水平及竖直基底上微小固着液滴的蒸发特性分析

摘要

为揭示非水平表面上微小蒸发液滴的传热传质特性,本文在准稳态模型的假设下构造三维液滴模型,综合考虑了蒸气扩散、蒸发冷却以及气相域中的自然对流这3种传输机理,对水平以及竖直基底上液滴的蒸发过程进行数值研究.通过分析气液界面上温度分布、蒸发通量分布及总蒸发率的变化,重点探究了基底过热度以及重力的改变对液滴蒸发特性的影响.结果表明:与水平基底上温度的对称分布不同,竖直基底上气液界面温度分布表现出明显的非对称性,且非对称性随基底过热度的升高而增强,最低温度点不再位于液滴顶点,而向一侧偏移.此外,水平基底上气液界面局部蒸发通量呈对称分布,各截面分布相似,而竖直基底上局部蒸发通量分布则呈现出显著的非对称性以及各截面异性,非对称性随着基底过热度的升高而增强,这是重力改变后气相域自然对流发生改变的结果.与水平基底相比,竖直基底上蒸发率更高,总蒸发时间更少.最后,基底由水平变为竖直时,液滴内部流场由对称双涡转变为非对称单涡,单涡流速显著大于双涡流速,液滴内流速随基底过热度的上升而增大,单涡环流造成了气液界面温度分布的改变以及最低温度点的偏移.