液滴撞击条件下盐水液膜蒸发形态转捩机理的探索

Droplet-impact-falling-film evaporation exists widely in industry， where the heat transfer efficiency is great significance to the whole industrial process. In the evaporation, the surface deformation will affect the evaporation state and then affect the heat transfer efficiency when droplet impacts the falling film. The solution strength will have an influence on the evaporation state, in addition, the change of the solution strength will differently affect the heat transfer efficiency for the two evaporation states. Therefore, the droplet-impact-falling-film evaporation is dynamically complex and deserved to be investigated on the heat and mass transfer process to acquaint the mechanism of bubble dynamics, phase change thermodynamics and solution thermodynamics. In this project, the saline water evaporation state transformation conditions from film surface evaporation to nucleate boiling will be experimentally investigated. On the other hand, based on the solid surface/liquid/vapor interaction, the phase change theory and the solution thermodynamics, the film deformation after the droplet impact is simulated together with the bubble growth in the film and coalescence with the upper vapor space. The temperature, the pressure, the velocity and the strength profiles in the film are analyzed. The the heat transfer characteristics are concluded at two evaporation states. The effects of surface deformation, the nucleate core creation and bubble growth on the heat transfer are examined to reveal the physical mechanism that leads the vaporization state transformation. The results are able to provide the theoretical guide to industrial process.

液滴撞击下的降膜蒸发存在于诸多工业领域,其中的传热效率对于整个工业过程意义重大,在该过程中,液滴撞击液膜产生的界面变形对蒸发形态乃至传热效率产生影响、盐水浓度对蒸发形态具有影响、在不同蒸发形态下盐浓度的变化又对传热系数影响不同，深入研究该复杂动力学和热质传递过程，探索其中的气泡动力学、相变热动力学、溶液热力学机理，具有重要科学意义。本项目拟在液滴撞击条件下，观测盐水溶液液膜由表面蒸发向成核沸腾的转捩条件，同时基于气-液-固相互作用理论、相变理论和溶液热力学理论，数值模拟液滴撞击后液膜的变形、气泡在液膜内的生长及与液膜上的气层合并的过程，通过分析液膜内温度、压力、速度、浓度等特点，揭示两种蒸发形态下的换热特征,总结液滴撞击的界面效应、液膜内发生核态沸腾的气泡产生和生长效应等对换热过程的影响，探索其中的物理现象本质和引起相变传热气化形态转捩的机理，对其作出科学描述，结果为工业过程提供理论指导。

液滴撞击下的降膜蒸发存在于诸多工业领域,其中的传热效率对于整个工业过程意义重大,在该过程中,液滴撞击液膜产生的界面变形对蒸发形态乃至传热效率产生影响、盐水浓度对蒸发形态具有影响、在不同蒸发形态下盐浓度的变化又对传热系数影响不同，深入研究该复杂动力学和热质传递过程，探索其中的气泡动力学、相变热动力学、溶液热力学机理，具有重要科学意义。本项目采用实验观测和数值模拟手段，研究了液滴撞击条件下盐水液滴与壁面的接触特性、液滴的动力学过程及液膜不同蒸发形态的换热特性，对过程中的特殊物理现象进行了深入探索，取得了如下主要进展：.1..建立了液滴撞击条件下液膜受热观测实验台，实现了液滴撞击平面、液滴撞击圆柱体表面及液滴撞击上述表面覆有液膜时的形态变化观测和温度变化等参数测量。解决了拍摄光源、清晰度、微细动态过程的测量问题，实现了对该过程的细致观测。.2..完成了液滴撞击条件下，盐水液滴与壁面的接触特性实验、液膜蒸发和沸腾过程实验观测，测试了液滴撞击后的接触角及铺展因子等参数的变化规律和动力学变形特征、以及液膜在蒸发和沸腾时的换热特征，对相关过程中的特征参量和特殊现象进行了深入分析和规律性描述。.3..采用数值方法分析了纯水液滴、盐水液滴撞击条件下，液膜的动力学变形、蒸发换热及沸腾换热特征，对液体的内部流动、能量转换、温度分布进行了定量分析，对影响盐水液膜蒸发形态转捩的因素之间的规律性和作用机理进行了探讨和阐释。.4..根据实验和计算展现的特殊现象、特征参数和呈现的规律，归纳了液滴撞击条件下盐水溶液液膜由表面蒸发向核态沸腾转捩的条件和在不同蒸发形态下的流动和热质传递特点，描述了该过程的特殊物理现象及其本质，探讨促成表面蒸发向成核沸腾转捩的机理。