非对称热冲击下微液滴蒸发的热质输运与热力耦合效应研究

In this project, the heat and mass transport as well as the thermo-dynamic coupling behavior of droplet evaporation under the asymmetric thermal impact is taken as the research topic. The application background can be found in many engineering fields such as the combustion of liquid fuel in high speed airflow and in micro-combustor, the direct application of concentrated solar energy, and the thermal protection to blast fire and thermal impact of high power. The investigation content includes the experiment on droplet evaporation and radiative property of liquid, the numerical simulation on heat and mass transfer in gas region, the models and solution to the inhomogeneous thermal response and the thermo-dynamic coupling behavior in droplet, as well as the speciality and mechanism of the evaporating process. By the resarch, the analyzing method and the process speciality will be obtained for the the droplet evaporation suffered from asymmetric thermal impact, which can provide fundamental knowledge for those technical development and relevant investigations.

本项目以液体燃料的高速流与微型燃烧器燃烧、聚集太阳能直接应用、爆炸火灾与高能热冲击防护等技术为应用背景，研究强热辐射与高温气流非对称热冲击下微液滴蒸发过程的热质输运特性与热力耦合效应。内容包括：液滴热辐射性质与蒸发实验研究、气相热质输运、液滴内部非均匀瞬态热响应与热力耦合效应模型与计算方法、蒸发过程特性与控制机制研究。通过研究，掌握非对称热冲击下微液滴非均匀蒸发的分析方法与特性规律，为相关技术发展与研究提供基础理论支撑。

本项目以液体燃料的高速流与微型燃烧器燃烧、聚集太阳能直接应用、爆炸火灾与光热冲击防护等技术为应用背景，研究强热辐射与高温气流非对称热冲击下微液滴蒸发过程的热质输运特性与热力耦合效应。.围绕研究目标，本项目通过建立两种实验装置、机理模型分析和数值模拟，开展了如下四方面研究：(1) 红外激光辐照下液滴的蒸发特性实验测量与光谱辐射性质研究；(2) 液滴蒸发的气相传热传质机制与对流、辐射计算方法；(3) 液滴内部辐射吸收、三维非均匀瞬态传热及热力耦合分析方法；(4) 非对称激光辐射、气流热冲击下液滴的蒸发特性与热力耦合效应分析。.通过研究，基本弄清了液滴蒸发过程中气相对流传质机制和计算方法的适用性、建立了三维非灰气相辐射传热计算方法；对激光与太阳光非对称辐照下液滴内辐射能量吸收，从几何光学和微尺度两个层面，建立了分析模型和求解方法，获得了液滴内辐射吸收分布的控制机制和光谱特性；揭示了液滴加热蒸发过程中，液滴的表面张力效应和内部沸腾条件；分析了太阳光辐照与气流对流耦合作用下的水体蒸发蒸发特性、控制机制和影响因素；获得了不同激光辐照下水滴的蒸发过程实验数据，验证了液滴内辐射吸收、导热与蒸发特性的三维模型和计算方法；掌握了对流与热辐射非对称冲击下三维液滴加热、蒸发和变形破碎的热质输运和热力耦合分析方法，开发了计算源代码，获得了气流和辐射参数及液滴变形对蒸发过程的作用特性。上述研究结果，为相关技术发展提供了认识基础和理论支撑。.