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[学位]

液滴碰池动力学实验研究

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Author:

ALI GHUFRAN (ALI GHUFRAN.)

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学位论文库

Abstract:

两个世纪以来,液滴碰撞由于具有重要意义而被广泛研究。这些研究揭示了不同的基本科学原理以及这个看似简单却又非常复杂现象的实际应用。关于这种现象的研究不仅及其有趣,还在涉及喷雾场景的各个领域具有广泛的实际应用,如工业传热过程的喷雾冷却、内燃机混合气的形成,喷涂和喷漆等方面。在大范围的测试条件下,高惯性液滴与不同靶向表面,例如固体表面,薄液膜或深液池之间的碰撞结果实际上影响着喷雾的设计性能。影响碰撞结果的一个重要参数是撞击惯性,通常情况下,可通过碰撞前液滴的表面能使其无量纲化为韦伯数(We)。除了表面张力效应之外,碰撞结果也会受到流体的另一个物理参数粘度的影响,它通常被无量纲化为Ohnesorge数(Oh)。在Weber数和Ohnesorge数的基础上,观察不同碰撞结果的表现,如反弹,部分聚合,聚合,射流和飞溅。大量的文献试图找到对于固定的靶向表面产生的不同结果之间的界限。但是,准确地确定过渡边界仍然是一个悬而未决的问题,特别是在毛细管效应主导的极低撞击惯性条件下。此外,尽管有一些理论模型的致力于描述碰撞过程中的能量转换,但是关于此过程的动力学的及物理理解仍然不足。因此,本文主要研究了液滴与深液池相互作用的动力学,强调了撞击惯性(We)和粘度(Oh)的影响。

我们首先对研究背景进行了全面的文献综述,结果表明,前人的关于液滴碰撞深液池的研究主要集中在寻找不同参数对碰撞结果的影响,例如液滴直径如何影响液滴碰撞的结果或者不混溶液体的物理性质如何影响这种现象等。然而,文献中并没有太多关于非常低的碰撞韦伯数的研究信息,因此,本研究的第一个目标是将实验条件范围扩展的更广,并提供更多有关这个领域的实验数据。我们的第二个目标是研究Weber数和Ohnesorge数对每种碰撞结果的影响,以揭示影响碰撞现象的基本机制。最后,将聚合和射流之间过渡边界的文献模型与本文的实验数据相比较,同时,部分聚合和聚合之间的边界还未有已开发的模型,我们通过实验数据拟合提出了经验模型。为了进行这些实验研究,采用高速摄影技术搭配长焦显微镜来捕捉碰撞过程,第2章中将详细说明实验装置和程序,实验条件和液体物性。

第3章介绍和讨论的液滴碰池过程的高速摄影表明,低碰撞韦伯数下(We〜1.0)水显示出完全聚合。然而,对于相同韦伯数量级的癸烷和十四烷,液滴会在液池中停留一段时间,之后与液池部分凝聚。这是由表面张力不平衡引起的,产生的表面张力波使液滴变形,使滴液与液池部分聚合并最终夹断子液滴。子液滴反弹后停留在表面上,重复几轮的部分聚合。另外,如果韦伯数降低也可以观察到水的部分聚结。我们已经确定了三种流体部分聚合的临界韦伯数。此外,还观察到其他现象,如聚合,射流和飞溅,计算了相关的无量纲数后绘制了这些无量纲数之间的关系图,以比较所观察到的三种液体的过渡边界。基于实验数据拟合提出了每个过渡边界的模型。

本文工作扩展了以往关于液滴液池相互作用的动力学研究,扩大了实验数据范围,并且第4章针对不同过渡边界提出的模型可以更好的理解液滴液池碰撞中的动力学行为。

Keyword:

极低韦伯数 深液池相互作用 液滴碰撞 液滴碰撞的过渡边界模型

Author Community:

  • [ 1 ] 西安交通大学能源与动力工程学院

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Basic Info :

Degree: 硕士

Mentor: ChenglongTang

Year: 2018

Language: Other

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WoS CC Cited Count: 0

30 Days PV: 5

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