液滴撞击过程数值模拟及其传热特性研究.pdf

山东建筑大学硕士学位论文 摘 要 液滴撞击液膜是日常生活和工业生产中普遍存在的一种物理现象。液滴撞击对液膜 有显著的扰动作用，液膜扰动对换热面的流动换热有重要影响，因此，深入研究液滴撞 击壁面现象对剖析薄液膜的传热特性及其工程应用不仅具有一定的学术意义，也可为工 程应用提供参考依据。 本文建立了液滴撞击换热壁面的VOF 物理模型，采用PISO 算法对VOF 物理模型 进行求解，根据液滴大小、撞击位置、撞击速度、撞击频率等因素认识液滴撞击所产生 的水花现象，以及流体动力学特征和传热特性。具体结论如下： 3 2 针对液滴撞击水平换热壁面，确定 种不同的液滴直径、 种不同的下落撞击速度、 2 2 种不同的液滴水平间距和 种不同的液滴垂直间距。计算结果表明，液滴撞击液膜后 产生水花现象的机理主要由液滴的冲击力、液滴重力、惯性力和压力梯度协同引起的， 液滴冲击动量越大，水花高度和水花直径越大。液滴撞击速度从1m/s提高到2m/s，整 个传热表面的平均换热系数提高了40.88%。如果液滴直径从1mm 分别增大到2mm 和 3mm 19.35% 32.43% ，整个传热表面的平均换热系数则分别提高了 和 。当多个液滴相邻 水平间距超过水花直径时，整个传热表面的平均换热系数相差了22.61%。如果液滴分别 以高、低频率撞击水平换热壁面时，整个传热表面的平均换热系数相差了24.67%。 5 针对液滴撞击圆管换热壁面，数值模拟了 种不同位置的液滴撞击过程。模拟结果 0° 表明，只有当液滴撞击点位于圆管壁面顶端 位置时，所产生的水花高度、水花直径、 速度场和压力场才呈现一定的对称性，其他角度的撞击特征均为非对称性。液滴撞击圆 90° 0° 管壁面角度从 到 ，对液膜造成的扰动逐渐增大，整个液膜表面的平均换热系数提 高了大约54%。 关键词：液滴撞击，水平壁面，圆管壁面，VOF 模型，传热，数值模拟 I 山东建筑大学硕士学位论文 Numerical SimulationofDropletsImpactProcessand HeatTransferCharacteristics ZhangZhongyi Power Engineering （ ） Directedby Qian Huanqun ABSTRACT It is a common physical phenomenon in daily life and industrial production that droplets impact on liquid film. Droplets impact has a significant disturbance effect on the liquid film. Liquid film disturbance has an important effect on the flow heat transfer of the heat exchange surface. Therefore, It is not only of academic significance, but also of reference fo