氣流作用下液滴撞擊圓柱外表面流動與換熱研究.pdf

1、碩士學位論文氣流作用下液滴撞擊圓柱外表面流動氣流作用下液滴撞擊圓柱外表面流動與換熱研換熱研究StudyonFlowHeatTransferWhenletImpactonCylindricalOuterSurfacewithAirflow作者姓名：宋鋒毅學科、專業(yè)：制冷及低溫工程學號：21410059指導教師：郭亞麗教授完成日期：2017年5月1日大連理工大學DalianUniversityofTechnology大連理工大學碩士學位論文

2、I摘要液滴撞擊加熱壁面過程廣泛存在于生活、生產(chǎn)過程中，該過程具有較強的質(zhì)熱交換能力且對相關(guān)設備的有效運行有著重要的影響。目前，學術(shù)界對液滴依靠自身重力垂直撞擊常溫水平壁面已進行了較為全面、深入的研究，但對液滴撞擊加熱非水平壁面，特別是對液滴受到氣流的作用而不能垂直撞擊到壁面上的相關(guān)研究較少，其中的關(guān)鍵流動和換熱特征有待深入探索，所以本文采用數(shù)值模擬方法對液滴撞擊圓柱外表面的動力學過程及換熱過程進行了系統(tǒng)的研究。采用CLSVOF方法結(jié)合相

3、變模型對液滴撞擊圓柱外表面進行了三維數(shù)值模擬，分析了撞擊過程中液滴沿壁面直徑及母線方向上的形態(tài)變化與換熱特點，總結(jié)了液滴產(chǎn)生破裂的原因以及破裂位置與撞擊速度之間的關(guān)系。通過對撞擊過程中液滴速度矢量圖、形態(tài)相圖、溫度分布圖及壁面熱流相圖的分析，得出了液滴鋪展初期在三相接觸線處和液滴破裂邊緣處擾動較大，產(chǎn)生了蒸汽旋渦作用，強化了此處液滴與壁面間的換熱，是液滴溫升最快的兩個位置。分析了壁面溫度、接觸角、撞擊速度以及曲率比對液滴撞擊圓柱外表面的

4、鋪展情況及蒸發(fā)換熱的影響。結(jié)果表明：在較短時間內(nèi)，壁面溫度對液滴蒸發(fā)的影響較小具有滯后性，但接觸角與撞擊速度對液滴蒸發(fā)量影響較大；對不同曲率比條件下液滴在運動過程中的受力進行作圖分析，指出了曲率比越大，液滴自身重力分力對其在鋪展過程中的促進作用越明顯即有助于液滴與壁面間的換熱，特別是曲率比為0.5的液滴其與壁面間的換熱效果遠強于其他兩組參數(shù)。對有氣流作用下液滴撞擊圓柱外表面過程進行了三維數(shù)值模擬，通過對液滴鋪展過程中的受力情況進行分析得