饱和下降液膜的稳定性研究Ξ.pdfVIP

第 16 卷　第 4 期 应 用 力 学 学 报 . 16　 . 4 V o l N o 1999 年 12 月 . 1999 CH INESE JOURNAL OF APPL IED M ECHAN ICS D ec 饱和下降液膜的稳定性研究 师晋生　施明恒 ( 东南大学　南京　210096) 摘　　要 通过简化表面张力、蒸汽压力和液膜波动之间的关系, 用线性理论分析了饱和液 膜在等温竖壁上的流动稳定性, 讨论了雷诺数、波数、壁面和液膜温差及流体物性变 化的影响。 关键词: 液膜; 扰动; 稳定性; 表面张力; 蒸汽压力 1　引　言 下降液膜在能源、动力、化工和核反应堆等实际工程中有大量应用。因各类扰动的存在, 液 膜自由表面会产生波动, 当波动不致破坏液膜流动的连续性时, 对传热传质有强化作用。但当 波动过大时, 则可能造成液膜的破裂, 从而降低工作效率, 直至将设备烧毁。 饱和液膜在下降过程中与竖直壁面存在热交换时, 自由表面的波动使各处的表面张力和 蒸汽作用于液面上的压力发生变化, 在液膜受热蒸发的情况下, 这种变化使液膜薄处更薄, 厚 处更厚, 加快了扰动的增长, 在液膜冷却而蒸汽凝结的情况下, 这种变化的作用相反, 对扰动的 [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] 增长起到阻滞的效果。对饱和下降液膜的稳定性,Bankoff ,U n sal 和 T hom as 及 Sp indler 等人分别研究了蒸发、冷凝的情况, 没有考虑表面张力因波动的变化。在蒸发或凝结不太剧烈 的情况下, 表面张力和蒸汽压力对扰动的作用同等重要, 本文针对饱和薄液膜传热的特点, 用 线性近似式表达液膜表面张力、蒸发压力与波动之间的关系, 探讨了这种情况下液膜稳定性的 变化规律。 2　模型及基本方程 模型和坐标系示于图 1。温度为T s 的饱和液膜从一温度为 T W 的等温竖直光滑平壁上流 下, 液膜外面是温度同为 T s 的饱和蒸汽, 壁面与液膜发生热量交换, 使汽液界面产生相变。液 膜厚度h 因波动而随时间t 和坐标x 而变, 利用线性理论, 考虑扰动初始发生的情况, 为简化分 来稿日期: 修回日期: © 1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved. 28 应 用 力 学 学 报 第 16 卷 析作以下假设: ) 1 　液体为牛顿流体, 作二维层流流动, 温度一定时物性不变; 2) 　蒸汽处于静态, 对液膜自由表面的剪切力忽略不计; ) 3 　不计热损失和沿流动方向的对流换热, 壁面与液膜的换热完全 用于汽液界面间的相变, 膜内传热为沿膜厚方向的导热; 4) 　因相变而使液膜质量的变化相对于液膜来流总量很小, 液膜平 均厚度H 不发生变化; ) 5 　扰动波幅很小, 由此产生的非线性影响忽略不计;