持续供液蒸发液滴综合建模的理论框架及常用假设的有效性
应用物理
2020-08-25 v1 流体动力学
摘要
建立了一个理论框架来模拟持续供液的液滴蒸发过程，这是高熟流密度电子器件热管理中有前景的工具。利用该框架，针对静止于加热平基板上的半球形水滴开发了一个综合模型，纳入了所有相关输运机制：液滴内部的浮升流与热毛细对流，以及气体域中蒸汽的扩散与对流输运。在界面处，还考虑了各相的质量、动量与热耦合，并涵盖所有相关物理方面，包括若干鲜被考虑的界面现象，如气体的斯特藩流以及界面向环境的辐射传热。所开发的模型在两相中均采用与温度相关的物性（含密度），并考虑了包括马兰戈尼流在内的所有相关物理，这使得该模型前所未有。此外，利用此综合模型，在高基板温度且液滴因浮升力存在内部对流的情况下，发现了半球形液滴具有双温度凹陷的非单调界面温度分布。所提框架还被用于构建若干采用液滴蒸发常用假设的简化模型，并据此评估了这些模型的计算性能及常用简化假设的有效性。基准模拟表明，忽略气体流动（即忽略气相中对流输运）会导致蒸发率被低估 23–54%。若考虑气体流动但采用布辛涅斯克近似而非在整个气体域赋予温度相关密度来模拟浮力效应，蒸发率可能被低估至多 16%。
引用
@article{arxiv.2004.03191,
title = {A theoretical framework for comprehensive modeling of steadily fed evaporating droplets and the validity of common assumptions},
author = {Yigit Akkus and Barbaros Cetin and Zafer Dursunkaya},
journal= {arXiv preprint arXiv:2004.03191},
year = {2020}
}