旋转圆锥形甩干机模型大液滴撞击特性的研究

《Langmuir》：Study on Large Droplet Impingement Characteristics of a Rotating Conical Spinner Model

通过染色分析法研究超冷却大水滴（MVD=146/230 μm）撞击旋转锥模型（θ=30°, n=0-1000 rpm）的水收集系数分布，发现峰值出现在锥体停滞区（≈0.9），下游表面（距停滞区120-480°）系数稳定于0.6-0.7区间，锥尾处（≈540°）骤降至0.3-0.4。不同来流速度（1-3 m/s）和转速下，大水滴撞击特性呈现显著的空间各向异性，其中71 μm水滴收集系数较146 μm和230 μm低约15%-20%。

　　

准确预测过冷水滴的运动和撞击情况对于分析冰层积聚和防冰技术至关重要。本研究设计并构建了一个实验装置，用于分析大水滴的撞击特性。实验在旋转的圆锥形旋转器模型上进行，并采用了染色方法。通过比色分析获得了与停滞点相关的色度值，并将其转换为旋转器表面相对局部收集系数的分布。基于实验数据对现有半经验模型进行了修正，得到了一个适用于过冷水滴（SLD）撞击的修正模型，并用该模型模拟了水滴在旋转器上的撞击过程。结果表明，局部水收集系数在旋转器的停滞区达到峰值，随后在下游圆锥表面降至约0.6；在该区域，水滴几乎保持恒定状态，仅有轻微的飞溅或反弹现象，最后在圆锥尾部突然掉落。对于中值体积直径（MVD）为146微米和230微米的水滴，其局部收集系数在整个表面范围内非常接近，且都高于MVD为71微米时的系数。在本研究的条件下，大水滴的局部收集系数分布在不同来流速度及其对应的旋转速度下保持一致，没有显著变化。