本文關(guān)鍵詞：液滴撞擊低溫金屬壁面行為特性研究

  更多相關(guān)文章： 液滴 撞擊 圓柱壁面 結(jié)冰 浸潤性

【摘要】：我國地形復(fù)雜且氣候多樣,寒冬季節(jié)中大部分地區(qū)都存在著高壓輸電線上的覆冰問題,嚴(yán)重的覆冰會給輸電網(wǎng)路造成極大的安全隱患,威脅電網(wǎng)的安全運行,甚至引發(fā)嚴(yán)重的災(zāi)害事故,形成大面積斷電直至電網(wǎng)崩潰,造成無法挽回的經(jīng)濟損失。近年來,輸電線覆冰所引發(fā)的電網(wǎng)事故越來越多,也使眾多學(xué)者越來越關(guān)注輸電線的覆冰過程。然而高壓輸電線上的覆冰機理十分復(fù)雜,實際工程中大多是高能耗、高成本消除覆冰的方法,而輸電線自發(fā)除冰等低能耗的除冰方式的研究受到越來越多的學(xué)者們的關(guān)注,進(jìn)而從輸電線上液滴的結(jié)冰機理出發(fā)探究液滴附著壁面的結(jié)冰行為。為深入探究液滴撞擊壁面的結(jié)冰機理,揭示液滴在金屬壁面上的結(jié)冰行為,本文對液滴撞擊低溫壁面的動態(tài)行為及結(jié)冰過程進(jìn)行了可視化實驗。通過對單液滴在不同初始工況下撞擊不同壁面結(jié)構(gòu)、不同壁面過冷度和不同壁面浸潤性的金屬圓柱壁面過程的動態(tài)行為及結(jié)冰過程進(jìn)行了拍攝,得到了液滴撞擊金屬壁面鋪展和結(jié)冰過程的動態(tài)特性。本文的主要研究內(nèi)容和結(jié)論如下:(1)本文首先對液滴撞擊不同曲率和過冷度的圓柱壁面進(jìn)行了可視化實驗,研究了液滴撞擊速度、壁面過冷度及壁面曲率對單液滴撞擊圓柱壁面鋪展行為的影響。實驗結(jié)果表明,初始撞擊能越大的液滴撞擊壁面時,液滴在圓柱面周向和軸向方向的鋪展越好。隨著圓柱曲面曲率的增加,周向上液膜鋪展更好,軸向上液膜鋪展更差。對于低溫壁面上液滴的鋪展過程,增加表面的過冷度,液滴的鋪展更差,液滴振蕩弛豫時間更短,表層液膜結(jié)冰速率加快。然而,低溫壁面上液滴的鋪展好于常溫壁面上液滴的鋪展,通過分析溫度對液滴表面張力和黏性的影響規(guī)律,文中推論在鋪展過程中,較低的壁面溫度使得液滴底層快速形成了一層冰膜,改變了液固之間的界面能,使得液滴更易于鋪展。在液滴回縮階段,可明顯觀察到底層結(jié)冰的現(xiàn)象。(2)對液滴撞擊不同浸潤性壁面進(jìn)行了可視化實驗研究,分析了一系列不同浸潤性壁面上液滴的鋪展行為,對比了常溫和低溫壁面上液滴的動態(tài)行為。實驗結(jié)果表明:壁面浸潤性液滴撞擊鋪展和回縮行為有顯著的影響,隨著壁面表觀接觸角的增大,液滴沿圓柱面周向方向的鋪展越差,達(dá)到最大鋪展的時間越短,當(dāng)壁面為超疏水壁面時,液滴發(fā)生反彈;在液滴鋪展至最大后的回縮過程中,由于周向液膜和軸向液膜回縮速率不一致使得周向上液膜出現(xiàn)圓柱壁面上特有的法向?qū)ΨQ的雙峰液膜現(xiàn)象;低溫壁面上,壁面浸潤性對液滴回縮過程的振蕩行為有顯著的影響,隨著壁面表觀接觸角增大,液滴的振蕩行為越劇烈,持續(xù)時間越長,震蕩周期越短。(3)為研究液滴結(jié)冰過程內(nèi)部相變特點,實驗中利用粒子圖像測速技術(shù)(PIV)對液滴撞擊壁面過程內(nèi)部相變行為進(jìn)行觀測。針對水平壁面上不同撞擊能的液滴撞擊壁面過程進(jìn)行了可視化研究,實驗結(jié)果表明:液滴無初速度躺滴表面時,液滴自由液面和周圍進(jìn)行著熱質(zhì)交換,液滴內(nèi)部形成明顯的環(huán)流現(xiàn)象,在無外熱源擾動的條件下,液滴內(nèi)部的環(huán)流強度平穩(wěn)持久;當(dāng)壁面溫度降為-10℃時,在液滴內(nèi)部底層貼近壁面處的液膜結(jié)冰前會出現(xiàn)沿壁面法線軸對稱的環(huán)流現(xiàn)象,即馬蘭格尼對流;當(dāng)液滴具有一定初始撞擊能時,液滴在壁面穩(wěn)定無外形變化時,內(nèi)部環(huán)流明顯強于自然蒸發(fā)過程,壁面為低溫壁面時,液滴內(nèi)部結(jié)冰前,出現(xiàn)強烈的馬蘭格尼對流;隨著撞擊能的增大,液滴在壁面的接觸面積變大,液滴半球高度越小,即在壁面法向上熱阻減小,液滴內(nèi)部環(huán)流增強,且環(huán)流持續(xù)時間增強,促進(jìn)了結(jié)冰速率的加快;相對于疏水表面上液滴結(jié)冰的情況,親水壁面上由于半球高度較小,其熱阻也相對較小,更有利于結(jié)冰過程的進(jìn)行。
【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TM752

【相似文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 陸規(guī);彭曉峰;王曉東;;核化沸騰液滴的鋪展實驗觀察[J];熱科學(xué)與技術(shù);2006年03期

2 林志勇;彭曉峰;;振蕩液滴內(nèi)部流態(tài)[J];工程熱物理學(xué)報;2007年02期

3 邢淑敏;廖強;朱恂;王宏;;傾斜均質(zhì)表面上非等徑液滴的聚合特性[J];工程熱物理學(xué)報;2008年01期

4 殷金英;劉林華;;深空環(huán)境下液滴輻射相變過程分析模擬[J];工程熱物理學(xué)報;2009年09期

5 胡媛;單彥廣;;溶液液滴在熱等離子體射流中的運動和蒸發(fā)[J];工程熱物理學(xué)報;2011年09期

6 劉紅;解茂昭;賈明;劉宏升;王淑春;;單液滴碰撞不同尺寸等溫壁面過程[J];江蘇大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);2011年05期

7 梁坤峰;高春艷;王林;;液-液直接接觸式制取流體冰的液滴形成特性[J];應(yīng)用基礎(chǔ)與工程科學(xué)學(xué)報;2012年02期

8 王四芳;蘭忠;彭本利;白濤;馬學(xué)虎;;超疏水表面液滴合并誘導(dǎo)彈跳現(xiàn)象分析[J];化工學(xué)報;2012年S1期

9 馬超;薄涵亮;;一種新型的液滴分布測量方法[J];原子能科學(xué)技術(shù);2012年S2期

10 張謹(jǐn)奕;薄涵亮;孫玉良;王大中;;三維空間液滴運動模型[J];清華大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);2013年01期

中國重要會議論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 左子文;王軍鋒;霍元平;謝立宇;胡維維;;氣流中荷電液滴演化的數(shù)值模擬[A];中國力學(xué)大會——2013論文摘要集[C];2013年

2 賀麗萍;夏振炎;;低流量微管末端液滴形成及破碎的研究[A];第八屆全國實驗流體力學(xué)學(xué)術(shù)會議論文集[C];2010年

3 熊燃華;許明;李耀發(fā);楊基明;羅喜勝;于勇波;趙鐵柱;;液-液兩相介質(zhì)中液滴在沖擊作用下演變模式[A];第十四屆全國激波與激波管學(xué)術(shù)會議論文集（下冊）[C];2010年

4 劉華敏;劉趙淼;;液滴形成與下落過程分析[A];北京力學(xué)會第13屆學(xué)術(shù)年會論文集[C];2007年

5 鄭哲敏;;液滴與液面碰撞時發(fā)生環(huán)形穿入的條件[A];鄭哲敏文集[C];2004年

6 劉偉民;畢勤成;張林華;孟凡湃;薛梅;;液滴低壓閃蒸形態(tài)和溫度變化的研究[A];山東省暖通空調(diào)制冷2007年學(xué)術(shù)年會論文集[C];2007年

7 呂存景;;微尺度下的液滴黏附力學(xué)[A];慶祝中國力學(xué)學(xué)會成立50周年暨中國力學(xué)學(xué)會學(xué)術(shù)大會’2007論文摘要集（下）[C];2007年

8 陳雪;朱志強;劉秋生;;固體表面液滴熱毛細(xì)遷移的實驗研究[A];中國力學(xué)大會——2013論文摘要集[C];2013年

9 郭加宏;胡雷;戴世強;;液滴沖擊固體表面液膜的實驗和數(shù)值研究[A];第九屆全國水動力學(xué)學(xué)術(shù)會議暨第二十二屆全國水動力學(xué)研討會論文集[C];2009年

10 魏明銳;趙衛(wèi)東;孔亮;沃敖波;;液滴修正零維蒸發(fā)模型的推導(dǎo)與分析[A];2007年APC聯(lián)合學(xué)術(shù)年會論文集[C];2007年

中國重要報紙全文數(shù)據(jù)庫 前2條

1 王小龍;新法可讓液滴按需形成任意形狀[N];科技日報;2014年

2 孫文德;液滴透鏡[N];中國知識產(chǎn)權(quán)報;2001年

中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 劉棟;液滴碰撞及其融合過程的數(shù)值模擬研究[D];清華大學(xué);2013年

2 周源;蒸汽爆炸中熔融金屬液滴熱碎化機理及模型研究[D];上海交通大學(xué);2014年

3 張璜;多液滴運動和碰撞模型研究[D];清華大學(xué);2015年

4 王志超;基于SPH-DEM耦合方法的液滴沖擊散粒體運動機理研究[D];天津大學(xué);2015年

5 霍元平;荷電液滴破碎機理及電流體動力學(xué)特性研究[D];江蘇大學(xué);2015年

6 范增華;基于疏水表面冷凝和振動粘著控制的微對象操作方法研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2016年

7 王兵兵;電場下液滴界面輸運與傳熱特性的分子動力學(xué)研究[D];華北電力大學(xué)(北京);2016年

8 嚴(yán)啟凡;流動聚焦液滴生成技術(shù)研究[D];中國科學(xué)技術(shù)大學(xué);2016年

9 張博;液滴潤濕行為與表面微納結(jié)構(gòu)關(guān)系的模擬研究[D];北京化工大學(xué);2016年

10 饒莉;液—液分散體系中液滴的動力學(xué)行為研究[D];北京化工大學(xué);2016年

中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 崔艷艷;液滴撞擊傾斜壁面動力學(xué)過程研究[D];大連理工大學(xué);2010年

2 吳方;微流控系統(tǒng)的高通量液滴檢測[D];天津理工大學(xué);2015年

3 龔翔;電場作用下液滴的聚結(jié)特性及高壓靜電破乳研究[D];集美大學(xué);2015年

4 李艷斌;工業(yè)廠房中敞口槽散發(fā)純水液滴的蒸發(fā)和運動規(guī)律[D];西安建筑科技大學(xué);2015年

5 張慧;液滴在隨機粗糙表面的鋪展動力學(xué)仿真研究[D];蘇州大學(xué);2015年

6 蘇鳳婷;基于單探針和液滴輔助的微構(gòu)件轉(zhuǎn)移方法和實驗研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2015年

7 雷慶;液滴與疏水和超疏水固體表面作用的研究[D];北京化工大學(xué);2015年

8 伍福璋;微米級別因素對動態(tài)接觸角影響的實驗研究[D];南昌大學(xué);2015年

9 李德偉;液滴碰壁鋪展與振蕩的研究[D];大連理工大學(xué);2015年

10 李志江;基于液滴噴射技術(shù)的塑料增材制造系統(tǒng)研究與開發(fā)[D];北京化工大學(xué);2015年

，

本文編號：1156473