液滴碰撞流动液膜的特性及影响因素研究

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液滴碰撞问题广泛存在于航空航天、喷墨打印、石油开采和喷淋冷却等工程技术领域之中,对液滴碰撞问题的研究对人们的生活和生产具有重要的指导意义。  本文以水和甘油水溶液为实验介质分析了碰撞产生飞溅液滴的影响因素,研究了皇冠喷起和中央喷射液柱的形成与发展过程,以及液滴直径大小、碰撞速度、粘度和液膜流动状态的因素对皇冠喷起和中央喷射液柱最大高度的影响规律。  (1)液滴碰撞液膜产生飞溅液滴情况的影响因素研究。用可视化实验和数值模拟方法,分析了液滴直径大小、液滴碰撞速度、液体粘度和液膜流动状态对碰撞产生飞溅液滴情况的影响。研究指出:液滴直径大小和液滴的碰撞速度越大时,液滴碰撞液膜越容易产生飞溅现象,而且随着液滴直径或者液滴碰撞速度的增大,产生的飞溅液滴的数量和体积都呈增大趋势;而液体的粘度和液膜流量对产生液滴飞溅起抑制作用,粘度越大越不容易产生飞溅液滴,液膜流量越大产生飞溅液滴的数量越少,体积也越小。  (2)关于皇冠喷起的形状发展变化规律的影响因素研究。以实验和模拟相结合的方法研究皇冠变化过程,分析了液滴直径大小、液滴碰撞速度以及液体粘度对产生的皇冠喷起的高度的影响。研究结果表明:液滴直径大小和液滴的碰撞速度越大时,液滴碰撞液膜产生的皇冠喷起的最大高度就越高,而且皇冠喷起的最大高度与液滴直径大小和碰撞速度呈直线增长关系;液体粘度接近于水的液体碰撞所产生的皇冠的高度明显高于高粘度液体产生的皇冠高度。  (3)中央喷射液柱的高度和断裂机制分析研究。以可视化实验方法观测中央喷射液柱的产生和发展过程,研究液滴直径大小、碰撞速度、液体粘度和液膜流动状态对皇冠坍塌之后产生的中央喷射液柱的高度的影响以及对于中央液柱断裂机制的简单分析。实验结果指出:液滴直径大小和液滴的碰撞速度越大时,液滴碰撞液膜产生的皇冠喷起的最大高度就越高,而且中央喷射液柱的最大高度也与液滴直径大小和碰撞速度呈直线增长关系;对于没有产生飞溅液滴的碰撞情况,粘度对最终产生的中央喷射液柱最大高度无明显影响;而对于碰撞产生飞溅的情况,粘度越高,产生的中央液柱的最大高度也越大;液滴滴落高度越大液滴粘度越小,越容易产生中央液柱的断裂。
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