液滴和弯液面蒸发动力学特性的ALE模拟

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自由界面的准确定位和界面演变的实时准确跟踪一直是液滴和弯液面蒸发数值模拟研究的难点。基于欧拉坐标的流体体积法或水平集法等界面捕捉法,对于液滴和弯液面蒸发中的自由界面流和力的计算不够精确,而基于拉格朗日坐标的界面追踪法在处理大变形问题时存在困难,且计算效率较低、数值实现难度高。本文首次采用任意拉格朗日-欧拉法(ALE),建立了全耦合的液滴和弯液面瞬态蒸发模型,该方法集合了拉格朗日和欧拉方法的各自优点,不但能追踪自由界面,精确计算界面流和力,而且能处理大变形问题,提高计算效率。
　　固着液滴蒸发数值模拟研究结果表明,忽略蒸发冷却效应会使得蒸发速率偏高,液滴蒸发到达准稳态的时间受初始接触角、基底导热系数和马朗格尼流动等因素影响,接触角越大,基底导热系数越小,液滴进入准稳态所需的时间越久,而马朗格尼流动使得界面温度分布更加均匀,提高了蒸发速率,加速液滴进入准稳态蒸发。以上影响在接触角较大、基底导热系数较大时更加明显。在其它条件相同下,接触角会影响液滴内部流动方向,接触角小于10°时,流动为顺时针;大于15°时,流动为逆时针;在10°到15°之间时,顺时针流动与逆时针流动同时存在。
　　毛细管内弯液面蒸发的数值模拟研究结果表明,随着壁温升高或热流密度的增大,达到稳定蒸发时的三相接触线位置下降,接触角增大,同时界面曲率增大。分析表明这是由于随着蒸发速率越高,三相接触线处的汽液压差增大、表面张力减小所致的。

著录项

作者
杨开;
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作者单位

上海交通大学;

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授予单位上海交通大学;
学科动力工程及工程热物理
授予学位硕士
导师姓名洪芳军;
年度 2014
页码
总页数
原文格式 PDF
正文语种中文
中图分类工程热物理学;
关键词
任意拉格朗日-欧拉法; 液滴蒸发; 弯液面蒸发; 马朗格尼流动;

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