Please wait a minute...
 首页  期刊介绍 期刊订阅 联系我们 横山亮次奖 百年刊庆
 
最新录用  |  预出版  |  当期目录  |  过刊浏览  |  阅读排行  |  下载排行  |  引用排行  |  横山亮次奖  |  百年刊庆
清华大学学报(自然科学版)  2019, Vol. 59 Issue (2): 129-134    DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2018.25.048
  物理与物理工程 本期目录 | 过刊浏览 | 高级检索 |
液滴碰撞倾斜壁面的动力学特性
姚一娜, 李聪, 陶振翔, 杨锐
清华大学 工程物理系, 公共安全研究院, 北京 100084
Experimental study of the dynamic characteristics of an oblique impact of a water droplet
YAO Yina, LI Cong, TAO Zhenxiang, YANG Rui
Institute of Public Safety Research, Department of Engineering Physics, Tsinghua University, Beijing 100084, China
全文: PDF(1449 KB)  
输出: BibTeX | EndNote (RIS)      
摘要 为了探究液滴碰撞在固体表面的动力学特性,该文进行了不同初速度的液滴以不同角度撞击光滑不锈钢表面的实验,通过实验研究了液滴的碰撞角度和Weber数对碰撞过程中液滴的动力学特性,如液滴前后沿点位移、最大铺展直径、滑移距离等的影响。结果表明:液滴的最大无量纲铺展直径随Weber数的增大而增大,随斜面倾斜角度的增大而减小;但是,液滴最终静止在表面时与表面的接触直径几乎不受Weber数和碰撞角度的影响,而是取决于液滴在表面上的前进接触角和后退接触角;另外,液滴的前后沿点位移和滑移距离随碰撞角度和Weber数的增大都呈现上升趋势。
服务
把本文推荐给朋友
加入引用管理器
E-mail Alert
RSS
作者相关文章
姚一娜
李聪
陶振翔
杨锐
关键词 液滴碰撞倾斜动力学特性    
Abstract:The impact of water droplets on a smooth stainless-steel surface was studied experimentally for various velocities and angles. The experiments studied the effects of impact angle and Weber number on the dynamic characteristics of the impact process, such as the displacement of leading and trailing edges, the maximum spread diameter and gliding length. The results showed that the maximum spread diameter increased with increasing Weber number, but decreased with increasing surface slope. However, once the water droplet reached equilibrium, the droplet contact diameter was found to be independent of the impact angle and the Weber number but mainly depended on the advancing and receding contact angles of the droplet on the surface. In addition, increasing both the impact angle and the Weber number increased the gliding length.
Key wordsdroplet    impact    oblique    dynamic characteristics
收稿日期: 2018-03-13      出版日期: 2019-02-16
基金资助:国家自然科学基金资助项目(U1633203);国家重点研究计划项目(2017YFC0803300)
通讯作者: 杨锐,副研究员,E-mail:ryang@tsinghua.edu.cn     E-mail: ryang@tsinghua.edu.cn
引用本文:   
姚一娜, 李聪, 陶振翔, 杨锐. 液滴碰撞倾斜壁面的动力学特性[J]. 清华大学学报(自然科学版), 2019, 59(2): 129-134.
YAO Yina, LI Cong, TAO Zhenxiang, YANG Rui. Experimental study of the dynamic characteristics of an oblique impact of a water droplet. Journal of Tsinghua University(Science and Technology), 2019, 59(2): 129-134.
链接本文:  
http://jst.tsinghuajournals.com/CN/10.16511/j.cnki.qhdxxb.2018.25.048  或          http://jst.tsinghuajournals.com/CN/Y2019/V59/I2/129
  图1 液滴碰撞实验系统装置图
  图2 液滴以1.206m/s的速度碰撞在 倾斜壁面上的动力学过程
  图3 液滴撞击倾斜表面的坐标系
  图4 液滴在30°斜面和45°斜面上前沿点和 后沿点的位移随时间的变化曲线
  图5 液滴沿斜面的无量纲滑移距离和 平均滑移速度与 Weber数之间的关系
  图6 液滴在30°和45°斜面上的无量纲 铺展因子随时间的变化情况
  图7 无量纲最大铺展直径和垂直 斜面方向 Weber数的关系
[1] MOREIRA A L N, MOITA A S, PANÃO M R. Advances and challenges in explaining fuel spray impingement:How much of single droplet impact research is useful?[J]. Progress in Energy and Combustion Science, 2010, 36(5):554-580.
[2] 张迪, 罗琦, 黄伟, 等. 汽-水分离器内双液滴碰撞的数值模拟研究[J]. 核动力工程, 2015, 36(1):18-22. ZHANG D, LUO Q, HUANG W, et al. Numerical investigation of binary droplet collision in steam separator[J]. Nuclear Power Engineering, 2015, 36(1):18-22. (in Chinese)
[3] 杨宝海, 王宏, 朱恂, 等. 速度对液滴撞击超疏水壁面行为特性的影响[J]. 化工学报, 2012, 63(10):3027-3033. YANG B H, WANG H, ZHU X, et al. Effect of velocity on behavior of droplet impacting superhydrophobic surface[J]. CIESC Journal, 2012, 63(10):3027-3033. (in Chinese)
[4] 王磊, 淮秀兰, 陶毓伽, 等. 喷雾冷却中微液滴碰撞薄液膜的流动与换热[J]. 工程热物理学报, 2010, 31(6):987-990. WANG L, HUAI X L, TAO Y J, et al. Flow and heat transfer of micro-droplet impact on thin liquid film during spray cooling[J]. Journal of Engineering Thermophysics, 2010, 31(6):987-990. (in Chinese)
[5] FUKAI J, SHⅡBA Y, YAMAMOTO T, et al. Wetting effects on the spreading of a liquid droplet colliding with a flat surface:Experiment and modeling[J]. Physics of Fluids, 1995, 7(2):236-247.
[6] PASANDIDEH-FARD M, QIAO Y M, CHANDRA S, et al. Capillary effects during droplet impact on a solid surface[J]. Physics of Fluids, 1996, 8(3):650-659.
[7] ŠIKALO Š, MARENGO M, TROPEA C, et al. Analysis of impact of droplets on horizontal surfaces[J]. Experimental Thermal and Fluid Science, 2002, 25(7):503-510.
[8] ŠIKALO Š, TROPEA C, GANIĆ E N. Impact of droplets onto inclined surfaces[J]. Journal of Colloid and Interface Science, 2005, 286(2):661-669.
[9] ŠIKALO Š, TROPEA C, GANIĆ E N. Dynamic wetting angle of a spreading droplet[J]. Experimental Thermal and Fluid Science, 2005, 29(7):795-802.
[10] HUANG Y L, WANG M J, LIAO Y C, et al. Initial wetting velocity of droplet impact and spreading:Water on glass and parafilm[J]. Colloids and Surfaces A:Physicochemical and Engineering Aspects, 2011, 384(1-3):172-179.
[11] YEONG Y H, BURTON J, LOTH E, et al. Drop impact and rebound dynamics on an inclined superhydrophobic surface[J]. Langmuir, 2014, 30(40):12027-12038.
[12] JIN Z Y, SUI D Y, YANG Z G. The impact, freezing, and melting processes of a water droplet on an inclined cold surface[J]. International Journal of Heat and Mass Transfer, 2015, 90:439-453.
[13] JIN Z Y, ZHANG H H, YANG Z G. The impact and freezing processes of a water droplet on a cold surface with different inclined angles[J]. International Journal of Heat and Mass Transfer, 2016, 103:886-893.
[14] ANDSAGER K, BEARD K V, LAIRD N F. Laboratory measurements of axis ratios for large raindrops[J]. Journal of Atmospheric Sciences, 1999, 56(15):2673-2683.
[15] ROUX D C D, COOPER-WHITE J J. Dynamics of water spreading on a glass surface[J]. Journal of Colloid and Interface Science, 2004, 277(2):424-436.
[16] LIM T, HAN S, CHUNG J, et al. Experimental study on spreading and evaporation of inkjet printed pico-liter droplet on a heated substrate[J]. International Journal of Heat and Mass Transfer, 2009, 52(1-2):431-441.
[17] CLANET C, BÉGUIN C, RICHARD D, et al. Maximal deformation of an impacting drop[J]. Journal of Fluid Mechanics, 2004, 517:199-208.
[18] YAO Y N, LI C, ZHANG H, et al. Modelling the impact, spreading and freezing of a water droplet on horizontal and inclined superhydrophobic cooled surfaces[J]. Applied Surface Science, 2017, 419:52-62.
[1] 王方, 韩琪炜, 李典望, 金捷. 航空煤油多液滴蒸发特性实验[J]. 清华大学学报(自然科学版), 2024, 64(1): 63-74.
[2] 陈健, 张扬, 张海. 多组分重油单液滴着火与燃烧特性[J]. 清华大学学报(自然科学版), 2023, 63(4): 603-611.
[3] 田野, 裴华鑫, 晏松, 张毅. 车路协同环境下行车风险场模型的扩展与应用[J]. 清华大学学报(自然科学版), 2022, 62(3): 447-457.
[4] 杜宇轩, 闵琪, 李衍智, 都家宇. 流体性质对液滴碰撞壁面影响的数值研究[J]. 清华大学学报(自然科学版), 2022, 62(2): 294-302.
[5] 温荣福, 杜宾港, 杨思艳, 刘渊博, 李启迅, 程雅琦, 兰忠, 马学虎. 蒸气冷凝传热强化研究进展[J]. 清华大学学报(自然科学版), 2021, 61(12): 1353-1370.
[6] 李飞,宋健,方圣楠,宋海军. 动力保持型三挡AMT动力学特性[J]. 清华大学学报(自然科学版), 2021, 61(1): 1-10.
[7] 姜薇, 蒋方华, 李俊峰. 近距离航天器间碰撞概率线性模型的解析修正[J]. 清华大学学报(自然科学版), 2019, 59(9): 705-711.
[8] 赵彤, 郭俊杰, 吕玉红. 预紧力与非线性作用的螺栓结合部动力学特性[J]. 清华大学学报(自然科学版), 2019, 59(9): 772-779.
[9] 王立平, 赵钦志, 张彬彬. 加工中心高速电主轴综合精度分析[J]. 清华大学学报(自然科学版), 2018, 58(8): 746-751.
[10] 关立文, 戴玉喜, 王立平. 空间三角面片对相交判断算法[J]. 清华大学学报(自然科学版), 2017, 57(9): 970-974.
[11] 田川, 叶晓俊, 王祖良, 李鑫. 血液管理RFID多标签识别碰撞避免方法[J]. 清华大学学报(自然科学版), 2017, 57(11): 1121-1126.
[12] 赵富龙, 薄涵亮, 刘潜峰. 压力变化条件下静止液滴相变模型[J]. 清华大学学报(自然科学版), 2016, 56(7): 759-764,771.
[13] 刘孝弟, 朱余乐, 吕俊复, 弭艳, 顾学颖. 塔式尿素造粒粒径分析[J]. 清华大学学报(自然科学版), 2016, 56(6): 592-597.
[14] 陈恳, 阮和平, 吴丹, 刘飞. 振动研磨过程中研磨参数的定量研究[J]. 清华大学学报(自然科学版), 2016, 56(3): 328-333.
[15] 赵富龙, 赵陈儒, 薄涵亮. 单液滴运动相变模型[J]. 清华大学学报(自然科学版), 2016, 56(11): 1213-1219.
Viewed
Full text


Abstract

Cited

  Shared   
  Discussed   
版权所有 © 《清华大学学报(自然科学版)》编辑部
本系统由北京玛格泰克科技发展有限公司设计开发 技术支持:support@magtech.com.cn