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基面上液滴蒸发是工业领域广泛存在的重要传热传质现象,利用外加电场,能使液滴突破自然蒸发过程中的蒸发速率极限,大幅度缩短液滴的蒸发时间,具有高效低能耗的优势,其应用前景十分广阔,如提高空间降温效率、增强纳米颗粒沉积的均匀性、加快金属表面干燥以及用于纳米材料的制备等。荷电液滴蒸发过程中存在复杂的电流体动力学行为,伴随着液滴的变形、收缩、振动等重要现象,其变形特性的分析和蒸发模型的建立是深入探讨电场作用下液滴蒸发过程的关键,具有重要的研究价值。 国内外学者已就基面性质及温度等对液滴蒸发过程的影响进行了研究,如基面性质对液滴湿润性的影响、液滴界面和三相接触线处蒸发通量的变化以及基面温度对液滴蒸发速率的影响等,对于电场力强化液滴蒸发过程的研究相对较少。本文采用可视化测量手段,针对基面上荷电单液滴的蒸发过程以及电流体动力学特性开展了基础研究工作,主要内容如下: 首先对电场作用下基面上液滴的蒸发过程进行了可视化实验研究。设计并建立荷电单液滴蒸发测试实验台,借助显微高速摄像精确捕捉蒸发过程中荷电液滴的显微形貌特征,获得了固液接触角、液滴高度等的变化规律。采用 PIV技术结合图像处理,对荷电液滴蒸发过程中的内部微流动进行了测量。通过分析液滴蒸发过程中固液接触角的变化规律,建立荷电液滴蒸发模型,给出了蒸发过程中液滴极限荷电量的计算方法。 其次对电场及温度场耦合作用下液滴蒸发过程进行了实验研究。通过在纯水液滴中加入高导电导热纳米颗粒,强化耦合场对液滴蒸发的作用,实验获得了蒸发时间、质量、热通量等的变化规律,发现了耦合场对液滴蒸发速率的提高具有非线性的促进作用。 最后通过改变电场强度和方向,对荷电液滴蒸发过程中液滴的变形特性进行了实验研究,发现了两种不同的蒸发模式:振动蒸发模式和波动蒸发模式。通过对比两种模式下的幅度、频率以及液面形变等,总结了两种模式的液滴形变规律。通过分析两种蒸发模式的液面受力及电荷分布情况,给出了两种模式的液面形变波形图,为研究荷电液滴蒸发机理奠定了实验基础。