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

Сахнов А. Ю.; Володин О. А.; Печеркин Н. И.; Павленко А. Н.

doi:10.31857/S0040364423030183

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

Authors: Сахнов А.¹, Володин О.¹, Печеркин Н.¹, Павленко А.¹
Affiliations:
1. Институт теплофизики им. С.С. Кутателадзе СО РАН
Issue: Vol 61, No 4 (2023)
Pages: 594-603
Section: Articles
URL: https://journals.rcsi.science/0040-3644/article/view/232756
DOI: https://doi.org/10.31857/S0040364423030183
ID: 232756

Cite item

Full Text

Open Access
Restricted Access

Access granted
Restricted Access

Subscription Access

Abstract
About the authors
References
Supplementary files
Statistics

Abstract

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.

References

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.