發(fā)布時(shí)間：2019-09-25 01:48

【摘要】：從覆冰類型及危害來看,雨凇對于導(dǎo)線產(chǎn)生的危害是最為嚴(yán)重和致命的。液滴撞擊壁面的動力學(xué)特性對于相變凝固過程中的熱質(zhì)傳遞有重要影響,進(jìn)而影響導(dǎo)線覆冰的特性。通過對比液滴撞擊常溫及過冷彎曲壁面過程中的液滴行為演變的異同,獲得了表面過冷度和曲率大小對液滴鋪展行為的影響規(guī)律。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,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(shí)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,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。該結(jié)論可為導(dǎo)線雨凇結(jié)冰提供理論參考。
【圖文】：

圍內(nèi)對于液滴撞擊過程會有明顯影響。Yang等[9]在不同初始條件下對液滴撞擊圓柱表面的結(jié)冰特性進(jìn)行了可視化實(shí)驗(yàn)觀察，分析了不同表面對結(jié)冰行為的影響，并探討了水滴流量及風(fēng)溫對結(jié)冰量的影響。學(xué)者們對平壁面上液滴撞擊或者結(jié)冰的過程開展了大量的研究，但是對于固體曲表面等異形結(jié)構(gòu)對液滴結(jié)冰的影響研究較少。本文針對圓柱曲面進(jìn)行了液滴撞擊的可視化實(shí)驗(yàn)，通過改變撞擊壁面曲率的大小以及壁面過冷度[10]來研究液滴撞擊銅柱面上動態(tài)行為的變化過程。1實(shí)驗(yàn)裝置及實(shí)驗(yàn)方法液滴撞擊彎曲銅壁面的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)如圖1所示，實(shí)驗(yàn)采用恒溫水浴中獲得的去離子水滴，通過微量注射泵（DSP-2）將液體注入微量注射針頭中產(chǎn)生液滴并滴撞在過冷的銅圓柱壁面上。銅表面的溫度通過恒溫冷域內(nèi)的冷卻介質(zhì)（固態(tài)乙二醇）進(jìn)行接觸式控制。由躺滴法測得銅表面靜態(tài)接觸角為68.9°。整個(gè)撞擊以及結(jié)冰過程通過兩臺高速攝影儀（PhantomV5.1，分辨率758×585，拍攝幀數(shù)3000fps；Olympusi-speedTR，分辨率800×600，拍攝幀數(shù)3000fps）同時(shí)記錄圓柱上軸向與周向上液滴的行為變化，二者通過數(shù)據(jù)線進(jìn)行同步連接，并且設(shè)置相同的拍攝參數(shù)，使液滴撞擊曲面的行為在兩個(gè)方向進(jìn)行同步拍攝，并利用i-speedsuite軟件對拍攝圖像進(jìn)行分析處理。實(shí)驗(yàn)中，在液滴撞擊的位置處放置標(biāo)尺，作為后期數(shù)據(jù)處理的標(biāo)準(zhǔn)，并且每組實(shí)驗(yàn)反復(fù)多次進(jìn)行，測量誤差在5%范圍內(nèi)。圖1實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)Fig.1Schematicdiagramofexperimentalsetup針對圓柱曲面上液滴鋪展的測量，通過激光光刻的辦法在圓柱的兩端進(jìn)行等間距刻度的標(biāo)識（刻度精度為1mm）。圓柱面周向與軸向具體的測量方法如圖2所示。軸向方向通過水平拍攝的方法，直接讀出液滴鋪展的像素長度，并轉(zhuǎn)化為相應(yīng)標(biāo)尺下的長度。周

第7期范瑤等：壁面曲率及過冷度對液滴鋪展特性的影響·2711·圖2圓柱周向、軸向測量方法Fig.2Circumferentialandaxialdirectionmeasurementofcylinder相接觸線位于兩刻度之間時(shí)，其測量辦法如圖2所示：AB的長度為1mm，C點(diǎn)為MN的中點(diǎn)，在1mm弧長范圍內(nèi)來計(jì)算出CE的長度，MEN為液膜邊緣，近似認(rèn)為是橢圓唬根據(jù)弧長公式2180RABθπ=°(1)2sinRABθ=(2)可得90AB2RsinR°=π(3)通過測量出弦長CD進(jìn)行在圖片上沿軸向方向的變形率κ的計(jì)算：=ABCDκ，通過此變形率就可以獲得所測弧長的真實(shí)值。通過驗(yàn)證計(jì)算，，誤差不大于0.35%。在對液滴撞擊壁面動態(tài)行為分析過程中，涉及如下的參數(shù)。液滴撞擊常溫壁面上的鋪展因數(shù)為0tDDβ=(4)液滴撞擊低溫壁面上的鋪展因數(shù)為**0tDDβ=(5)液滴鋪展至最大鋪展因數(shù)為βmax。式中，Dt為常溫壁面上鋪展液膜直徑，D*t為低溫壁面上鋪展液膜直徑，D0為液滴初始直徑，t為時(shí)間。2實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析2.1液滴撞擊常溫圓柱銅表面動態(tài)特性對于相對低速的撞擊過程，考慮到液滴本身直徑及初始速度的大小，空氣對液滴的剪切力可以忽略。在撞擊到壁面之前，假設(shè)液滴為關(guān)于重力方向是對稱的橢球體，通過圖像處理算得液滴當(dāng)量直徑為230xyD=DD[11]。在室溫（T=23.7℃、空氣相對濕度67.1%）條件下，初始直徑D0為3.0mm的液滴以2.0m·s1的撞擊初速度撞擊常溫銅表面，鋪展過程如圖3所示，壁面粗糙度如表1所示。表1實(shí)驗(yàn)用銅表面粗糙度值（Ra）Table1Listofcoppersurfaceroughnessvalue（Ra）MeasurementofobjectRoughnessvalue/μmMeasurementerror/%D200.270.039D250.260.032D300.250.029圖3單液滴撞擊?
【作者單位】： 重慶大學(xué)工程熱物理研究所;低品位能源利用技術(shù)及系統(tǒng)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(重慶大學(xué));
【基金】：國家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目(2012CB720403) 機(jī)械傳動國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室科研業(yè)務(wù)費(fèi)(SKLMT-ZZKT-2012 MS 17)~~
【分類號】：O35

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 劉志鵬;徐進(jìn)良;;T型微流控芯片中的液滴形成[J];微納電子技術(shù);2007年03期

2 崔潔;陳雪莉;王輔臣;龔欣;;撞擊液滴形成的液膜邊緣特性[J];華東理工大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2009年06期

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的演變過程[J];中國科學(xué):物理學(xué) 力學(xué) 天文學(xué);2010年06期

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

5 李大鳴;王志超;白玲;王笑;;液滴撞擊孔口附近壁面運(yùn)動過程的模擬研究[J];物理學(xué)報(bào);2013年19期

6 E.Blaβ ,李素琴;氣泡和液滴的生成和并合[J];力學(xué)進(jìn)展;1990年04期

7 鄭哲敏;液滴與液面碰撞時(shí)發(fā)生環(huán)形穿人的條件[J];力學(xué)學(xué)報(bào);1990年03期

8 宋云超;寧智;孫春華;呂明;閻凱;付娟;;液滴撞擊濕潤壁面的運(yùn)動形態(tài)及飛濺運(yùn)動機(jī)制[J];力學(xué)學(xué)報(bào);2013年06期

9 蔡斌,李磊,王照林;液滴在氣流中破碎的數(shù)值分析[J];工程熱物理學(xué)報(bào);2003年04期

10 林志勇,彭曉峰,王曉東;固體表面液滴在吹風(fēng)作用下的振蕩特性[J];熱科學(xué)與技術(shù);2005年01期

相關(guān)會議論文 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(shí)驗(yàn)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(shí)發(fā)生環(huán)形穿入的條件[A];鄭哲敏文集[C];2004年

6 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

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

8 郭加宏;胡雷;戴世強(qiáng);;液滴沖擊固體表面液膜的實(shí)驗(yàn)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

9 武作兵;;液滴熱毛細(xì)遷移研究進(jìn)展[A];第十一屆全國水動力學(xué)學(xué)術(shù)會議暨第二十四屆全國水動力學(xué)研討會并周培源誕辰110周年紀(jì)念大會文集（上冊）[C];2012年

10 范國軍;申峰;劉趙淼;;單個(gè)液滴碰撞水平流動液膜的特性的實(shí)驗(yàn)研究[A];中國力學(xué)大會——2013論文摘要集[C];2013年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前8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 馬理強(qiáng);介觀尺度液滴動力學(xué)特性的光滑粒子動力學(xué)模擬[D];中北大學(xué);2013年

3 畢菲菲;液滴撞擊彎曲壁面的動力學(xué)過程研究[D];大連理工大學(xué);2015年

4 陳彬劍;T型微通道內(nèi)液滴及氣泡生成機(jī)理的研究[D];山東大學(xué);2011年

5 梁剛濤;液滴撞擊液膜的動力學(xué)特性研究[D];大連理工大學(xué);2014年

6 李振;微流控芯片中液滴操控的耗散粒子動力學(xué)模擬[D];上海大學(xué);2011年

7 錢麗娟;霧化射流場中粒子運(yùn)動和傳熱特性的研究[D];浙江大學(xué);2010年

8 姜晶;液相分散程度在氣/液/固多相體系腐蝕過程中的作用[D];中國海洋大學(xué);2009年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 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 熊燃華;液-液兩相介質(zhì)中液滴在瞬時(shí)來流作用的演變過程研究[D];中國科學(xué)技術(shù)大學(xué);2010年

3 邢淑敏;均質(zhì)表面上液滴聚合的可視化實(shí)驗(yàn)研究[D];重慶大學(xué);2006年

4 劉華敏;粘性液滴的形成與沉積擴(kuò)散的數(shù)值模擬[D];北京工業(yè)大學(xué);2007年

5 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

6 于帥;微流控中液滴的形成與操縱機(jī)理及其實(shí)驗(yàn)研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2013年

7 周龍玉;液滴碰撞實(shí)驗(yàn)與數(shù)值研究[D];哈爾濱工程大學(xué);2013年

8 馮志鵬;氣流中液滴破碎特性研究[D];南京航空航天大學(xué);2014年

9 陶英;平壁液滴靜態(tài)鋪展的理論研究[D];大連理工大學(xué);2014年

10 劉冬薇;液滴撞擊超疏水壁面運(yùn)動的模擬研究[D];北京交通大學(xué);2015年

本文編號：2541166