發(fā)布時間：2021-08-25 15:30

　　為了研究恒熱流加熱條件下液滴蒸發(fā)過程中的Marangoni對流,采用高速攝影和紅外測溫技術(shù)研究了親水表面5μL的R113液滴在熱流密度0～3 575 W/m²范圍內(nèi)的蒸發(fā)過程,觀察了液滴內(nèi)部的Marangoni對流,并分析了蒸發(fā)時間、接觸角、波紋數(shù)和胞體直徑等參數(shù)的變化規(guī)律。研究發(fā)現(xiàn):液滴在恒熱流加熱的親水表面蒸發(fā)時,恒定接觸角（CCA）蒸發(fā)模式占蒸發(fā)過程的50%以上,波紋數(shù)和胞體直徑隨著熱流密度的增大而增加,并且波紋數(shù)在高熱流密度下存在一個穩(wěn)定期。 

【文章來源】：熱能動力工程. 2020,35(12)北大核心CSCD

【文章頁數(shù)】：6 頁

【部分圖文】：

實驗系統(tǒng)

無加熱時(即q=0 W/m2)R113液滴的自然蒸發(fā)過程,如圖2所示。其中圖2的上半部分為高速攝像機從液滴側(cè)面記錄的液滴蒸發(fā)圖像,圖2下半部分為紅外攝像機從頂部拍攝的溫度變化圖像。從紅外圖像中可以看出,液滴在初始時刻溫度場呈現(xiàn)不均勻性。初始時刻液滴上表面最低溫度為8.2 ℃,主要是因為R113液體具有強烈的揮發(fā)性,通過潛熱形式帶走大量熱量造成的。在R113液滴的蒸發(fā)過程中,液滴內(nèi)部由于溫度分布的不均性促使了表面張力梯度的產(chǎn)生,從而產(chǎn)生Marangoni對流。圖2中可以清楚地看到Marangoni對流失穩(wěn)現(xiàn)象產(chǎn)生的波紋由穩(wěn)定直條紋狀變?yōu)椴鏍睢Ｓ纱丝梢灾繰113液滴蒸發(fā)時Marangoni對流失穩(wěn)現(xiàn)象由穩(wěn)定的熱流體波向Bénard-Marangoni(BM)對流轉(zhuǎn)變,這是由于在液滴的蒸發(fā)過程中,隨著接觸角的減小,液滴內(nèi)法向溫度梯度升高的同時切向溫度減小,從而法向溫度梯度逐漸占主導,因此產(chǎn)生了對流形式的改變[10]。此外,圖中還看出,轉(zhuǎn)變過程中波紋數(shù)和內(nèi)部對流區(qū)的寬度都逐漸降低。2 實驗結(jié)果分析

圖4為不同熱流密度下液滴動態(tài)接觸角的變化。實驗中,由于R113的表面張力系數(shù)較小,液滴初始接觸角約為18°。在整個蒸發(fā)過程中接觸角不斷減小。R113液滴的動態(tài)接觸角在初始階段變化劇烈,中間階段變化平緩,蒸發(fā)末期變化劇烈。研究表明[19-21],恒熱流條件下固著純水液滴在親水表面蒸發(fā)的蒸發(fā)模式遵循恒接觸半徑(CCR)模式。但恒接觸角(CCA)模式占據(jù)超過50%的總蒸發(fā)時間。這主要是因為實驗所采用工質(zhì)不同,R113的表面張力約為水的24%,所以R113液滴具有更好的流動性和潤濕性,R113蒸發(fā)過程中產(chǎn)生的“粘滑”效應(yīng)[22]更弱。隨著R113液滴的蒸發(fā),三相接觸線向液滴中心移動,但接觸角保持不變。圖4 液滴動態(tài)接觸角隨蒸發(fā)時間的變化

【參考文獻】：
期刊論文
[1]恒熱流條件下親疏水表面液滴蒸發(fā)特性[J]. 高明,孔鵬,章立新.  化工學報. 2018(07)
[2]加熱基板上硅油液滴蒸發(fā)誘發(fā)的Marangoni對流失穩(wěn)現(xiàn)象實驗研究[J]. 賈沂偉,石萬元,王天石.  工程熱物理學報. 2017(09)
[3]微重力環(huán)境下Marangoni對流的有限元數(shù)值模擬[J]. 唐澤眉,李家春.  力學學報. 1991(02)



本文編號：3362380