降压环境下固着液滴蒸发的实验和理论研究

来源 :华北电力大学(保定) | 被引量 : 0次 | 上传用户:szjlq
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本文实验研究了降压环境下固着水滴和盐水液滴的蒸发过程。水滴在降压环境下的蒸发特性可广泛应用于食物冷冻、航空航天、医疗等领域;而盐水液滴在降压环境下的蒸发特性可应用于海水淡化、废水处理等领域。无论是水滴还是盐水液滴,在降压蒸发过程中都涉及到相变传热传质机理。同时,还涉及环境压力变化对液滴蒸发的影响。盐水液滴在蒸发过程中由于组分浓度不断变化,蒸发过程更为复杂。
  在实验方面,分别采用去离子水液滴和盐水液滴为研究对象。对于去离子水液滴,实验研究了在最终环境压力0.99~6.5kPa范围内,水滴在铜片、载玻片、聚四氟乙烯(PTFE)三种基底上的蒸发过程。结果显示:去离子水液滴的蒸发过程都呈现出固定接触线和接触线收缩阶段,且环境压力越低蒸发速率越快。水滴在铜表面和载玻片表面蒸发过程的形态变化类似。当环境压力越高时(p>4.17kPa),在蒸发的大部分时间里液滴高度随时间基本呈线性变化;而当环境压力越低时,在蒸发后期,高度随时间变化速率加快。而去离子水液滴在聚四氟乙烯表面的降压过程会在壁面附近出现气泡,从而使液滴无量纲高度上升,同时液滴接触角增大。
  对于盐水(NaCl溶液)液滴,三种基底上液滴接触线和接触角变化,以及最终沉积形态与环境压力和液滴浓度有关。其中,当NaCl质量浓度为15%、环境压力p≥3.34kPa时,载玻片表面上盐水液滴接触角会有上升现象,接触角增量Δθ随环境压力的增大而增大,接触角增长率kθ值随环境压力的增大先减小后增大。在聚四氟乙烯表面上,液滴由于汽化产生气泡使得液滴接触角上下波动,接触角变化与环境压力和液滴浓度有关。最后分析了Pe数对盐析形态的影响,结果显示:光滑铜表面上的盐水液滴在整个蒸发过程中Pe数最小,而降压阶段聚四氟乙烯表面上Pe数最大。Pe数越大,外界传质扩散作用越显著,结晶更易在接触线处形成;Pe数越较小,液滴内部的浓度扩散作用越强烈,液滴内部更易于形成四方体晶体。
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