国家自然科学基金(51236002)
- 作品数：18 被引量：63H指数：5
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- 相关领域：动力工程及工程热物理理学化学工程更多>>
- 微液滴在不同能量表面上润湿状态的分子动力学模拟被引量：7
- 2015年
- 微小液滴在不同能量表面上的润湿状态对于准确预测非均相核化速率和揭示界面效应影响液滴增长微观机理具有重要意义.通过分子动力学模拟,研究了纳米级液滴在不同能量表面上的铺展过程和润湿形态.结果表明,固液界面自由能随固液作用强度增加而增加,并呈现不同液滴铺展速率和润湿特性.固液作用强度小于1.6的低能表面呈现疏水特征,继续增强固液作用强度时表面变为亲水,而固液作用强度大于3.5的高能表面上液体呈完全润湿特征.受微尺度条件下非连续、非对称作用力影响,微液滴气液界面存在明显波动,呈现与宏观液滴不同的界面特征.统计意义下,微小液滴在不同能量表面上铺展后仍可以形成特定接触角,该接触角随固液作用强度增加而线性减小,模拟结果与经典润湿理论计算获得的结果呈现相似变化趋势.模拟结果从分子尺度为核化理论中的毛细假设提供了理论支持,揭示了液滴气液界面和接触角的波动现象,为核化速率理论预测结果和实验测定结果之间的差异提供了定性解释.
- 徐威兰忠彭本利温荣福马学虎
- 关键词：表面能润湿分子动力学模拟
- 低压蒸汽滴状冷凝中液滴脱落滞后效应被引量：9
- 2015年
- 利用界面结构效应实现蒸汽滴状冷凝对能源动力系统的高效化和集成化具有至关重要的作用.深入认识液滴动态特性对传热性能的影响有利于探究低压蒸汽冷凝中传热控制机理和研发高效紧凑的传热强化技术.本文系统地研究了蒸汽滴状冷凝中液滴脱落特性,提出了低压蒸汽冷凝液滴脱落滞后效应.随着蒸汽压力降低,冷凝液滴黏度增加,引起自身脉动特性下降,接触线移动受阻,接触角滞后现象明显,导致脱落尺寸明显增加而脱落速度大大降低.与常压蒸汽冷凝中液滴的快速启动连续下落不同,低压蒸汽冷凝中液滴长至脱落尺寸后表现出了"阶跃式"下落的现象,即液滴脱落滞后效应.在液滴整个生命周期中,低过冷度时液滴生长速度控制着传热过程,而高过冷度时液滴脱落滞后延缓了表面更新,降低了有效换热面积,成为了控制传热过程的因素.通过液滴脱落效应解释了传热通量随过冷度非线性增加现象的内在机理,明晰了蒸汽冷凝传热控制机制,为低压蒸汽冷凝传热强化指明了方向.
- 温荣福马学虎兰忠彭本利徐威
- 关键词：滴状冷凝低压蒸汽动态特性
- 超疏水和超亲水表面对脉动热管性能的影响被引量：6
- 2015年
- 本文实验研究了完全超疏水脉动热管和蒸发段为超亲水,冷凝段和绝热段为超疏水的组合表面脉动热管的性能。超疏水表面自由能较低、滞后角小、液滴在表面容易移动。实验发现,与紫铜脉动热管汽液界面呈凹界面不同,超疏水表面汽液界面呈凸界面。组合表面脉动热管汽液界面的长度显著大于完全超疏水脉动热管。与紫铜脉动热管相比,组合脉动热管液弹脉动的振幅增加,而完全超疏水脉动热管蒸发段出现部分烧干,液弹脉动的振幅显著下降。
- 郝婷婷马学虎兰忠李楠
- 关键词：脉动热管超疏水超亲水
- 表面润湿性对水平管降液膜流型的影响被引量：2
- 2016年
- 降液膜的流动形态对水平管降膜蒸发器的强化传热过程具有十分重要的意义。本文构造了三种不同润湿性的表面,超亲水,亲水以及疏水,通过可视化实验和机理分析,研究了表面润湿性对降液膜管间流动的作用机理。结果表明,直列与错列柱状流的出现受到表面润湿性的影响。在亲水与超亲水表面只存在错列柱状流,而在疏水表面只存在直列柱状流。同时,错列柱状流的表面存在接触角上限,临界接触角为67°,直列柱状流的表面存在接触角下限,临界接触角为106°。
- 郑毅马学虎李昀姜睿王凯兰忠
- 关键词：润湿性
- 疏水-超疏水组合表面倾斜管外混合蒸气冷凝过程被引量：5
- 2018年
- 本文在铜管外制备疏水超疏水组合表面,控制铜管和重力方向的倾角为0°、30°、45°、60°,利用高速摄像系统研究混合蒸气冷凝过程中表面润湿性和重力的协同调控机制,观测了液滴的动态特性,测量了组合表面上混合蒸气传热性能.结果表明:倾角增大,组合表面上的冷凝液滴会偏离重力方向沿着疏水环向下冲刷;倾角60°时,疏水区域的液滴会合并到相邻的上下超疏水区域;和亲水光滑铜管相比,组合表面上含不凝气30%的混合水蒸气冷凝传热随倾角度增加先下降、之后保持不变、最后升高,分别提高50%～65%(竖直)、35%～55%(倾角30°和45°)、45%～55%(倾角60°)。
- 马学虎刘旭罗莎郝婷婷兰忠
- 关键词：滴状冷凝冷凝传热不凝气
- 液滴合并LB模拟及液滴弹跳的理论分析被引量：6
- 2013年
- 超疏水表面上液滴合并诱导液滴弹跳对强化含不凝气的蒸气冷凝具有重要的作用,但是,液滴合并诱导液滴弹跳现象的理论分析还不够完善,理论计算结果与实验值相差甚远。本文利用格子Boltzmann多相流模型模拟了液滴合并过程液滴的动态演化以及合并过程中液滴内部的速度场分布,分析了液滴合并过程中释放的表面自由能的分配情况。基于模拟结果,利用能量守恒的方法对超疏水表面液滴合并诱导液滴弹跳高度进行了理论分析,考察了表面黏附功、接触角滞后、空气阻力、液滴合并质心变化消耗的能量以及液滴自身黏性耗散的影响。结果显示理论计算值与实验值吻合良好。
- 彭本利兰忠徐威温荣福白涛马学虎
- 关键词：弹跳超疏水表面
- 液滴撞击超亲水表面冷液膜的研究
- 2018年
- 液滴撞击过程因具有较强的传热传质性能被广泛应用于工业领域中。本文利用高速摄影机和红外热像仪,研究了液滴撞击超亲水表面冷液膜的水力学特性和温度分布,探讨了撞击We数和液膜温度对撞击过程中水力学特性以及液膜温度分布的影响.总结了液滴在超亲水表面的液膜上的水力学特征的变化规律。实验结果表明,液滴铺展速度和最大铺展直径随撞击We数的增大而增大。同时,液膜温度会影响液滴撞击薄液膜后的水力学特性.在低We数下液滴撞击低温薄液膜后液膜的温度呈高低相间的环状分布,随着撞击We的增大,该环状温度分布消失。这对要求精确喷雾控温的工业过程起到了十分重要的意义.
- 李昀兰忠郑毅马学虎
- 关键词：温度分布
- 超疏水-疏水组合表面蒸汽冷凝的实验研究被引量：5
- 2014年
- 液滴的快速脱落和移除对蒸汽滴状冷凝传热具有重要的影响,超疏水表面由丁二具有接触角大,接触角滞后小的优点而用于驱动冷凝液滴的自发运动,但是,常压蒸汽在超疏水表面冷凝时,液滴的润湿形态还没有定论。本文设计了超疏水疏水条纹间隔排列的超疏水一疏水组合表面,研究了常压蒸汽在组合表面上的冷凝过程,观测了液滴的运动特性,测量了超疏水一疏水组合表面上常压蒸汽冷凝传热性能。实验结果显示疏水区液滴在表面张力差的作用下从疏水区向超疏水区自发迁移,说明超疏水区液滴处于Wenzel润湿形态,超疏水一疏水组合表面蒸汽冷凝传热性能比完全超疏水和完全疏水表面传热性能的面积加权平均值大。说明液滴的自发迁移运动强化了疏水区的传热性能。
- 彭本利兰忠徐威温荣福白涛马学虎
- 关键词：强化传热
- 组合表面调控液滴特性强化蒸汽冷凝传热被引量：11
- 2015年
- 制备了具有不同疏水区宽度和面积分率的疏水-亲水间隔规则排列的组合表面。观测常压蒸汽在组合表面上冷凝时疏水区液滴的特性(液滴移除方式和最大液滴半径),利用格子Boltzmann方法模拟组合表面上凝液的运动。考察疏水区、亲水区宽度和表面过冷度对组合表面强化蒸汽冷凝传热的影响。利用滴状-膜状组合传热模型分析组合表面蒸汽冷凝传热性能的影响因素,并与实验结果比较。发现疏水区液滴自发地向亲水区定向迁移,精细设计的组合表面可以实现蒸汽滴状冷凝传热的强化,实验中强化因子可达1.20。疏水区宽度约为0.55 mm时组合表面的传热性能最大。表面过冷度越大,组合表面强化传热的效果越差,模型分析与实验结果吻合良好。
- 彭本利马学虎兰忠徐威温荣福白涛
- 关键词：传热格子BOLTZMANN模拟传热强化
- 蒸汽滴状冷凝液滴表面温度分布及演化被引量：1
- 2014年
- 利用红外热成像技术研究了蒸汽滴状冷凝中液滴合并过程表面温度分布及演化机制,并基于此分析了不同尺寸液滴表面温度随传热通量变化的分布规律。实验结果表明:与蒸汽在微小液滴表面发生连续冷凝不同,液滴合并过程中蒸汽通过四个阶段实现在大液滴表面的周期性冷凝传热;其中,在液滴吸收蒸汽冷凝放热阶段和向壁面传热阶段之间存在一个平衡,高热通量时,蒸汽向液滴表面传热过程占主导,液滴表面温度随尺寸增加而升高;低热通量时,液滴向冷凝壁面传热过程占主导,液滴表面温度随尺寸增加而降低。液滴运动引起的蒸汽在大液滴表面直接冷凝过程为强化低压蒸汽冷凝传热提供了新思路。
- 温荣福兰忠彭本利徐威李继翔马学虎
- 关键词：滴状冷凝红外热成像表面温度低压蒸汽
