本文關鍵詞：液滴撞擊低溫金屬壁面行為特性研究

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【摘要】：我國地形復雜且氣候多樣,寒冬季節(jié)中大部分地區(qū)都存在著高壓輸電線上的覆冰問題,嚴重的覆冰會給輸電網(wǎng)路造成極大的安全隱患,威脅電網(wǎng)的安全運行,甚至引發(fā)嚴重的災害事故,形成大面積斷電直至電網(wǎng)崩潰,造成無法挽回的經(jīng)濟損失。近年來,輸電線覆冰所引發(fā)的電網(wǎng)事故越來越多,也使眾多學者越來越關注輸電線的覆冰過程。然而高壓輸電線上的覆冰機理十分復雜,實際工程中大多是高能耗、高成本消除覆冰的方法,而輸電線自發(fā)除冰等低能耗的除冰方式的研究受到越來越多的學者們的關注,進而從輸電線上液滴的結冰機理出發(fā)探究液滴附著壁面的結冰行為。為深入探究液滴撞擊壁面的結冰機理,揭示液滴在金屬壁面上的結冰行為,本文對液滴撞擊低溫壁面的動態(tài)行為及結冰過程進行了可視化實驗。通過對單液滴在不同初始工況下撞擊不同壁面結構、不同壁面過冷度和不同壁面浸潤性的金屬圓柱壁面過程的動態(tài)行為及結冰過程進行了拍攝,得到了液滴撞擊金屬壁面鋪展和結冰過程的動態(tài)特性。本文的主要研究內(nèi)容和結論如下:(1)本文首先對液滴撞擊不同曲率和過冷度的圓柱壁面進行了可視化實驗,研究了液滴撞擊速度、壁面過冷度及壁面曲率對單液滴撞擊圓柱壁面鋪展行為的影響。實驗結果表明,初始撞擊能越大的液滴撞擊壁面時,液滴在圓柱面周向和軸向方向的鋪展越好。隨著圓柱曲面曲率的增加,周向上液膜鋪展更好,軸向上液膜鋪展更差。對于低溫壁面上液滴的鋪展過程,增加表面的過冷度,液滴的鋪展更差,液滴振蕩弛豫時間更短,表層液膜結冰速率加快。然而,低溫壁面上液滴的鋪展好于常溫壁面上液滴的鋪展,通過分析溫度對液滴表面張力和黏性的影響規(guī)律,文中推論在鋪展過程中,較低的壁面溫度使得液滴底層快速形成了一層冰膜,改變了液固之間的界面能,使得液滴更易于鋪展。在液滴回縮階段,可明顯觀察到底層結冰的現(xiàn)象。(2)對液滴撞擊不同浸潤性壁面進行了可視化實驗研究,分析了一系列不同浸潤性壁面上液滴的鋪展行為,對比了常溫和低溫壁面上液滴的動態(tài)行為。實驗結果表明:壁面浸潤性液滴撞擊鋪展和回縮行為有顯著的影響,隨著壁面表觀接觸角的增大,液滴沿圓柱面周向方向的鋪展越差,達到最大鋪展的時間越短,當壁面為超疏水壁面時,液滴發(fā)生反彈;在液滴鋪展至最大后的回縮過程中,由于周向液膜和軸向液膜回縮速率不一致使得周向上液膜出現(xiàn)圓柱壁面上特有的法向?qū)ΨQ的雙峰液膜現(xiàn)象;低溫壁面上,壁面浸潤性對液滴回縮過程的振蕩行為有顯著的影響,隨著壁面表觀接觸角增大,液滴的振蕩行為越劇烈,持續(xù)時間越長,震蕩周期越短。(3)為研究液滴結冰過程內(nèi)部相變特點,實驗中利用粒子圖像測速技術(PIV)對液滴撞擊壁面過程內(nèi)部相變行為進行觀測。針對水平壁面上不同撞擊能的液滴撞擊壁面過程進行了可視化研究,實驗結果表明:液滴無初速度躺滴表面時,液滴自由液面和周圍進行著熱質(zhì)交換,液滴內(nèi)部形成明顯的環(huán)流現(xiàn)象,在無外熱源擾動的條件下,液滴內(nèi)部的環(huán)流強度平穩(wěn)持久;當壁面溫度降為-10℃時,在液滴內(nèi)部底層貼近壁面處的液膜結冰前會出現(xiàn)沿壁面法線軸對稱的環(huán)流現(xiàn)象,即馬蘭格尼對流;當液滴具有一定初始撞擊能時,液滴在壁面穩(wěn)定無外形變化時,內(nèi)部環(huán)流明顯強于自然蒸發(fā)過程,壁面為低溫壁面時,液滴內(nèi)部結冰前,出現(xiàn)強烈的馬蘭格尼對流;隨著撞擊能的增大,液滴在壁面的接觸面積變大,液滴半球高度越小,即在壁面法向上熱阻減小,液滴內(nèi)部環(huán)流增強,且環(huán)流持續(xù)時間增強,促進了結冰速率的加快;相對于疏水表面上液滴結冰的情況,親水壁面上由于半球高度較小,其熱阻也相對較小,更有利于結冰過程的進行。
【學位授予單位】：重慶大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TM752

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1 陸規(guī);彭曉峰;王曉東;;核化沸騰液滴的鋪展實驗觀察[J];熱科學與技術;2006年03期

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8 王四芳;蘭忠;彭本利;白濤;馬學虎;;超疏水表面液滴合并誘導彈跳現(xiàn)象分析[J];化工學報;2012年S1期

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1 左子文;王軍鋒;霍元平;謝立宇;胡維維;;氣流中荷電液滴演化的數(shù)值模擬[A];中國力學大會——2013論文摘要集[C];2013年

2 賀麗萍;夏振炎;;低流量微管末端液滴形成及破碎的研究[A];第八屆全國實驗流體力學學術會議論文集[C];2010年

3 熊燃華;許明;李耀發(fā);楊基明;羅喜勝;于勇波;趙鐵柱;;液-液兩相介質(zhì)中液滴在沖擊作用下演變模式[A];第十四屆全國激波與激波管學術會議論文集（下冊）[C];2010年

4 劉華敏;劉趙淼;;液滴形成與下落過程分析[A];北京力學會第13屆學術年會論文集[C];2007年

5 鄭哲敏;;液滴與液面碰撞時發(fā)生環(huán)形穿入的條件[A];鄭哲敏文集[C];2004年

6 劉偉民;畢勤成;張林華;孟凡湃;薛梅;;液滴低壓閃蒸形態(tài)和溫度變化的研究[A];山東省暖通空調(diào)制冷2007年學術年會論文集[C];2007年

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1 王小龍;新法可讓液滴按需形成任意形狀[N];科技日報;2014年

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