1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Теплофизика высоких температур
  4. T. 61, № 4, 2023

Теплофизика высоких температур, 2023, T. 61, № 4, стр. 594-603

Режимы стекания пленки жидкости на вертикальном цилиндре при различных контактных углах смачивания

А. Ю. Сахнов 1, *, О. А. Володин 1, Н. И. Печеркин 1, А. Н. Павленко 1

1 Институт теплофизики им. С.С. Кутателадзе СО РАН
Новосибирск, Россия

* E-mail: aleksei_sakhnov@mail.ru

Поступила в редакцию 11.09.2022
После доработки 22.11.2022
Принята к публикации 06.12.2022

Аннотация

Представлены результаты трехмерного численного моделирования динамики стекания пленки смеси хладагентов 0.9 мол. доли R21 + R114. Рассматривалось стекание жидкости по внешней боковой поверхности круглого вертикального цилиндра при числе Рейнольдса 104 и значениях контактного угла смачивания 10°, 30°, 50°, 70°, 90°. Моделирование проводилось с применением метода объема жидкости (VOF) в пакете OpenFOAM. Получено, что угол смачивания оказывает значительное влияние на площадь смоченной поверхности вследствие смены режимов растекания жидкости по цилиндру. При этом выделены следующие режимы течения: сплошная пленка, устойчивый струйный режим, каскадный струйный режим и режим массивной струи. Эти режимы аналогичны режимам течения жидкости на горизонтальных трубах.

Список литературы

  1. Dai Z., Zhang Y., Wang S., Nawaz K., Jacobi A. Falling-film Heat Exchangers Used in Desalination Systems: A Review // Int. J. Heat Mass Transfer. 2022. V. 185. 122407.

  2. Hu X., Jacobi A.M. The Intertube Falling Film: Part 1. Flow Characteristics, Mode Transitions, and Hysteresis // Trans. ASME: J. Heat Transfer. 1996. V. 118. P. 616.

  3. Li M., Lu Y., Zhang S., Xiao Y. A Numerical Study of Effects of Counter-current Gas Flow Rate on Local Hydrodynamic Characteristics of Falling Films over Horizontal Tubes // Desalination. 2016. V. 383. P. 68.

  4. Karmakar A., Acharya S. Numerical Simulation of Falling Film Flow Hydrodynamics over Round Horizontal Tubes // Int. J. Heat Mass Transfer. 2021. V. 173. 121175.

  5. Ramadan Z., Park C.W. Hydrodynamic Behavior of Liquid Falling Film over Horizontal Tubes: Effect of Hydrophilic Circular Surface on Liquid Film Thickness and Heat Transfer // Case Studies in Thermal Engineering. 2021. V. 24. 10082.

  6. De Arroiabe P.F., Martinez-Urrutia A., Peña X., Martinez-Agirre M., Mounir Bou-Ali M. Influence of the Contact Angle on the Wettability of Horizontal-Tube Falling Films in the Droplet and Jet Flow Modes // Int. J. Refrigeration. 2018. V. 90. P. 12.

  7. Iso Y., Chen X. Flow Transition Behavior of the Wetting Flow between the Film Flow and Rivulet Flow on an Inclined Wall // J. Fluids Eng. 2011. V. 133. 091101.

  8. Sebastia-Saez D., Gu S., Ranganathan P., Papadikis K. 3D Modeling of Hydrodynamics and Physical Mass Transfer Characteristics of Liquid Film Flows in Structured Packing Elements // Int. J. Greenhouse Gas Control. 2013. V. 19. P. 492.

  9. Sebastia-Saez D., Gu S., Ranganathan P., Papadikis K. Meso-scale CFD Study of the Pressure Drop, Liquid Hold-Up, Interfacial Area and Mass Transfer in Structured Packing Materials // Int. J. Greenhouse Gas Control. 2015. V. 42. P. 388.

  10. Sebastia-Saez D., Gu S., Ramaioli M. Effect of the Contact Angle on the Morphology, Residence Time Distribution and Mass Transfer into Liquid Rivulets: A CFD Study // Chem. Eng. Sci. 2018. V. 176. P. 356.

  11. Singh R.K., Galvin J.E., Sun X. Three-dimensional Simulation of Rivulet and Film Flows over an Inclined Plate: Effects of Solvent Properties and Contact Angle // Chem. Eng. Sci. 2016. V. 142. P. 24.

  12. Lavalle G., Sebilleau J., Legendre D. Rivulet Cascade from Falling Liquid Films with Side Contact Lines // Phys. Rev. Fluids. 2020. V. 5. 124001.

  13. Gu C., Zhang R., Zhi X., Zhu S., Qiu L. Numerical Investigation on the Flow Characteristics of Liquid Oxygen and Water in the Structured Packing // Cryogenics. 2020. V. 110. 103140.

  14. Smolka L.B., SeGall M. Fingering Instability Down the Outside of a Vertical Cylinder // Phys. Fluids. 2011. V. 23. 092103.

  15. Mayo L.C., McCue S.W., Moroney T.J. Gravity-driven Fingering Simulations for a Thin Liquid Film Flowing Down the Outside of a Vertical Cylinder // Phys. Rev. E. 2013. V. 87. 053018.

  16. Hirt C.W., Nichols B.D. Volume of Fluid (VOF) M-ethod for the Dynamics of Free Boundaries // J. Comput. Phys. 1981. V. 39. № 1. P. 201.

  17. Ding Z., Wong T.N., Liu R., Liu Q. Viscous Liquid Films on a Porous Vertical Cylinder: Dynamics and Stability // Phys. Fluids. 2013. V. 25. 064101.

  18. Стародубцева И.П., Павленко А.Н., Володин О.А., Суртаев А.С. Особенности динамики повторного смачивания перегретой поверхности стекающей пленкой криогенной жидкости // Теплофизика и аэромеханика. 2012. Т. 19. № 3. С. 347.

  19. Павленко А.Н., Суртаев А.С., Цой А.Н., Стародубцева И.П., Сердюков В.С. Динамика повторного смачивания перегретой поверхности стекающей пленкой жидкости // ТВТ. 2014. Т. 52. № 6. С. 886.

Дополнительные материалы отсутствуют.

Инструменты

следующая статья выпуска предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Теплофизика высоких температур

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал