液滴撞擊加熱固體平壁變形過程的數(shù)值模擬.pdf

1、自由表面流動問題普遍存在于化工、冶金、航空航天、材料科學等領域中，其過程中自由表面的位置隨著液體的運動而變化，而且自由界面的運動對系統(tǒng)的行為具有重要的影響。這些問題所固有的非線性變化加上在加熱平壁上撞擊過程中發(fā)生的相變使得問題處理起來非常困難，因此也成為流體動力學領域非常關注的問題。 計算流體力學軟件FLUENT中有三種通用的多相流計算模型：VOF模型、混合模型和歐拉模型。液滴等溫撞擊模型涉及液滴和空氣兩種流體，二者沒有發(fā)生傳質

2、，且要求對液滴自由表面的運動進行重點考查，VOF模型是最合適的計算模型。Hirt和Nichols提出的VOF(volume of Fluid Method)方法，其基本思想是在整個流場中定義一個滿足對流方程的流體體積函數(shù)?？諉卧獣r值為0；滿單元時值為1；單元為界面單元時值介于0到1之間。 對于液滴撞擊等溫水平壁面的情況，建立了理論模型，把液滴流動變形假設為軸對稱，應用FLUENT軟件中的VOF模型，對整個撞擊后的變形過程進行數(shù)值

3、模擬。將模擬結果與實驗數(shù)據進行比較分析，驗證其正確性。通過變換相關參數(shù)，分析了液滴在壁面上的流動狀態(tài)，詳細研究了包括計算網格、壁面特性、撞擊速度、液滴的粘度、直徑以及液滴的表面張力對變形過程的影響。對于液滴撞擊加熱水平壁面的情況，通過建立物理與數(shù)學模型，分析研究了壁面溫度、液滴與環(huán)境溫度、液滴撞擊速度及直徑大小對換熱及蒸發(fā)過程的影響。 結果表明：通過比較液滴撞擊等溫水平壁面的模擬結果與實驗數(shù)據，盡管有誤差存在，但VOF數(shù)值模擬方

4、法，能夠表現(xiàn)液滴鋪展、回縮和反彈過程中的關鍵特征。壁面的可濕潤性即壁面接觸角對液滴的流動狀態(tài)有很大的影響。在液滴的鋪展階段，壁面接觸角越大，液滴的最大鋪展直徑越小，換熱量小，液滴蒸發(fā)速率越小；撞擊速度越大，液滴的鋪展直徑越大，鋪展速度越快，換熱量大，液滴蒸發(fā)速率越大；液滴的直徑越大，鋪展直徑越大，變形過程越緩慢，換熱量大，但液滴蒸發(fā)速率越小。在其他條件不變的情況下，液滴的表面張力系數(shù)越大，鋪展直徑的變化范圍越小，鋪展和回縮的時間也越短。