固着液滴的流固耦合模态仿真分析

为解决固着液滴仿真模态分析的建模与求解问题,开展了基于流固耦合作用下的固着液滴有限元建模仿真及对比分析。采用流固耦合分离建模方法,将流体的表面张力等效成类薄膜结构,建立了固着液滴的有限元仿真模型,给定已知的结构约束和耦合,模拟实际工况条件。同时对固有频率、特征振型和质心最大改变量的理论计算值和仿真值进行分析比较。结果表明:固着液滴2～5阶的仿真固有频率均大于根据Rayleigh理论计算得到的结果,与现有文献的理论证明结果相符;有限元仿真得到的固着液滴四阶振型谱图与现有文献得到的实验振型谱吻合;液滴质心振动最大位移仿真值与理论计算值的相对误差不超过25%。     

流体性质对液滴碰撞壁面影响的数值研究

不同学者对液滴碰撞动力学的研究结论具有差异,研究的流体种类也较为单一.该文建立的研究体系包含了水、甘油水溶液、硅油、常温液态金属在内的9组流体,将流体黏度、表面张力的研究范围扩展至1～970mPa·s、20～500 mN/m,通过相场法数值模拟,补充低Reynolds数Re的液滴碰撞数据,探索已有理论的适用性.研究表明...     

微型方直管中液滴的流动与变形

讨论了二相流体在微型管中的流动问题、边界条件与表面浸润现象,给出了微型管中二相流体的输运方程.针对方形微型管道,利用有限差分法给出了输运方程的数值求解方法.模拟了方形直管中单个和多个液滴的流动与变形过程,通过数值模拟结果发现,量纲为一的参数Pe和Ca对液滴的变形有很大影响,随着Pe的增大,液滴的变形急剧增大,当毛细数在0.35~0.50之间时,液滴尾部的曲率逐渐减小,由正值开始变成负值,形成一个凹陷.     

Cu基亚稳难混溶合金液-液相变

通过气体雾化技术研究了Cu100-XFeX (X=15, 20, 30和40)合金的凝固行为. 考虑少量相液滴形核、扩散长大、空间迁移、凝固界面与液滴间的相互作用以及体积分数等共同影响因素,建立了能描述该类合金凝固组织演变动力学模型. 将数学模型与雾化液滴飞行过程中运动、传热和传质的控制方程相耦合,给出了数值求解方法,模拟计算了Cu基亚稳难混溶合金液-液相分离过程. 结果表明:富Fe粒子的平均尺寸随着Fe含量的增加而增大;少量相液滴形核发生在基体熔体过饱和度峰值附近;随着冷却速度的增大,雾化液滴中少量相液滴的形核率增大,但平均半径减小;少量相液滴在Marangoni迁移和与固/液界面相互排斥共同作用下,向雾化液滴中心迁移,使雾化粉末最终形成壳型组织结构.     

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.     

可压缩气体中的三维粘性液体空心柱射流稳定性分析

针对可压缩气体介质中的空心圆柱形粘性液体射流建立了三维模型,并对射流的空间稳定性进行了分析.影响扰动增长率的无量纲参数有Reynolds数、Weber数、气液密度比、气体介质相对于射流运动参考系的Mach数及空心柱内半径与液膜厚度比.Reynolds数在液体射流雾化过程中始终起着不稳定性的作用,但它对不稳定扰动波波数的范围没有影响.扰动增长率及不稳定扰动波波数的范围均随Weber数的增加明显增大.气液密度比在液体射流雾化过程中具有加速射流雾化的作用.气体介质相对于射流运动参考系的Mach数对射流雾化过程具有不稳定性的作用,也就是说气体的可压缩性在液体射流雾化过程中具有不稳定性的作用,它的增加会促进雾化过程的进行.当空心柱内半径与液膜厚度比较小时,它在雾化过程中具有不稳定性的作用,反之则具有稳定性的作用.     

静态水银液滴建模仿真研究

根据流体力学Young-Laplace公式和微分几何学主曲率方程,利用液体自由面的对称性质建立数学模型,并导出静态水银液滴自由面函数方程,然后对只有重力作用下的水银液滴建模,利用MATLAB求解出自由面函数方程,并仿真、绘制出了水银液滴在只有重力加速度下的自由面函数曲线,最后分析了影响仿真的因素.对静态水银液滴在重力加速度下的建模仿真,将对水银电容式加速度传感器的研究有重大意义.     

液滴撞击不同粗糙度固体表面动力学行为实验研究

针对液滴撞击固体表面时动力学行为的不同影响因素,利用高速摄像技术捕捉了4种物性不同的液滴,即癸烷、十四烷、蒸馏水和无水乙醇液滴撞击不同粗糙度固体表面后的铺展与飞溅形态。探究了黏度、表面张力与实验壁面粗糙度对液滴撞击壁面后的最大铺展因数和铺展-飞溅临界韦伯数的影响。结果表明:实验流体的动力黏度越大,液滴在铺展过程中受到的阻力越大,也就越不容易铺展,相同韦伯数下的最大铺展因数越小;表面张力越大,液滴碰壁后更有可能发生回缩。在实验过程中也观察到,只有表面张力明显大于其他工质的蒸馏水液滴在碰壁后发生了回缩。壁面越粗糙,液滴在铺展过程中需要润湿越大面积的壁面,增加了黏性耗散,且受到的阻力也更大,相同韦伯数的液滴碰壁后的最大铺展因数也越小。对Laan的公式进行了粗糙度的补充,得到了最大铺展因数与韦伯数、雷诺数及粗糙度的关系。壁面粗糙度对液滴铺展后的边缘造成扰动,使液滴更容易发生飞溅,铺展-飞溅的临界韦伯数随着壁面粗糙度的增加而减小,且壁面粗糙度对小奥内佐格数流体的临界韦伯数影响更大。     

燃油溶气喷雾速度和粒度的PDA测试研究

燃油溶气喷雾燃烧可以同时降低柴油机的氮氧化物和碳烟排放. 为了深入了解燃油溶气喷雾的雾化特性, 利用激光Doppler技术对溶有二氧化碳燃油喷雾速度和粒度特性进行了测量. 实验采用单孔柴油机喷嘴, 研究了4种不同燃油溶气浓度在大气环境下的稳态喷雾特性. 实验表明, 燃油溶气量对燃油溶气喷雾有重要的影响, 当燃油溶气量超过临界值时, 由于气爆雾化作用, 雾化质量得到改善. 喷雾的裂化长度变短, 粒径分布更均匀. 在喷嘴附近, 微爆雾化喷雾的径向速度和轴向速度均要大于未发生微爆雾化的喷雾. 在喷雾轴线上, 微爆雾化喷雾的轴向速度下降较快. 该方法是一种有发展前途燃油雾化与发动机燃烧的新技术.     

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。