液滴在液镓表面汽化过程实验研究

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固着液滴的汽化现象在生活与工程应用中都广泛存在,对固着液滴汽化过程也已有大量研究,然而现有研究都在刚性固体基底表面展开,在柔性液态金属表面的液滴汽化研究还鲜有报道,本文采用实验研究与理论分析相结合的方法,对液滴在液镓表面的汽化过程进行了深入研究,研究成果有助于认识液滴在柔性液态金属表面汽化的传热传质规律。由于液镓在大气环境中会立即与氧气反应形成一层氧化膜,所以实验中采用两种方法去除氧化膜的影响,一是采用盐酸蒸汽处理,二是将液镓放入氧浓度小于1ppm的手套箱内,实验发现在手套箱中的液镓最接近液体的性质。本文使用正己烷液滴和去离子水滴作为工质,研究了其在液镓表面的蒸发过程,实验发现正己烷液滴在液镓表面蒸发过程大都遵循恒接触角蒸发模式,去离子水滴的蒸发主要遵循恒接触线的蒸发模式。并且发现在相同工况下,正己烷液滴和去离子水滴都是在手套箱内液镓表面的铺展直径最大蒸发时间最短,在大气环境液镓表面的铺展直径最小,蒸发时间最长。采用现有固着液滴蒸发模型计算了液滴的蒸发时间,以及液滴形状随时间的变化,将计算结果与试验结果对比,发现在手套箱内液镓表面的计算结果与实验结果相差最大,因为现有模型都是基于刚性表面提出的,而在手套箱中的液镓表面更接近液体性质,柔性的表面会促进液滴的蒸发。本文还进行了正戊烷和HFE7100液滴在水、液镓和铝板表面的Leidenfrost现象实验研究,发现两种工质均是在大气环境液镓表面的Leidenfrost温度要高于手套箱液镓表面的Leidenfrost温度,并且两种工质均是在水表面的Leidenfrost温度最低,在铝板表面的Leidenfrost温度最高。采用四种液滴Leidenfrost温度预测模型对正戊烷液滴在水面、液镓表面、铝板表面的Leidenfrost温度进行计算,将计算结果与试验结果进行比较,结果显示过热极限模型的计算结果与正戊烷液滴在液镓表面的实验结果最为吻合;泰勒水动力模型的计算结果与正戊烷液滴在水表面的实验结果最为吻合;热力学均相成核温度预测模型的计算结果与正戊烷液滴在铝板表面实验结果最为吻合。最后,对液滴发生Leidnefrost现象时的形态建立理论模型,采用Matlab软件进行计算,计算获得的液滴形态与试验结果吻合较好。
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