Режимы стекания пленки жидкости на вертикальном цилиндре при различных контактных углах смачивания
- Авторы: Сахнов А.Ю.1, Володин О.А.1, Печеркин Н.И.1, Павленко А.Н.1
-
Учреждения:
- Институт теплофизики им. С.С. Кутателадзе СО РАН
- Выпуск: Том 61, № 4 (2023)
- Страницы: 594-603
- Раздел: Статьи
- URL: https://journals.rcsi.science/0040-3644/article/view/232756
- DOI: https://doi.org/10.31857/S0040364423030183
- ID: 232756
Цитировать
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.
Об авторах
А. Ю. Сахнов
Институт теплофизики им. С.С. Кутателадзе СО РАН
Email: aleksei_sakhnov@mail.ru
Россия, Новосибирск
О. А. Володин
Институт теплофизики им. С.С. Кутателадзе СО РАН
Email: aleksei_sakhnov@mail.ru
Россия, Новосибирск
Н. И. Печеркин
Институт теплофизики им. С.С. Кутателадзе СО РАН
Email: aleksei_sakhnov@mail.ru
Россия, Новосибирск
А. Н. Павленко
Институт теплофизики им. С.С. Кутателадзе СО РАН
Автор, ответственный за переписку.
Email: aleksei_sakhnov@mail.ru
Россия, Новосибирск
Список литературы
- 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.
- 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.
- 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.
- Karmakar A., Acharya S. Numerical Simulation of Falling Film Flow Hydrodynamics over Round Horizontal Tubes // Int. J. Heat Mass Transfer. 2021. V. 173. 121175.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- Lavalle G., Sebilleau J., Legendre D. Rivulet Cascade from Falling Liquid Films with Side Contact Lines // Phys. Rev. Fluids. 2020. V. 5. 124001.
- 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.
- Smolka L.B., SeGall M. Fingering Instability Down the Outside of a Vertical Cylinder // Phys. Fluids. 2011. V. 23. 092103.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.