,随着流速增大,喷射高度变长,周期规律性降低.同时提高离散相溶液的黏度可以有效降低液滴张力与拖曳力之间的作用时间,增大液滴生成频率和改善液滴均匀性.孔径大小直接影响进样口层流的入口速度,缩小孔径将使进样流速变化剧烈,挤压后的液滴生成尺寸相对较小.     

液滴尺寸与带电量关系的初步研究

利用电子探针传感器在不施加探针电压情况下,仍可测出气液两相流中的液滴粒度及其分布,这是由于气液两相物质的喷射流动作用造成液滴带电所致。如能得知液滴尺寸与其带电量的关系,对于液滴粒度及其分布的测量是十分重要的。本文提出一种液滴尺寸与其带电量的关系及其测试方法。     

剪切流作用下三维液滴变形的相场法数值模拟

液滴动力学在工业和自然科学领域有着广泛的应用和科研价值,其中最为典型的代表便是剪切流作用下的液滴变形特性。针对剪切流作用下三维液滴变形的动力学特性,利用相场方法进行了数值模拟。为了准确地描述表面张力作用下的两相不可压缩流动,采用了改进的Navier-Stokes-Cahn-Hilliard方程组,表面张力项和浓度对流项被添加于方程中来实现Navier-Stokes方程与Cahn-Hilliard方程的耦合;在数值求解方面,Chorin的投影方法被用于求解Navier-Stokes方程,并且Eyre的非条件稳定方法被用于求解CahnHilliard方程。数值模拟结果表明小Weber数条件下液滴更快达到稳定形态并且会随流动产生回转运动,更大的Weber数使得液滴呈现持续拉长变形。相同Weber数条件下,较大的Reynolds数会使液滴产生明显回转运动趋势。此外,液滴的变形程度也受到计算域上下边界的位置和速度的影响,边界距离液滴越近或者边界速度越大,液滴的变形程度越大。     

安德森模型平均场近似的温度特性

本文从数值的角度在不同的温度和参数条件下对单杂质安德森模型的一阶平均场近似进行了计算，发现在温度升高到临界值时，杂质电子的局域磁矩将会实现由磁性到非磁性的转变；并且随着参数选取的不同，这种转变温度将会不同。     

超声对软物质液滴作用的动力学研究

用空化泡运动的研究方法推导出超声作用下软物质液滴在与之不相混溶液体中半径变化的运动方程,通过数值模拟探讨了超声频率、声压幅值、初始半径和界面张力系数对液滴半径变化的影响。结果发现:频率越低、声压幅值越大,液滴运动越剧烈;声压幅值小于静压时液滴只在初始半径附近做微小的稳定振动;液滴初始半径越小,液滴运动越剧烈,但初始半径大小不影响液滴最终所能达到的大小;界面张力系数的大小对超声场中液滴半径变化影响不大。