乙醇水溶液单液滴碰撞热壁面的动态演化特性

刘红，司超，赵传奇，张博，蔡畅，尹洪超

（海洋能源利用与节能教育部重点实验室，大连理工大学能源与动力学院，辽宁大连116024）

液滴碰壁在喷雾冷却、表面涂层、喷墨打印等领域有着广泛的应用[1−4]，也是内燃机喷雾中常见的现象。液滴碰撞热壁面降低其表面温度是喷雾冷却中主要的动态传热过程。为探究提高喷雾冷却效率的方法，理解液滴动态演化过程十分重要。近年来，液滴碰壁从能量耗散与平衡、碰壁动力学过程和碰壁表面特性影响等多方面进行了研究。研究表明，液滴特性（液滴尺寸[5]、撞击角度[6−8]、碰壁速度[9−12]、液滴润湿性[13]等）、壁面特性（壁面温度[14−15]、壁面结构[16−17]、粗糙度[18−21]等）都会影响液滴碰壁演化特性。Wildeman等[22]研究了液滴碰壁动态过程中液滴参数、碰壁表面特性对液滴碰壁动态特性的影响，通过能量分析方法建立了液滴撞击固体表面时的能量平衡及能量损耗机理。但该机理只适用于常温壁面下单组分工质的碰壁特性，并未对工质自身物性变化以及壁面传热对碰壁特性影响进行深入研究。Qin等[23]在Wildeman 研究理论的基础上实验探究了不同浓度甘油溶液在常温下的动态碰壁演化过程，主要研究液体黏度变化对表面液滴扩展行为的影响。结果表明，液体黏度在影响液滴扩散方面具有双重作用。黏度与碰撞惯量存在复杂的依赖关系。Roisman 等[24]基于动量守恒的原则，研究了牛顿流体液滴扩散过程中不稳定层流的黏性流动，得到了满足Navier−Stokes方程的黏性流的自相似解。……