水平刻槽管壁面液体升膜非线性特性研究

论文摘要

本文的主要研究目的是分析非线性项对水平刻槽管壁面升膜形成的影响。对驱动液膜形成的润湿力进行分析,在正交曲线坐标系中,建立含对流项的非线性数学模型,采用级数解法求解升膜速度分布,分析雷诺数对升膜速度的影响,对各个方向上的对流项对升膜速度的影响进行研究,利用空间曲率研究槽道形状对液膜形成的影响以及升膜形成的临界条件。考虑温度场和蒸发作用对升膜形成的影响,建立新的数学模型,来研究蒸发作用对升膜形成速度和厚度的影响。在此理论基础上,采用着色法测量液膜沿周向的爬升速度,同时使用红外热像仪测量水平刻槽管壁面的温度分布,将试验结果与理论计算进行对比分析。通过研究发现水平刻槽管壁面升膜是在毛细压力和热润湿力的驱动下克服液膜重力自下向上形成的一层覆盖全管表面的液膜。理论计算表明,在低雷诺数情况下,非线性对升膜形成影响不大;增大输入的热流密度有利于升膜形成和蒸发。试验表明,利用升膜相变换热具有强化换热的效果。本课题的研究,对工业中的液体燃烧装置具有引导意义。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 前言
• 1.1 课题的背景及意义
• 1.2 强化换热的途径和方式
• 1.2.1 换热分析
• 1.2.2 强化换热的方式
• 1.3 螺旋槽管液膜传热的研究现状
• 1.3.1 螺旋槽管管内对流换热的研究
• 1.3.2 有相变时螺旋槽管的换热研究
• 1.4 微尺度相变换热的研究发展现状
• 1.4.1 蒸发弯液面薄液膜的研究概况
• 1.4.2 开放式毛细微槽热沉的研究概况
• 1.4.3 毛细微槽传热的试验研究
• 1.5 水平刻槽管壁面升膜非线性的研究现状
• 1.6 本文的主要工作
• 2 热润湿作用下水平横管刻槽表面升膜形成特性的理论研究
• 2.1 热润湿作用下水平横管刻槽表面升膜形成机理的物理模型分析
• 2.1.1 毛细模型
• 2.1.2 热润湿作用下水平横管刻槽表面的升膜现象
• 2.2 热润湿作用下水平横管刻槽表面升膜形成机理的物理数学模型
• 2.2.1 正交曲线坐标系
• 2.2.2 控制方程在正交曲线坐标系中的表达式
• 2.3 无量纲化分析
• 2.4 热润湿作用下水平横管刻槽表面升膜流动速度的求解
• 2.4.1 槽道几何模型的确定
• 2.4.2 热润湿作用下水平横管刻槽表面升膜速度的求解
• 2.4.3 对流项对升膜速度的影响
• 2.5 在不同速度解下的温度分布与试验结果的对比
• 2.6 小结
• 3 水平刻槽管表面结构对热润湿作用下升膜非线性的影响
• 3.1 水平刻槽管表面槽道几何形状
• 3.2 水平刻槽管表面槽道形状对升膜速度的影响
• 3.3 水平刻槽管壁面升膜形成的临界条件以及对非线性的影响
• 3.4 总结
• 4 水平刻槽管壁面升膜形成的试验研究
• 4.1 试验方法及试验装置
• 4.2 试验结果分析
• 4.2.1 热流密度对升膜速度的影响
• 4.2.2 干烧和有升膜时周向温度分布
• 4.2.3 热流密度对周向温度的影响
• 4.3 使用热电偶测量水平横管刻槽壁面的温度
• 4.4 蒸发作用下水平刻槽管壁面升膜的速度与厚度的求解
• 4.4.1 蒸发作用下水平刻槽管壁面升膜现象
• 4.4.2 蒸发作用下水平刻槽管壁面升膜的物理数学模型
• 4.5 蒸发作用下水平刻槽管壁面升膜的速度与厚度的数值分析
• 4.6 小结
• 5 水平刻槽管壁面升膜传热特性分析
• 5.1 水平刻槽管壁面升膜传热数学模型的分析
• 5.2 能量方程的数值求解
• 5.3 水平刻槽管壁面升膜的温度分布
• 5.4 水平刻槽管壁面升膜的传热系数
• 5.5 小结
• 结论与展望
• 参考文献
• 主要符号表
• 硕士期间发表论文
• 致谢