【摘要】：采用高速攝像儀對(duì)液滴沖擊加熱壁面過程進(jìn)行實(shí)驗(yàn)觀測(cè),分析了不同實(shí)驗(yàn)流體的沸騰現(xiàn)象特征,探討了中間射流及寶塔狀氣泡的形成機(jī)理。觀測(cè)發(fā)現(xiàn),壁溫高于液體對(duì)應(yīng)的Leidenfrost溫度時(shí)水滴撞擊后會(huì)出現(xiàn)暴沸現(xiàn)象,由于氣泡夾帶伴隨強(qiáng)烈的核化作用,氯化鈉溶液液滴撞擊后可以觀察到中間射流的產(chǎn)生,醇類液滴則發(fā)生完全反彈;壁溫低于Leidenfrost溫度時(shí)液滴在加熱壁面會(huì)出現(xiàn)泡狀沸騰現(xiàn)象,與半球形氣泡不同,寶塔狀氣泡出現(xiàn)在液膜厚度較大的區(qū)域。此外定量考察了液滴在加熱壁面完全反彈時(shí)的最大鋪展因子,發(fā)現(xiàn)鋪展因子僅受Weber數(shù)影響,與文獻(xiàn)結(jié)果比較表明本研究得出的鋪展因子經(jīng)驗(yàn)公式可較好地預(yù)測(cè)液滴在加熱壁面的鋪展尺度。
【圖文】：

λ錇雌釾荻ゲ可淞鰨嘈鄧撬鉷遣⑽炊員?塔狀氣泡的產(chǎn)生原因做進(jìn)一步解釋。關(guān)于膜態(tài)沸騰條件下液滴的鋪展過程，液滴與加熱壁面之間往往會(huì)形成一個(gè)約為30μm厚度的蒸氣薄膜[9-10]，阻礙液滴與壁面的直接接觸，因此壁面材料對(duì)液滴的鋪展特性沒有影響[11]。Karl等[12]的實(shí)驗(yàn)觀測(cè)和數(shù)值計(jì)算結(jié)果表明液滴最大鋪展因子隨撞擊速度升高或表面張力減小而增大，鋪展因子ds*定義為液滴鋪展直徑ds與液滴直徑ddrop的比值*ssdropddd=(2)式中，ds為鋪展液膜與承載壁面之間的接觸直徑，如圖1所示，而不是鋪展液膜兩側(cè)邊緣之間的距離。圖1液滴鋪展直徑的定義Fig.1DropspreadingdiameterdefinitionNegeed等[13-14]實(shí)驗(yàn)考察了膜態(tài)沸騰條件下壁面粗糙度(0.04～10μm)和氧化層厚度(4～8μm)對(duì)液滴最大鋪展因子的影響規(guī)律，結(jié)果顯示液滴最大鋪展因子隨壁面過熱度增大而減小，壁面粗糙度與氧化層厚度的比值在0.01～1范圍內(nèi)增加時(shí)最大鋪展因子增大，壁面粗糙度與氧化層厚度的比值在1～2.5范圍內(nèi)增加時(shí)最大鋪展因子減校Tran等[15]發(fā)現(xiàn)蒸氣膜有一定的潤滑作用，使液滴鋪展得更廣，得出了最大鋪展因子正比于We2/5的結(jié)論，，在后來的研究中進(jìn)一步將此結(jié)果修正為We3/10[16]。Chandra等[17]則指出最大鋪展因子正比于We1/2，而Biance等[18]的結(jié)果為We1/4。Hatta等[19]針對(duì)We<50擬合出了最大鋪展因子d*s-max的經(jīng)驗(yàn)公式*0.74s-maxd=0.093We+1(3)由上述研究可以看出對(duì)膜態(tài)沸騰時(shí)液滴最大鋪展因子的探索目前仍沒有得出一致的結(jié)論，有必要對(duì)此繼續(xù)進(jìn)行深入的討論。Cossali等[20]實(shí)驗(yàn)研究了膜態(tài)沸騰時(shí)液滴的二次霧化過程，指出液滴在光滑壁面霧化得更好，黏度減小時(shí)會(huì)

[24]的研究，水的TL高于飽和溫度150～210℃，而其他液體的TL高于飽和溫度100～105℃。在本研究中，水、5.21%氯化鈉溶液、丁醇和乙醇在常壓下的飽和溫度分別為100、100.8、117.5和78.4℃，因此圖2～圖4所示沸騰現(xiàn)象均發(fā)生在壁溫高于TL的條件下。當(dāng)壁溫低于TL時(shí)，液滴撞擊后會(huì)在加熱壁面出現(xiàn)泡狀沸騰現(xiàn)象，如圖5所示，圖中壁溫為220℃，We為21～22。由于壁溫較低，蒸氣壓不足以驅(qū)動(dòng)液滴脫離壁面，因此整個(gè)鋪展液滴都出現(xiàn)沸騰現(xiàn)象，大量的二次液滴從主液滴脫離，這個(gè)過程一直持續(xù)到泡狀沸騰結(jié)束。圖6為水滴泡狀沸騰中出現(xiàn)的兩種主要?dú)馀�，圖6(a)為帶有頂端射流的寶塔狀氣泡，圖6(b)為不圖6泡狀沸騰中的兩種氣泡Fig.6Twotypesofbubblesinbubblyboiling圖3氯化鈉溶液液滴中間射流Fig.3Centraljetofsodiumchloridesolutiondrop圖4丁醇液滴完全反彈Fig.4Fullreboundofbutanoldrop圖5液滴泡狀沸騰Fig.5Bubblyboiling
【作者單位】： 大連理工大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院海洋能源利用與節(jié)能教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室;大連理工大學(xué)土木工程學(xué)院;
【基金】：國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(51506023,51336001) 中國博士后科學(xué)基金項(xiàng)目(2015M571303) 中央高�；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金項(xiàng)目(DUT14RC(3)159)~~
【分類號(hào)】：O358

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本文編號(hào)：2550420