液膜蒸发诱导干斑形成及演变的数值研究

来源 :昆明理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:Seanecn
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液体薄膜在不同表面上的传热技术或涂覆技术可以在许多工程应用中看到:从换热器到降膜蒸发器;从微型电子器件的冷却设备到精密仪器电路板和敏感电子元器件的表面涂敷,无不与液膜在不同表面上的流动过程密切相关。但是,液膜内干斑的出现影响了这个技术的效益与应用,例如,降膜蒸发器中,液膜的局部烧干会导致对流传热系数减小和传热管局部表面温度骤升而引起整体传热效率恶化;干斑出现在精密仪器电路板的涂敷成品中会因为漏电而烧坏整个电路造成额外的经济损失;干斑出现在敏感的电子元器件涂敷成品中会降低电子产品的寿命、安全性及可靠性。鉴于避免和预测干斑形成的重要性,本文针对不同表面上液膜的干涸现象做初步的尝试和探索研究,旨在探索液膜内干斑出现的机制和各种工作参数对干斑形成的影响,完善液膜在不同表面上的传热技术和涂覆技术。本文根据质量守恒定律,分别在水平圆管外和倾斜平板上建立一维的液膜干涸模型,模型中主要考虑蒸发的影响,然后引入热毛细力的概念,升高水平圆管外液膜干涸模型的维度,建立二维的干涸模型。针对液膜干涸的演变过程,利用MATLAB软件对三个模型的控制方程进行数值计算,并详细讨论了喷淋密度、喷淋温度、圆管管径和倾斜板的倾斜角度等对干斑的演变和面积的影响。针对倾斜平板上的一维干涸模型,主要分三部分讨论:倾斜平板上液膜干涸的演变过程;液膜的传热特性;各种工作参数对液膜干涸的影响。喷淋密度增加不仅能提高液膜的传热系数,还能使干斑面积减小甚至避免干斑的出现。喷淋温度升高,干斑出现得越早,稳定的干斑面积也越大。倾斜板的倾斜角度对干斑面积的影响极小。对于水平圆管外液膜的干涸现象,数值研究后发现,增加喷淋密度或减小圆管管径不仅能提高对流传热系数,还能增大液膜厚度来减小烧干面积甚至避免烧干。液膜的干斑面积与喷淋温度成正比,而干斑出现所需的时间与喷淋温度成反比。与仅受蒸发影响的液膜相比,在热毛细作用力和蒸发作用共同作用下的液膜会提前发生破裂。稳定的干斑形状呈现为抛物线形,倾斜平板上干斑面积稳定的速度比水平圆管外的快。
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