液态金属表面的液滴汽化和液体沸腾机理研究

This project studies the droplet vaporization and liquid boiling phenomena on liquid metal surface, in order to explore the influence of micro particle interaction on surface wettability and phase change process excluding the influences of roughness and heterogeneity of traditional solid surface. The method of combining experiment, theoretical analysis and numerical simulation will be used in this study. During the experiments, the droplet vaporization process (including evaporation, nucleation and film boiling) on liquid metal surface will be analyzed by using high speed dynamic analysis technology, the Leidenfrost point will be obtained, and the bubble nucleation process (including bubble nucleation temperature, nucleation position and bubble growth) on liquid metal surface will be recorded. For theoretical analysis, the heat and mass transfer models for droplet evaporation and film boiling on liquid metal surface will be established, respectively, and the influence of liquid-liquid interface deformation on droplet morphology will be analyzed. The Leidenfrost point will be predicted based on the existing models, The main factors affecting the Leidenfrost point will be studied by comparing with the experimental results. In terms of numerical simulation, the molecular dynamics simulation will be used to study the nanodroplet evaporation and the bubble nucleation during liquid boiling on liquid metal surface, the influence of micro particle interaction on phase change will be revealed. The research results of this project will help to understand the micro mechanism of phase change process, and will promote the development of the heat transfer discipline.

本项目研究液态金属表面的液滴汽化和液体沸腾现象，旨在排除传统固体壁面粗糙和非均质的影响，探究微观粒子间相互作用对润湿性及相变过程的影响。研究采用实验、理论分析和数值模拟结合的方法。实验方面，采用高速动态分析技术分析不同工质液滴在液态金属表面的汽化过程（包括蒸发、成核、膜态沸腾），掌握不同工质液滴的Leidenfrost点,获取不同工质液体在液态金属表面沸腾的气泡成核过程（包括气泡成核温度、成核位置和气泡生长）。理论分析方面，建立液滴在液态金属表面蒸发的传热传质模型，分析液-液界面变形对液滴形态变化的影响；基于现有模型对Leidenfrost点进行预测，并与实验结果对比分析，研究影响Leidenfrost点的主要因素。数值模拟方面，采用分子动力学模拟方法研究液态金属表面的纳米液滴蒸发和液体沸腾的气泡成核过程，揭示微观粒子间相互作用对相变过程的影响。本项目研究成果有助于深入认识相变过程的微观机制，促进传热学科的发展。

本项目研究液态金属表面的液滴汽化和液体沸腾现象，旨在排除传统固体壁面粗糙和非均质的影响，探究表面性质对相变过程的影响。研究采用实验、理论分析和数值模拟结合的方法。实验方面，采用高速动态分析技术分析获得了不同工质液滴在不互溶液体表面和液态金属表面的汽化过程（包括蒸发、成核、膜态沸腾），掌握不同工质液滴在不同基底表面的Leidenfrost点。理论分析方面，采用环形坐标系，建立了描述液滴在非互溶液体表面蒸发形态演化的数学模型，分析获得了液-液界面变形对液滴形态变化的影响；基于现有模型对Leidenfrost点进行预测，并与实验结果对比，分析了影响Leidenfrost点的主要因素。数值模拟方面，采用分子动力学模拟方法研究了液态金属表面纳米液膜沸腾的气泡成核和生长过程。研究结果表明：（1）液态金属表面氧化膜存在阻碍了液滴铺展过程，延缓了液滴蒸发；（2）液态金属表面柔性造成的界面动态变形促进液滴蒸发以及液膜成核过程，为强化传热技术提供了一种新思路。本项目研究成果有助于拓宽相变传热在柔性材料领域的认识。