滴直径、液滴速度和液滴间 距作为描述喷雾状态的三个重要参数，通过三个参数控制热源面上的工质流量和喷雾疏密 程度。把单列液滴对应的微小热源面作为研究对象，则可计算该微小热源面上的液滴数流 量、体积流量和喷雾疏密系数。
[0049] 液滴的数流量、体积流量和喷雾疏密系数由下式确定
[0053] 其中，
[0054] d为液滴直径；
[0055] V为液滴速度；
[0056] 1为液滴间距；
[0057] N为液滴数流量；
[0058] Q为液滴体积流量；
[0059] ξ p为喷雾疏密系数。
[0060] 通过液滴直径、液滴速度和液滴间距三个参数的设置，可计算液滴数流量、体积流 量和喷雾疏密系数这三个直接反映喷雾状态的复合参数，进而模拟多种喷雾状态，为不同 喷雾状态在高过载环境下对液膜形态的影响研究做铺垫。如在本实例中可取d = 0. 5mm，v =7m/s，I = I. 2mm，则 N = 5. 83 X 103/s，Q = 0· 38 X 10 6m3/s，ξ p = 2. 4〇
[0061] (3)液膜畸变判断
[0062] 以建立的过载环境下的算法模型为基础，结合液滴动态模拟设定不同的喷雾形 态，对液滴撞击热源面的两相流动过程进行模拟。不利高过载环境下的液膜畸变主要有液 膜堆积和液膜破裂，本发明针对两现象提出了对应的判断方法。
[0063] 1.不利过载导致液膜堆积现象发生的判断（见图4)
[0064] (a)根据建立的过载环境下的计算模型，计算得到k时刻各节点的体积分数。根据 体积分数获得该时刻壁面节点所对应的液膜厚度<。
[0065] (b)根据k时刻壁面节点的液膜厚度值计算该时刻液膜的平均厚度：
其中k代表时刻，j代表壁面节点，η为节点个数，为j节点在k时 刻的液膜厚度，/Yi为k时刻液膜平均厚度。
[0067] (C)比较k时刻壁面节点的液膜厚度是否满足下列条件：
[0070] 若满足，则记录节点位置j，继续比较下一个节点j+1，直至搜寻完所有壁面节点 n〇
[0071] (d)重复步骤（a) (b)，若某节点在某时间段（如r = 20s)内一直满足步骤（c)中 条件，则判定该点发生液膜堆积现象。
[0072] 2.不利过载导致液膜断裂现象发生的判断
[0073] (a)根据建立的过载环境下的VOF模型，计算得到k时刻各节点的体积分数。根据 体积分数获得该时刻壁面节点所对应的液膜厚度<。
[0074] (b)比较k时刻壁面节点的液膜厚度是否满足下列条件：
[0075] ^ ，其中#为j节点在k时刻的液膜厚度。
[0076] 若满足，则记录节点位置j，判定该节点位置发生液膜断裂，继续比较下一节点 j+1，直至搜寻完所有壁面节点。
[0077] 根据以上方法可以找到热源面发生液膜畸变的位置和时刻。
[0078] 本发明与现有的研究方法相比具有以下优点：
[0079] (1)建立了过载加速度的模拟方法，将液滴撞击加速运动的热源面问题，转变为处 于惯性力场中的液滴撞击固定热源面问题。对常重力环境下的VOF模型加以修正，建立了 过载环境下的计算模型，为不利高过载环境下的液膜畸变研究做好铺垫。
[0080] (2)提出喷雾状态模拟方法，将喷雾模型简化为多列液滴源源不断撞击热源面模 型。以液滴直径、速度和间距作为描述喷雾状态的三个重要参数，通过三个参数控制喷雾流 量和喷雾疏密程度。此方法将克服单个或有限个液滴撞击壁面研究的局限性，在更加长的 时间段内观察和研究液膜的流动形态。
[0081] (3)本发明提出了不利高过载导致液膜畸变的判断方法，包括液膜堆积和破碎判 断，可以更好地估计液膜畸变发生的位置，方便分析过载因素对液膜畸变的影响。
【主权项】
1. 不利高过载诱发的喷雾冷却表面液膜畸变的建模方法，其特征在于包括： A) 建立过载环境下的算法模型； B) 对喷雾状态进行模拟； C) 判断液膜畸变。2. 根据权利要求1的不利高过载诱发的喷雾冷却表面液膜畸变的建模方法，其特征在 于所述步骤A)包括： 以常重力环境下的VOF模型为基础，将参考系建立在水平加速运动的热源面上，引入 惯性力从而建立起非惯性系，建立过载环境下的算法模型； 确定计算区域，进行时间及空间上的网格划分，设置边界条件。3. 根据权利要求1的不利高过载诱发的喷雾冷却表面液膜畸变的建模方法，其特征在 于所述步骤B)包括： 将喷雾模型简化为多列液滴撞击壁面模型； 以液滴直径、液滴速度和液滴间距为描述喷雾状态的三个重要参数，控制工质流量和 喷雾疏密程度。4. 根据权利要求1的不利高过载诱发的喷雾冷却表面液膜畸变的建模方法，其特征在 于所述步骤C)包括： 根据计算的液膜厚度，判断液膜畸变，确定由不利高过载引发的液膜堆积和破裂现象 发生的位置。5. 根据权利要求2的不利高过载诱发的喷雾冷却表面液膜畸变的建模方法，其特征在 于： 在所述非惯性系中，引入的所述惯性力的加速度大小和热源面运动的加速度大小相 等，方向相反。 F+f=ma f - -m&Q 其中， F为质点所受真实外力；f?为引入的平移惯性力； m为质点质量； a为非惯性系中质点运动加速度；aO为惯性系中热源面运动加速度。6. 根据权利要求3的不利高过载诱发的喷雾冷却表面液膜畸变的建模方法，其特征在 于： 对于某一喷雾状态，液滴直径、速度和间距固定，且液滴撞击速度垂直于热源面， 通过液滴直径、液滴速度和液滴间距作为描述喷雾状态三个参数控制工质流量和喷雾 疏密程度：^4 其中， d为液滴直径；v为液滴速度； 1为液滴间距； N为液滴数流量； Q为液滴体积流量； €P为喷雾疏密系数。7. 根据权利要求4的不利高过载诱发的喷雾冷却表面液膜畸变的建模方法，其特征在 于： 计算获得某一时刻热源面各节点位置对应的液膜厚度，以其平均值作为该时刻热源面 上液膜的平均厚度， 若某壁面节点在一定时间段内所对应的液膜厚度均高于该时间段内同一时刻热源面 上液膜的平均厚度，且液膜厚度持续增加，则认为不利高过载导致该位置发生液膜堆积现 象，包括： i) 根据k时刻各壁面节点的液膜厚度值计算该时刻液膜的平均厚度其 中k为时刻，j为节点位置，n为节点个数，g为j节点在k时刻的液膜厚度，p为k时刻 液膜平均厚度， ii) 比较k时刻各壁面节点的液膜厚度是否满足下列条件： h'; >1?調 > 巧―1 若满足，则记录节点位置j，继续比较下一个节点j+1，直至搜寻完所有节点， iii)k=k+1，重复步骤i)和ii)，若某壁面节点在一个预定时间段内一直满足步骤 ii)中条件，判定该点发生液膜堆积现象。8. 根据权利要求1的不利高过载诱发的喷雾冷却表面液膜畸变的建模方法，其特征在 于： 确定某一时刻热源面各节点位置对应的液膜厚度，若k时刻节点j对应的液膜厚度等 于或接近于零，则判定不利过载导致该位置在该时刻发生液膜断裂现象， 老0，实中蹲为j节点在k时刻的液膜厚度，，则节点位置j在k时候发生液膜断 裂现象。
【专利摘要】本发明提供了一种不利高过载诱发的喷雾冷却表面液膜畸变的建模方法，其特征在于包括：过载加速度的模拟方法；喷雾状态模拟方法；不利高过载导致液膜堆积现象发生的判断方法；不利高过载导致液膜破碎现象发生的判断方法。
【IPC分类】G06F17/50
【公开号】CN105117558
【申请号】CN201510580647
【发明人】庞丽萍, 张瑜, 刘猛, 郭琪, 刘栋
【申请人】北京航空航天大学
【公开日】2015年12月2日
【申请日】2015年9月13日