【摘 要】
:
固着液滴蒸发是一类重要物理现象,在微电子器件制造与冷却、微流控、自组装表面涂层、生化分析、航天器热控制以及农药喷洒等工农业领域均存在大量以液滴蒸发为背景的应用,对液滴蒸发过程中的传热传质特性以及内部流动规律进行系统性探究有助于对相关应用进行优化设计并进一步挖掘液滴蒸发在上述领域中的潜在应用价值。基于以上背景,本文在综合考虑蒸汽扩散、蒸发冷却以及自然对流在内多种传输机理的基础上构建描述液滴蒸发的三维
【基金项目】
:
国家自然科学基金(No.51706136); 上海市浦江人才计划项目(No.17PJ1404000);
论文部分内容阅读
固着液滴蒸发是一类重要物理现象,在微电子器件制造与冷却、微流控、自组装表面涂层、生化分析、航天器热控制以及农药喷洒等工农业领域均存在大量以液滴蒸发为背景的应用,对液滴蒸发过程中的传热传质特性以及内部流动规律进行系统性探究有助于对相关应用进行优化设计并进一步挖掘液滴蒸发在上述领域中的潜在应用价值。基于以上背景,本文在综合考虑蒸汽扩散、蒸发冷却以及自然对流在内多种传输机理的基础上构建描述液滴蒸发的三维数值模型,首先对不同基底过热度下(0℃~30℃)体积为1μL,接触角为60°的液滴在大范围倾角(0°~180°)内的蒸发进行了探究,之后在恒定过热度(30℃)条件下对1μL体积液滴在不同接触角(30°~90°)下蒸发特性随基底倾角的变化进行探讨,部分章节中环境相对湿度和液滴体积对蒸发的影响也被纳入考量。本文主要结论如下:(1)水平基底上液滴内外温度呈对称分布,各截面分布相同,在蒸发冷却效应影响下气液界面被冷却,最低温度点位于液滴顶点。随基底倾角增大液滴内外温度由对称分布向非对称转变,各截面分布相异,最低温度点不再出现在液滴顶点而是向液滴一侧偏移,气液界面与基底间最大温降增大,蒸发冷却效应增强。同一倾角下,随加热温度上升,温度分布非对称性增强,最低温度点无量纲偏移量以及最大温降增大。(2)液滴附近气相域水蒸气质量分数在水平基底上呈对称分布,由于液滴附近蒸汽浓度与局部饱和温度有关,而气液界面温度沿高度递减,故液滴三相接触线附近蒸汽浓度显著高于液滴顶部,在浓度梯度影响下,接触线处局部蒸发通量也最高。随基底倾角增大,气相域水蒸气质量分数与气液界面蒸发通量均由对称分布转为非对称分布,各截面异性。液滴总蒸发率随基底倾角增大而先增后减,任意锐角倾角对应的蒸发率总是大于与其互补的钝角倾角所对应的蒸发率,这是因为钝角倾角下气相域自然对流对蒸发的促进作用减弱,甚至抑制蒸发。(3)液滴内流场随倾角增大由对称双涡转化为单涡,又由单涡回归为对称双涡。随基底过热度增大,双涡向单涡转化的临界倾角增大,单涡向双涡回归的临界倾角减小,双涡存续的倾角区间扩大。(4)气液界面与基底间最大温差以及液滴蒸发率随环境相对湿度增大而减小,大倾角基底上蒸发率随相对湿度的变化比水平基底上更大。(5)随液滴接触角增大,液滴与基底间接触面积减小而高度增加,对应传热热阻增大,蒸发冷却效应增强,蒸发率减小。涡结构转化方面,液滴接触角越大,双涡向单涡转化角度越大,单涡向双涡回归角度越小,单涡存续的角度区间缩小。(6)在考虑液滴体积的影响时,液滴蒸发率及滴内流动强度随液滴体积增大而增大,大倾角基底上液滴蒸发率随液滴体积的变化比水平基底上更大。
其他文献
陶瓷基复合材料(Ceramic matrix composites,CMCs)具有较高的高温强度、化学惰性以及较好的热稳定性,同时还具备良好的韧性,是具有广阔前景的高温结构材料,其应用包括燃气轮机、热交换器和核反应堆组件。弱的界面结合是提高CMCs韧性的关键因素之一,常通过预先在纤维表面制备一层弱界面涂层,促进CMCs断裂过程中裂纹在纤维/基体界面的偏转以及纤维拔出,以此提高CMCs的韧性。目前公
大数据时代,海量数据大多数以高维矩阵形式存在,如何对高维矩阵进行降维成为机器学习的研究热点问题。利用抽样技术降低高维数据的维度和计算复杂度已被证明是一种有效手段,但不同的抽样和矩阵重构方法在降维过程中产生的误差存在较大差异。本文从抽样的角度出发,研究高维矩阵低秩逼近的方法与误差测度,关注在提高低秩逼近精度的同时,能够降低计算复杂度。主要工作包括以下几方面:首先,对于大规模数据集,Nystr(?)m
面对目前日益严峻的环境保护问题,质子交换膜燃料电池(PEMFCs)因为具有清洁高效、功率匹配快、使用环境安静等优点在新能源汽车领域备受青睐。由于PEMFCs阴极使用高载量的铂(Pt)基催化剂,其成本一直居高不下,对于燃料电池汽车的商业化起到了负面的作用。开发替代的高活性、高稳定性非贵金属催化剂进行被认为是终极解决方案。本论文设计合成了基于MOFs材料的非铂(铁基和钴基)催化剂,通过各种先进的物理化
十九届六中全会指出,当前我国经济发展的要素条件、组合方式以及配置效率等发生诸多变化,所要面对的硬约束性条件明显增多,环境约束接近上限,高质量发展和科技创新成为诸多约束条件下确保经济增长实现“最优解”的必要路径。如何保证科技创新能力长期稳定促进经济增长,其核心关键之处就是人力资本的投资与积累。内生经济增长理论表明,人力资本的长期积累是实现经济增长的根本原因。近年来,随着教育水平提高以及户籍改革制度的
近年来,全球生态环境变化剧烈,自然灾害频发,生态环境安全已成为国际生态研究的热点。黄河流域是我国重要的经济、文化建设地区,能源开发区,其生态环境状况事关民生福祉、民族未来。甘肃省位于黄河流域上游地区,地处三大高原、生态屏障建设交汇之处,生态地位极为重要。因此,定量分析甘肃省区域生态环境状况,探究生态安全等级,对推进黄河流域生态高质量发展、高原生态屏障建设乃至全国生态文明战略实施具有重要意义。本文首
岩画作为早期平面造型艺术的一种表现形式,对于分析、理解古代先民的视觉心理具有重要意义。甘肃是中国西部的岩画大省,岩画中的动物图像不仅种类丰富,更有一些“格套”化的特定动物图像得以长久的传承。本文通过田野考察、文献资料分析和图像学研究,并借助图像信息处理技术,对甘肃岩画中公鹿图像的分布特点、造型风格、图像意蕴进行分析研究,以期揭示鹿图像背后可能涉及的动物神格化、象征化的历史意义,并由此解析古今人们审
甘肃在中国西部处于一个独特的地理位置,既是古代东西文化交流的重要通道,也是连接北方草原沙漠与青藏高原的过渡地带,甘肃境内的古代岩画在形式和内容上比较充分地体现了这一地域文化的特点。虎在甘肃岩画的动物图像中占有重要地位,在东、西两端的岩画中,虎图像在造型上也有不同的表现,其背后则蕴含着古代先民对祖先及神灵的崇拜意识,通过对动物岩画中虎图像的分析,有助于理解古今民间对特定动物所赋于的精神意义或象征意义
随着霍尔推力器的大力发展,碘工质霍尔推力器越来越受到研究人员的重视。为了深入了解碘工质霍尔推力器放电室内部过程进而为推力器性能优化以及空间应用的拓展提供依据,建立了二维PIC/DSMC/MCC混合方法模型并结合鞘层模型和二次电子发射模型,根据碘工质特性,加入解离-电离过程,在定壁温条件下,针对200W碘工质霍尔推力器放电室内部过程开展了数值模拟,考察其放电室内等离子体的多场耦合特性以及与壁面的相互
中国西北地区陶器有着悠久的历史,器耳是陶器中较为重要的附件之一,其设计造型依附于人的思维方式、生活习惯和社会风俗,在功能和审美上具有一定的突出作用。通过对中国西北地区彩陶器耳造型进行系统的研究,依据宫殿式建筑、墓葬形式、生产技术、农耕民族和游牧民族的生活方式,借助考古资料总结出当时社会背景促进了彩陶器耳的发展。搜集相关彩陶器耳的图像资料,以及不同用途彩陶器具的器耳,根据造型将其分为惯用造型器耳和特
随着增材制造技术的发展,涡轮叶片内部冷却通道设计存在更多的可能。蜂窝结构作为一种自然进化而来的结构,在电子散热等领域已有了较为广泛的研究和应用。本文对蜂窝分形通道的流动传热特性以及在涡轮冷却中的适用性展开了数值与实验研究。首先,建立了蜂窝通道结构的参数化方法,对构成蜂窝通道的二分叉单元进行参数化研究。计算结果表明,无论是层流还是湍流,小长径比、小分叉角的二分叉单元都保持着较高的综合换热因子,即有较