本文關鍵詞：液滴速降壓蒸發(fā)過程中的氣泡生長研究

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【摘要】：液體的閃蒸過程在現(xiàn)代工業(yè)中的應用十分廣泛,在航空航天和國民經(jīng)濟的安全生產(chǎn)中也有著重要的研究價值。單個液滴速降壓蒸發(fā)過程中氣泡生長的研究是液體閃蒸研究中的重要組成部分,關系到液體閃蒸噴霧后的霧束形態(tài)。本文采用實驗研究與理論分析相結(jié)合的方法,針對單個液滴速降壓蒸發(fā)過程中的氣泡生長過程展開研究。實驗研究方面,采用液滴懸掛法,設計并搭建了能夠?qū)σ旱渭訙夭⑶覍嶒灴芍貜托愿叩膶嶒炏到y(tǒng)。實驗以蒸餾水和正戊烷為工質(zhì),液滴的初始溫度在20~40℃范圍內(nèi),環(huán)境壓力由一個大氣壓降至200~2000Pa,研究發(fā)現(xiàn):提高液滴的初始溫度,液滴更容易發(fā)生爆裂現(xiàn)象,其熱力狀態(tài)也更接近飽和線;最終環(huán)境壓力越高,氣泡生成至破裂所經(jīng)歷的時間越長。蒸餾水液滴爆裂后,熱電偶結(jié)點上殘存的部分液體在低壓環(huán)境下繼續(xù)蒸發(fā),熱電偶測量溫度繼續(xù)下降,至熱電偶處水分蒸發(fā)完全,測量溫度迅速上升;而由于正戊烷的沸點低、粘度小,降壓瞬間,正戊烷液滴內(nèi)部產(chǎn)生氣泡,并且液滴劇烈晃動,正戊烷液滴內(nèi)的氣泡生長,導致其脫離熱電偶結(jié)點,熱電偶測量溫度迅速回升。理論研究方面,對單個液滴閃蒸過程中的氣泡生長過程進行了合理的簡化假設,在液滴閃蒸模型的基礎上,將氣泡生長的動量方程與液滴閃蒸的能量方程耦合,建立了液滴閃蒸過程中氣泡生長的理論模型。模型計算結(jié)果顯示:氣泡的生長過程可分為初始階段、過渡階段和加速階段;氣泡生長受氣泡界面壓差、表面張力以及粘性應力的影響,壓差促進氣泡生長,表面張力和粘性應力抑制氣泡生長,氣泡生長呈現(xiàn)不同階段的原因,即是三者共同作用的結(jié)果;對應氣泡生長的三個階段,氣泡界面溫度也分為維持不變、逐漸下降和迅速下降的三個階段,而由于氣泡生長速度遠大于液滴表面蒸發(fā)引起的界面運動,液滴表面溫度幾乎維持不變;隨著最終環(huán)境壓力的增大,氣泡開始生長的時刻有所延遲,氣泡的生長速度和加速度都減小;液滴初始溫度越高,氣泡生長的初始階段越短,氣泡生長的速度和加速度越大;液滴初始尺寸越大,加速階段的氣泡半徑、氣泡生長速度和加速度越小。
【關鍵詞】：液滴 降壓 蒸發(fā) 氣泡生長 傳熱傳質(zhì)
【學位授予單位】：華北電力大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TK12
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 緒論10-17
• 1.1 課題研究的背景及意義10-11
• 1.2 液滴速降壓蒸發(fā)過程的實驗研究現(xiàn)狀11-13
• 1.3 液滴速降壓蒸發(fā)過程的理論研究現(xiàn)狀13-14
• 1.4 液滴速降壓蒸發(fā)過程中氣泡生長的研究現(xiàn)狀14-15
• 1.5 本文的主要研究內(nèi)容15-17
• 第2章 實驗系統(tǒng)與實驗方案17-24
• 2.1 概述17
• 2.2 實驗系統(tǒng)整體設計17-18
• 2.3 實驗系統(tǒng)各主要部分設計18-21
• 2.3.1 測試系統(tǒng)18-19
• 2.3.2 真空系統(tǒng)19-20
• 2.3.3 圖像采集系統(tǒng)20
• 2.3.4 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)20-21
• 2.4 實驗方案21
• 2.5 實驗系統(tǒng)適用范圍21-22
• 2.6 本章小結(jié)22-24
• 第3章 液滴速降壓蒸發(fā)過程中氣泡生長的實驗研究24-30
• 3.1 概述24
• 3.2 蒸餾水液滴的實驗結(jié)果24-27
• 3.2.1 蒸餾水液滴內(nèi)氣泡生長與爆裂的形態(tài)變化24-25
• 3.2.2 蒸餾水液滴溫度與環(huán)境溫度隨環(huán)境壓力的變化25-27
• 3.3 正戊烷液滴的實驗結(jié)果27-28
• 3.3.1 正戊烷液滴內(nèi)氣泡生長的形態(tài)變化27
• 3.3.2 正戊烷液滴溫度與環(huán)境溫度隨環(huán)境壓力的變化27-28
• 3.3.3 正戊烷液滴與蒸餾水液滴速降壓蒸發(fā)過程比較28
• 3.4 本章小結(jié)28-30
• 第4章 液滴閃蒸過程中氣泡生長的理論模型30-36
• 4.1 概述30
• 4.2 數(shù)學模型及數(shù)值方法30-34
• 4.2.1 數(shù)學建模30-33
• 4.2.2 數(shù)值計算方法33-34
• 4.3 模型有效性驗證34
• 4.4 本章小結(jié)34-36
• 第5章 液滴閃蒸過程中氣泡生長的數(shù)值計算結(jié)果36-46
• 5.1 概述36
• 5.2 數(shù)值計算結(jié)果與分析36-39
• 5.2.1 氣泡生長過程36-38
• 5.2.2 氣泡界面受力分析38
• 5.2.3 氣泡界面與液滴表面溫度分析38-39
• 5.3 液滴閃蒸過程中氣泡生長的影響因素分析39-44
• 5.3.1 最終環(huán)境壓力的影響39-41
• 5.3.2 液滴初始溫度的影響41-42
• 5.3.3 液滴初始尺寸的影響42-44
• 5.4 數(shù)值計算數(shù)據(jù)與實驗結(jié)果的對比分析44
• 5.5 本章小結(jié)44-46
• 第6章 結(jié)論與展望46-48
• 6.1 結(jié)論46-47
• 6.2 展望47-48
• 參考文獻48-53
• 攻讀碩士學位期間發(fā)表的學術(shù)論文及其它成果53-54
• 致謝54

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