强伟,侯予,薛绒,张海洋,宋远佳,刘秀芳

(1.西安交通大学能源与动力工程学院,710049,西安;2.中国空气动力研究与发展中心设备设计及测试技术研究所,621000,四川绵阳)

喷雾冷却技术在电子器件冷却、低温风洞领域有着广泛的应用。作为喷雾冷却技术的关键环节之一,液滴碰撞固体壁面后会出现沉积、飞溅、破碎和回弹等不同行为[1],这些行为对于喷雾冷却的最终效果和整个系统的可靠运行至关重要。

液滴碰撞壁面所呈现的行为特性非常复杂,液滴自身的物性、尺寸、初始速度,碰撞环境的温度、气流速度以及被碰撞壁面的粗糙度、润湿性、曲率等因素均会对其产生影响[2-5]。学者们借助理论分析、数值模拟和实验研究等方法对液滴碰撞壁面的行为特性进行了大量的研究,相关的研究结论在综述文章[6-8]中有详细的介绍。

壁面的浸润性是影响液滴撞击壁面行为特性的关键因素之一。梁超等探究了水滴在不同浸润性壁面上的形态演变过程,结果表明固体壁面的浸润性对液滴撞击表面后形态的演化有较大影响,亲水壁面有利于液滴的铺展[9]。Sahoo等探究了壁面浸润性对水滴碰撞倾斜壁面后最大铺展系数的影响,结果表明,亲水表面和超疏水表面呈现出截然不同的趋势[10]。现有的相关研究主要关注常温工质液滴,与常温工质相比,液氮表面张力和黏度、密度等物性参数低很多,表1给出了水和液氧在0.1 MPa对应饱和温度下物性参数的比较。因此,氮液滴在碰壁过程中可能呈现出与常温工质液滴迥然不同的动力学特性。……