分层液膜沿非均匀受热斜面流动传热特性分析

本课题研究的基于流体力学及传热学的分层液膜，作为一种高效传热传质技术，蕴涵及其丰富的动力学行为，其中交界面稳定性、自由表面波及内波等非线性现象一直是流体力学工作者研究的热点。本课题利用Navier-Stokes方程及合理的边界条件对沿非均匀加热斜面分层液膜流动传热问题进行描述，建立数学模型,基于长波理论推导液膜中小扰动满足的控制方程和边界条件。基于流函数，用摄动法进行展开求解，得到Orr-Sommerfeld方程，最后利用数学软件编程数值模拟求解，结果分析不同因素对液膜流动传热稳定性的影响。研究分层液膜非线性内波，基于边界层理论及Long方程，化简推导，用摄动法求解，导出非线性内波的演化方程，编程数值求解得到行波解。作为特例，对低温饱和液氮液氧液氢等液膜测量物性，搭建试验台研究流动传热稳定性，为实现液膜高效传热传质应用提供理论和试验基础。

液膜具有高效传热传质特性，被广泛应用于工程热物理领域，其流动传热特性一直是流体力学工作者研究的热点。本项目建立了沿非均匀加热斜面分层液膜流动传热问题的数理模型，基于长波理论利用摄动法得到Orr-Sommerfeld方程，并进行了数值模拟求解，得到不同因素对液膜流动传热稳定性的影响；以液态低沸点H2、O2及N2为例，研究了液膜沿加热斜面流动传热稳定性。另外还得到了分层液膜非线性内波的行波解，以及密度分层液膜中小振幅内波的波动特性。以水和空气为介质搭建了实验台，利用氢气泡显示技术对液膜边界层可视化实验研究。本项目的研究成果为液膜在热能工程中的应用提供了理论依据。本项目还研究了液膜在火力发电厂节能减排中的应用，并利用流体传热传质模型对新疆可再生新能源的开发及利用进行了研究。