雾化射流场中粒子运动和传热特性的数值模拟研究

雾化射流技术在材料的制备领域有着广泛的应用背景，在高性能材料的研制中，雾化的液态介质往往不是传统的单相低粘度牛顿流体，而涉及到高粘度流体，悬浮液，及非牛顿流体；且雾化环境不局限于常温常压，而涉及高温，真空等。本项目通过构建泡状雾化喷嘴雾化冲击射流和射频感应悬浮溶液等离子射流的完整数值模型，分析常规及特殊环境下高粘度流体，悬浮液，及非牛顿流体在雾化射流场中所经历的各种运动及传热传质事件，并通过理论分析，数值模拟，实验研究达到以下目标：①建立适合非牛顿流体的雾化模型。②建立悬浮液滴在高温雾化射流场中运动及传热的模型，揭示颗粒气液固三态转化的平衡规律和影响参数。③提出优化雾化效果和材料性能的具体技术方案及经验公式。通过研究，加深雾化射流场中颗粒运动及传热传质特性的认识，为高性能材料的制备提供理论基础和设计依据。

雾化射流技术在材料制备领域有着广泛的应用背景，在高性能材料的研制中，雾化的液态介质往往不是传统的单相低粘度牛顿流体，而涉及到高粘度流体，悬浮液，及非牛顿流体,且雾化环境不局限于常温常压，而涉及高温，真空等。本项目通过构建泡状雾化喷嘴雾化冲击射流和射频感应悬浮溶液等离子射流的数值模型，结合理论和实验研究，分析了常规及特殊环境下高粘度流体，悬浮液在雾化射流场中所经历的各种运动及传热传质事件。主要研究成果包括以下三点：①从粘弹流体的本构方程入手，对于液体粘度考虑了气液剪切速率对松弛时间的影响，对比了Goren & Gorttlieb和Joseph的不稳定性分析，分别建立模型求解并以公开发表的实验数据为参照，详细讨论了两种模型的优缺点和适用范围，填补了该领域的空白。②提出了悬浮液滴运动及传热传质模型，对不同尺度粒子建立了统一的颗粒受力表达式进行运动轨迹追踪，采用集总热容法和一维加热模型追踪了悬浮液滴的加热蒸发过程，及固体颗粒的加热，熔化和蒸发过程，其中汽化模型综合考虑了蒸发和沸腾两种方式。③完善了泡状雾化射流和悬浮溶液等离子射流的大型数值模拟程序，分析了工况及物性参数的影响，给出了预测雾化效果和喷涂效果的经验公式及优化雾化效果的具体技术方案。通过本项目的研究，较为全面的分析了雾化射流场中颗粒运动及传热传质特性，为高性能材料的制备提供理论基础和设计依据.在本项目的资助下，项目主持人以第一作者发表录用SCI论文8篇，申请发明专利4项，其中已授权3项，培养研究生3人，项目研究成果获2012年浙江省高等学校科研成果二等奖。.