過冷水滴的結冰與碰撞及其耦合特性研究

目錄




第1章引言

1.1研究背景與意義

1.1.1過冷現(xiàn)象

1.1.2結冰與結霜

1.1.3問題的提出

1.2研究現(xiàn)狀

1.2.1壁面靜置過冷水滴的結冰

1.2.2水滴的碰撞動力學特性

1.2.3過冷水滴的碰撞結冰

1.2.4宏觀積冰模型

1.2.5研究現(xiàn)狀小結

1.3研究內(nèi)容


第2章實驗系統(tǒng)與數(shù)值模擬方法

2.1實驗系統(tǒng)及數(shù)據(jù)處理

2.1.1實驗系統(tǒng)介紹

2.1.2數(shù)據(jù)處理方法簡介

2.1.3誤差分析

2.2表面制備與表征

2.2.1不同接觸角表面的制備方法

2.2.2表面表征與潤濕性測量

2.3數(shù)值模擬方法

2.3.1VOF多相流模型

2.3.2凝固/融化相變模型

2.3.3動態(tài)接觸角模型

2.4本章小結


第3章壁面靜置過冷水滴的成核再輝特性

3.1水滴結冰與融化的實驗

3.1.1水滴的結冰過程

3.1.2已凍結水滴的融化過程

3.2成核實驗與結果分析

3.2.1降溫速率對成核實驗的影響

3.2.2系統(tǒng)誤差與成核隨機性分析

3.2.3成核溫度與成核率

3.3成核特性的影響因素

3.3.1體積效應

3.3.2時間效應

3.4再輝階段的理論分析

3.5本章小結


第4章壁面靜置過冷水滴的凍結特性

4.1凍結輪廓的理論模型

4.1.1初始階段

4.1.2成核再輝階段

4.1.3凍結階段

4.1.4模型驗證

4.1.5冷面溫度對水滴凍結的影響

4.2凍結階段的數(shù)值模擬

4.2.1幾何條件

4.2.2物理模型與邊界條件

4.2.3模擬參數(shù)選擇

4.2.4模擬結果與討論

4.3凍結時間

4.3.1影響因素分析

4.3.2凍結時間關系式

4.4本章小結


第5章常溫表面上水滴碰撞的實驗與模擬

5.1水滴碰撞的實驗

5.1.1實驗工況

5.1.2碰撞特性

5.1.3We數(shù)和接觸角對鋪展系數(shù)的影響

5.1.4We數(shù)和接觸角對高度系數(shù)的影響

5.1.5水滴振蕩

5.2水滴碰撞的最大鋪展系數(shù)及其對應時間

5.3橢球水滴碰撞的模擬

5.3.1物理模型與邊界條件

5.3.2網(wǎng)格無關性驗證

5.3.3模擬驗證

5.3.4碰撞參數(shù)的影響

5.4橢球水滴碰撞的最大鋪展系數(shù)

5.5本章小結


第6章冷面上過冷水滴碰撞結冰的實驗與模擬

6.1過冷水滴的碰撞結冰實驗

6.1.1實驗工況

6.1.2碰撞與結冰特征

6.2過冷水滴的碰撞結冰模擬

6.2.1過冷效應的引入

6.2.2物理模型與邊界條件

6.2.3網(wǎng)格無關性驗證

6.2.4模擬驗證

6.3模擬結果分析

6.3.1過冷效應的影響

6.3.2碰撞參數(shù)的影響

6.3.3碰撞結冰的形態(tài)

6.4本章小結


第7章宏觀變物性積冰模型

7.1物理模型

7.1.1霜冰物性參數(shù)

7.1.2控制方程與邊界條件

7.1.3模型求解

7.1.4不同模型的比較

7.1.5模型驗證

7.2結果與討論

7.2.1積冰特性

7.2.2來流參數(shù)對臨界狀態(tài)的影響

7.2.3來流參數(shù)對積冰特性的影響

7.3模型選擇

7.4本章小結


第8章總結與展望

8.1主要結論

8.2創(chuàng)新點

8.3后續(xù)工作展望


附錄冰、水與空氣的物性參數(shù)


參考文獻


在學期間發(fā)表的學術論文與研究成果


致謝