在气液两相流VOF(volume of fluid,VOF)模型的基础上耦合CSF(continuum surface force,CSF)表面张力模型,建立了高温平板上的铺展液滴与高温空气中悬浮液滴蒸发过程中内部非稳态流动模型,对液滴蒸发过程中内部非稳态流动进行了研究。基于相变理论,采用用户自定义函数将流体相变模型加入非稳态流动模型中进行耦合计算,获得了高温平板上的铺展液滴与高温空气中悬浮液滴蒸发过程中的内部流动及变化过程。液滴蒸发过程中非稳态内部流动由液滴表面的温度梯度引发,Marangoni流动在液滴内部形成的时间非常短,流体从液滴表面高温区域流向低温区域。计算结果表明:高温平板上随着液滴蒸发的进行,液滴内部一直保持两个对称的涡流,Marangoni流动比较稳定;高温空气环境中随着液滴蒸发的进行,液滴内部四个涡流逐渐转变成两个对称的涡流;液滴内部温度分布因Marangoni流动加强传热而变得均匀,同时由于温度分布变得均匀,Marangoni流动被削弱。
喷雾烟气脱硫过程中液滴在流场中运动时,在表面剪切力的作用下形成内部循环流动,影响液滴内部传质特性,进而影响雾滴吸收SO_2的过程.以单个悬浮液滴为研究对象,采用VOF(volume of fluid)方法计算了不同雷诺数下雾滴内部流动特性和SO_2气体在水雾雾滴内部的扩散,探讨了不同雷诺数下雾滴表面的速度分布以及雾滴内部循环流动对雾滴内部SO_2浓度分布的影响.数值计算结果表明:气流流场中的液滴与气流存在相对运动时,在表面剪切力的作用下液滴内部会产生2个相互对称的涡流,涡心距离液滴中心的距离为2/3R_d,涡流速度随着雷诺数的增加而增大.雾滴对SO_2的吸收过程受到2种机理的控制:一种是在浓度梯度推动下向雾滴内部的径向扩散;另一种是雾滴内部循环流动诱发的扩散传质.通过SO_2在雾滴中径向扩散时间与涡流形成的特征时间、内部循环流动诱发SO_2传质的特征时间的对比,表明在雾滴内部,循环涡流流动对吸附传质过程具有重要的影响,随着雷诺数的不断增加,雾滴内部循环流动对SO_2传质影响逐渐增大.
