液滴混合和反应时薄液膜形貌和流动特性的实验研究

来源 :华北电力大学(北京) | 被引量 : 0次 | 上传用户:xyc76821
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三相接触线附近的薄液膜区的传热传质特性,涉及蒸发、沸腾等生活和工业生产中的许多常见现象,涵盖了微纳传热传质、流体力学等多学科领域的知识。目前对于固着液滴的三相接触线附近薄液膜形貌和流动特性的研究已经较为成熟,而对于液滴混合和反应时接触线附近薄液膜的研究仍不成熟,尚未全面揭示涉及多个液滴接触时接触线附近的传热传质机理。本文以全内反射荧光显微镜搭建了微流动实验观测平台,使用隐逝波作为照明光源,基于隐逝波的光强到壁面距离呈指数衰减的特性,计算了液滴内部示踪粒子的运动特性。使用MATLAB作为数据处理工具,基于MnPIV技术,通过合理的分层分区技术,研究了液滴混合和反应时接触线附近的界面形貌和流动特性。为研究液滴混合时薄液膜区的形貌特征,本文首先使用Scheludko腔体法和全内反射的方法,通过实验手段测量了含有荧光纳米颗粒的纯水的分离压与液膜厚度的关系,发现荧光纳米颗粒的存在增大了结构分离压力,且颗粒浓度越大,总分离压力越大。分离压力的测量为进一步探究液滴混合时薄液膜区的界面形貌和质量流量奠定了基础。通过采用不同的混合方式研究了液滴薄液膜区的形貌和流动特征。研究发现,采用悬垂式混合方式时,液滴薄液膜区的界面形貌出现了剧烈的振荡,且持续时间更长;采用不同的混合方式对于液滴接触线附近的速度场和流场的影响也存在较大差异。为更加准确直观地对液滴反应时的界面形貌和流场信息进行拟合,基于已有的薄液膜二维分区方法,将分区方法的维度扩展至三维,提出了改进的三维分区方法,并通过比较验证了其可行性。基于三维分区方法对液滴反应时的数据进行拟合,发现在液滴发生化学反应时液滴的交界区界面出现了剧烈的变形,且中心区域呈凸起状。同样的,界面出现凸起状区域的速度大小也达到了峰值,速度方向为相向运动,速度场与界面形貌具有良好的一致性。相比于小浓度下的液滴反应,大浓度下的界面变形更剧烈,反应速度更快,达到稳定的时间也越短。本文以全内反射荧光显微镜为实验平台,以隐逝波作为照明光源,首先探究了去离子水的分离压与液膜厚度之间的关系,为进一步探究薄液膜区的形貌和质量流量等奠定基础;然后探究了不同混合方式对于液滴薄液膜区形貌和流场的影响;最后基于改进的三维分区方法,探究了液滴在发生化学反应的前中后期界面形貌和流动特征。
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