液滴碰撞壁面问题的SPH直接数值计算研究:液滴与壁面的传热分析

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液滴与壁面碰撞的现象广泛存在于自然界和现代工业中,众多研究者对该现象涉及的流体动力学和传热学问题颇感兴趣。本文主要研究液滴与壁面的传热过程,其对发动机燃油雾化有重要的指导意义,并为提高燃油的利用率和减少污染物排放奠定理论基础。利用数值模拟方法,本文对单液滴与壁面碰撞的传热进行了研究,主要工作和结论如下:  首先,利用SPH方法模拟了液滴与壁面碰撞的运动阶段和铺展阶段,将液滴的热流量和壁面传递给液滴的累积热量作为检测参数,并比较了模拟结果与Batzdorf的计算结果。结果表明,在不考虑蒸发以及密度影响的情况下两者具有较高的吻合度,由此验证了模型的可用性。  接着,分析了液滴与壁面的传热机制,揭示了碰撞过程中液滴内部温度和热流密度的分布规律,并研究了初始参数对液滴与壁面碰撞传热的影响。模拟结果表明,液滴的初始速度越大、粘性系数越小,液滴的温度和热流密度变化越为明显,而且初始速度所产生的影响要大于粘性系数。  最后,应用本文研究成果对实际生产进行了指导。在发动机中,通过提高燃油喷射速度可以提高燃油的利用率并减少废气排放;在3D熔滴打印成型技术中,通过提高金属液滴的初始速度并选用粘性系数较小的金属材料,可以提高产品的合格率。并利用本文研究解释了咖啡环效应。
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