液滴撞击热壁的数值模拟研究

液滴撞击热壁的数值模拟研究

【摘要】： 作为相变散热的代表,喷雾冷却技术是将雾化的液滴喷淋到电子元件的表面,蒸发带走热量,它的等效换热系数远高于气体或液体对流散热方法,这使得它们成为船用电子设备散热更好的选择。液滴碰撞热壁是喷雾冷却中的重要过程。本文基于连续介质力学计算开源C++类库Open FOAM~@,利用扩散界面方法,实现对液滴气液界面的捕捉,成功应用了适用于扩散界面方法的平衡接触角和动态接触角的边界条件。根据道尔顿分压定律得到界面饱和蒸汽质量分数,并进一步得到蒸发速率。根据两相之间的传热传质修改了控制方程,并在Open FOAM~@中实现对这数个偏微分方程的求解。在相场变量的稳态分布、液滴在平板铺展和附着于平板液滴蒸发速率这三个与喷雾液滴碰撞热壁相关的案例中验证了数值方法的准确性。研究了液滴碰撞不同温度的壁面,分析Marangoni效应对喷雾液滴碰撞热壁过程的影响,发现温度梯度造成的Marangoni流动会抑制喷雾液滴在壁面上的铺展,并促进喷雾液滴在壁面上的回缩,最终Marangoni流动导致液滴达到准稳态后的内部流动。考虑不同表面张力温度系数的液滴,进一步研究Marangoni效应对喷雾液滴撞击热壁面的动力学过程的影响,发现了表面张力温度系数和液滴最大润湿半径和最小液滴高度之间的线性关系,换而言之,先验的Marangoni数和液滴最大铺展之间的存在线性关系。

【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2020

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