薄膜蒸发传热过程中的速率限制因素
流体动力学
2024-05-31 v1
摘要
本文提出了一项理论研究，旨在考虑有限速率蒸发动力学，探讨薄膜蒸发传热过程中的速率限制因素。基于连续介质流体的无量纲宏观输运方程，并结合非平衡动力学边界条件，分析了在纯蒸气或蒸气-惰性气体混合物中平坦薄膜的蒸发问题。我们提供了完整的数值解和慢蒸发极限下的渐近解析解，并将其应用于分析薄水膜的蒸发。现有假设，如忽略气相域中的热传递，或忽略非平衡动力学层上的温度跳跃，或更大胆地假设热力学平衡界面（即其温度处于饱和温度），都可以从本文提出的更一般解中完全恢复。我们的结果表明，虽然这些假设在特殊情况下成立，但在许多条件下，尤其是当膜厚 减小到几微米或更薄时，它们可能导致显著误差。我们表明，传统观点认为薄膜蒸发传热中的速率限制因素要么是液膜中的热扩散，要么是气相域中的质量传递，这仅适用于厚膜。随着 减小到几微米或更小，由蒸发动力学引起的界面热阻可能与液膜中的热阻处于同一数量级。该分析还使我们能够比较纯蒸气中薄膜蒸发与惰性气体中薄膜蒸发的传热过程，从而为探索实际热管理中的蒸发过程的各种策略的有效性提供更深入的见解。
引用
@article{arxiv.2401.14843,
title = {Rate-limiting factors in thin-film evaporative heat transfer processes},
author = {H. Zhao and R. Poole and Z. Zhou},
journal= {arXiv preprint arXiv:2401.14843},
year = {2024}
}