温度对撞击器内颗粒沉积粒径影响的研究

微颗粒的性质几乎与颗粒的粒径紧密相关,为研究气溶胶粒子特性,需获取颗粒粒径分布信息.惯性撞击器是一种基于惯性原理实现大气中不同粒径颗粒沉积分离的装置,在实际使用过程中,经历复杂多变的环境.文章利用拉格朗日多相(LMP)模型对撞击器内的气-固两相流动进行数值模拟,使用有限体积方法(FVM)研究了在绝热和换热两种情况下,气溶胶温度变化(-40℃~60℃)对颗粒沉积率的作用,并分析其对颗粒粒径分离的影响.结果表明:在壁面绝热情况下,随着气溶胶温度的升高,颗粒沉积位置由冲击板中心向边缘发散,颗粒收集效率逐渐降低,颗粒收集数量减少;在气溶胶和壁面换热情况下,随着气溶胶温度的升高,大颗粒沉积位置由冲击板中心向边缘发散,颗粒收集效率降低,小颗粒正好相反.此外,不同气溶胶温度下的颗粒收集效率曲线存在一个交点,交点两侧大小颗粒的收集效率随温度的变化情况相反.通过研究温度对撞击器颗粒收集的影响,可以对颗粒分径结果进行修正,获得更精确的粒径分布.

高准确度水三相点容器

水三相点的高精度复现及准确测量是保证国际温标ITS-90实施的关键。水三相点容器内高纯水的同位素组成会影响复现的水三相点温度值。为了提高水三相点复现水平,减小氢氧同位素的影响,研制了带有氢氧同位素分析的石英及硼硅玻璃高准确度水三相点容器。为了评价容器的性能,开展了硼硅玻璃和石英水三相点容器的比对。实验结果表明:同位素修正前,石英玻璃和硼硅玻璃水三相点容器复现的水三相点在0.058 mK范围内一致;同位素修正之后,容器之间的差异在0.017 mK范围内一致。采用高准确度水三相点容器复现水三相点的扩展不确定度为0.066 mK(k=2)。

微秒级温度传感器动态校准研究进展

近年来,应用于航空航天领域极端测温场合的温度传感器响应速度已达到微秒量级,然而,如何实现对其进行微秒级的动态校准仍是一个亟待解决的挑战。激波管法和激光法是两种解决该问题的潜在技术途径,二者均可提供微秒级的温度阶跃响应,但也具有不同的特点。激波管法适用于高温高压环境,但其阶跃信号的上升过程和幅值存在不稳定性。激光法则具备非接触性和高精度的特点,但目前尚未建立统一的评估体系,无法直接比较不同温度传感器的动态响应特性。最后,总结出3个关键研究方向:改进现有校准方法、探索新的校准方法,以及构建新的评估理论,以促进微秒级温度传感器动态校准研究和相关技术应用的发展。

“两相流原理及测试技术”研究生课程案例库初建与教学实践

随着社会发展,对研究生的政治素养、科学精神和创新能力的培养要求日益提高。“两相流原理及测试技术”课程教学目标要求学生理解两相流动规律,掌握常用两相流动测试方法,践行工匠精神;论文提出了课程案例库建设的必要性,以课程内容发展现状、数值模拟求解结果和两相参数测试方法作为材料建立了案例库,探索了案例库的教学方法。旨在为研究生课程阶段的培养提供参考,以满足专业能力和思政素养的培养要求。

活塞式标准体积管发展现状

标准体积管是一种常见的检定液体流量计的流量标准装置,其结构简单、使用方便、应用广泛,特别适合现场校准,但目前仍缺乏对体积管发展现状进行系统梳理的研究。针对此问题做了深入的文献调研,主要研究内容为:回顾国内外标准体积管的发展历程;简述标准体积管的基本原理和应用场景;对比分析不同类型体积管的性能特点;归纳了体积管的未来发展方向,为下一代体积管技术研发提供参考。

基于支持向量机的激光甲烷浓度量化研究

可调谐半导体激光吸收光谱(TDLAS)技术对甲烷气体探测及甲烷浓度的准确量化具有重要意义。由于激光甲烷信号较为微弱,传统甲烷浓度量化模型在复杂工况下存在量化误差大的问题。针对此问题,基于径向基核nu-支持向量回归机(RBF-nu-SVR)构建了激光甲烷遥测浓度量化回归模型,并与传统模型、多项式核及线性核的nu-支持向量回归机、BP神经网络等模型进行了对比研究。结果表明:所构建的RBF-nu-SVR模型在测试集上展现了较强的泛化性能,平均绝对百分比误差(MAPE)和皮尔逊相关系数(R2)分别为9.155和0.99947,提升了TDLAS对甲烷气体的探测精度。且由于采用的是原始数据,不需要进行二次谐波提取,简化了结构。

激光空化气泡溃灭对SAP弹性小球的作用

空化气泡溃灭时对附近弹性小球的作用研究具有重要的学术价值和实际意义。采用实验方法研究了超吸水聚合物(SAP)弹性小球附近激光空化气泡的膨胀和溃灭过程,利用扩束-聚焦后的激光在去离子水中产生单个空化气泡,通过精密位移平台精确控制空化气泡发生位置,采用高速相机获取气泡膨胀和溃灭以及弹性小球的动态变形过程,进而基于弹性小球的变形,采用数值方法获得作用在弹性小球上的挤压作用力。研究发现,弹性小球附近空化气泡存在多次膨胀和溃灭现象,其中一次膨胀和溃灭持续时间最长,对弹性小球的挤压和拉扯作用最明显。在气泡膨胀阶段,弹性小球受到膨胀气泡的面挤压所用;在气泡溃灭阶段,弹性小球受到溃灭气泡的点拉扯作用。相关研究结果对于探究超声靶向微泡破坏技术中细胞膜的通透性增加机理等现象有较好的参考作用。

并列双圆柱尾流切向喷射控制研究

采用PIV实验研究雷诺数为4000、中心距比为1.1的绕并列双圆柱流动施加切向喷射的尾涡控制特性。发现尾涡流场呈现双稳态偏流流型,偏向间隙流的存在将导致圆柱附近时均尾流场沿圆柱中心轴线不对称。分析圆柱尾流涡旋的分布情况和升力频谱,发现可以根据喷射角度θ及射流动量系数Cμ的大小将切向喷射尾流的控制效果分为无效区(θ≤20°或Cμ<0.135)、非完全控制区(θ>20°且Cμ>0.135)和完全控制区(θ>35°且Cμ>0.304)。在非完全控制区,切向喷射诱导的射流势流区将并列双圆柱宽尾流抑制为窄尾流,涡系分布范围控制收缩在近尾流的一个三角形区域内。随着喷射角的增大或是射流动量系数的增大,圆柱所受升力的频谱峰值逐渐降低。在完全控制区,并列双圆柱尾流完全被消除,从时均场上看已无明显的涡旋存在,此时控制效果最优。

泵与风机PIV实验的示踪粒子撒播技术研究

目的:研究大流量下,双吸泵和离心风机大尺度内流场的粒子成像测速技术(PIV)及其示踪粒子撒播方法。方法:利用PIV测量泵与风机的内流场,分别采用玻璃微珠和微小油雾作为水和气体的示踪粒子,并在循环水池和大尺度封闭实验空间内预先撒播示踪粒子。结果:基于提出的示踪粒子撒播技术,泵与风机运行时强迫示踪粒子在测量空间内均匀扩散,成功捕捉到高互相关性与分辨率的粒子图像对,获取了不同流量下泵内叶顶间隙和出口局部区域以及工作点下风机进口纵向剖面与横向剖面的速度场。结论:大尺度封闭空间的粒子预撒播可以大幅提升粒子的时空均匀性;增加流量,泵内叶顶间隙的流速基本不变而出口区域的流速增加;风机入口存在明显二次流。

静态质量法液氢流量标准装置研究

液氢是超低黏度、超低密度的低温流体,流量计检定采用水等其他流体替代时引入的误差大。因此,发展用于液氢流量计实流检定的液氢流量标准装置非常必要。本文归纳了当前国内外仅有的低温流量标准装置的测量原理、结构组成和功能特点。基于静态质量法设计了一套液氢流量标准装置,并探讨其工艺流程和可行性,为构建液氢质量流量标准和完善氢流量计量体系提供技术参考。

不同密度并列双颗粒在水中沉降特性研究

目的:研究不同密度并列双颗粒在沉降过程中的相互作用。方法:利用喷射器的真空抽吸原理精准释放颗粒,同时采用高速阴影成像系统捕捉并列双颗粒在水中的沉降过程。结果:在高亚临界Re数范围内(7 000<Re<15 000),较近间距下的重颗粒尾流对轻颗粒有明显的拖拽作用,轻重两颗粒尾流的耦合对双颗粒沉降速度影响都很小,但会使横向速度出现初始沉降时的"反相"对称性和后续的"同相"相似性。结论:虽然两颗粒的间距随时间逐渐增大,但重颗粒的尾流仍对轻颗粒有明显的拖拽作用,因此导致其运动轨迹和横向速度的改变。

转速对并列旋转双圆柱尾流的影响研究

目的:研究圆柱转速对并列旋转双圆柱尾流的影响。方法:利用PIV技术和热线风速仪对雷诺数Re为950、间距比T/D为1.6的并列旋转双圆柱绕流场进行了实验研究。结果:间距比T/D=1.6时,第一类旋转是对尾迹漩涡消减效果最优的旋转方向,此时相对速度|α|(圆柱壁上的线速度与自由流速度的比值)的提高能迅速消减尾迹中的涡量和湍流强度,使时均速度场更趋均匀,且最优转速|α|≈2.18。第二类旋转方向反而扩大了漩涡的分布范围,|α|的增加能一定程度消减尾迹的漩涡结构和湍流强度。对第三类旋转而言,|α|的增大只能使尾迹中主要的时均速度降、大湍流度(≥20%)以及漩涡的分布区域一起向下偏移,但不能消减尾迹的漩涡和湍流强度。结论:转速对并列旋转双圆柱尾流存在影响,可作为相关研究人员的参考。

不同壁面取向下超疏水平面直轨道上的气泡滑移

利用特定几何分布的超疏水表面实现气泡定向输运在矿物浮选和生物孵化等领域具有广阔的应用前景,对平面直线超疏水轨道而言,其壁面取向是相关工程结构的关键参数,但超疏水壁面取向对倾斜壁面气泡滑移的影响尚不明确.本文采用高速阴影成像系统研究了不同壁面取向(-90°≤β≤90°)及轨道倾角(45°≤α≤75°)下,气泡(Deq=2.4 mm,Re=500-700,We=7-13)在轨道宽度为2 mm的超疏水直线轨道上的运动特性.气泡在轨道上的滑移近似为匀速,形状为具有多脊的半子弹型.根据气液界面波动程度的不同,滑移气泡可分为波动型和稳定型,稳定型气泡只在较小倾角且较大方位角时出现(45°≤α<70°,|β|≥45°).根据倾角不同,滑移速度关于β有2种变化规律:当α≤65°,气泡滑移速度近似为关于β=0°的单峰分布(β=0°时,气泡滑移速度最大);当α≥70°,气泡滑移速度在不同的方位角下基本保持稳定.气泡的最大滑移速度可达0.66 m/s(β=0°,α=70°),远大于相同尺度的自由上升气泡(≈0.25 m/s),这主要是壁面浸润性分布和惯性力的耦合效应所致.轨道取向(方位角β)及轨道倾角(α)通过改变气泡沿轨道方向的驱动力和气泡迎风面积影响气泡的滑移速度和气液界面稳定性.

垂直丝网附近单个可变形气泡上升运动研究

目的:研究不同初始壁面距离S*下垂直金属丝网对可变形气泡上升运动的影响。方法:采用两台高速相机通过阴影法拍摄气泡运动轨迹,将其运动特性与在静水中以螺旋运动自由上升气泡的运动特性进行比较。结果:当Re数在800附近(气泡等效直径d eq=3.53 mm),其在垂直丝网附近上升路径同自由上升气泡一致,并未发生转捩。不同S*下,气泡的运动轨迹近周期性的振荡运动。与传统不可渗透壁面相比,丝网为可滑移边界并且法向速度非零,其对气泡的阻尼效应以及尾流干扰较小。结论:丝网壁面的存在能够抑制对称涡旋脱落以及气泡路径从螺旋形到成二维之字运动的转捩发生。本文的研究有助于预测或调节近壁气泡分布,并改善相关工程系统中的传热质量。

纳米尺度Poiseuille流动中气体黏度的分子动力学研究

受壁面作用和稀薄效应等的影响,微纳尺度通道内的气体流动有别于宏观流动现象.采用分子动力学方法,研究纳米通道中气体的Poiseuille流动,主要对通道内气体黏度特性进行了分析.利用牛顿粘性定律,定义了气体的当地等效黏度.根据模拟结果,可将纳米通道内气体划分为中心区和近壁区两个部分,中心区气体当地黏度与宏观黏度一致,但是在近壁面区,气体受到壁面原子的作用,气体的当地黏度小于宏观黏度值.研究发现:1)不同的气体密度、流固作用势能以及温度下,通道中心区域的气体当地等效黏度均符合对应温度和压强条件下的气体宏观实测黏度值;2)在纳米尺度气体流动中,气体密度越小,稀薄程度越高,气体偏离热力学平衡态越远,所以壁面对气体等效黏度的影响随密度的减少而增大,壁面影响厚度也随之增大;3)气体黏度的壁面影响厚度在10 nm量级,该厚度不随温度和流固作用势能的变化而变化,但是密度越小,壁面影响厚度越大.

水基铜纳米流体管内颗粒凝并的数值模拟研究

采用大涡模型和泰勒展开矩方法对三维水平圆管中水基铜纳米流体的运动和颗粒扩散及凝并过程进行了数值模拟,主要研究了纳米流体中纳米颗粒在管内的演化过程.结果显示,随着颗粒凝并的进行,颗粒粒径增加,数密度减小;小颗粒的混合和颗粒凝并同时改变颗粒粒径,最终使粒径在径向呈现抛物线分布;流场雷诺数越大对凝并的抑制作用越强.

低温流体流量标准装置研究进展

研究介绍了国内外现有液氢、液化天然气、液氮等低温流体流量标准装置的进展,并对其测量原理、结构设计、工作流程和功能特点等方面进行了阐述。与常温流体相比,目前低温流体流量标准装置的研究还处于发展初期,仍面临如低温流体闪蒸、驱动方式、绝热与防爆、计量精度等方面的巨大挑战。基于现有装置的发展脉络,展望了低温流体流量标准装置未来发展的重点领域和方向,在低温流体流动机理、绝热与密封方式、误差修正、安全监测与管理等方面仍需要进一步研究。

激光空泡与油膜-水界面相互作用的实验研究

采用激光诱导方法在油膜-水的液-液界面附近生成单个空泡,利用两台高速相机双视角同步记录空泡溃灭过程和油膜上下界面的演化过程,探究无量纲距离γ、油膜厚度D对空泡溃灭特性和油膜形态演化的影响。结果表明,油膜-水界面附近生成的空泡在溃灭过程中会不断远离界面,并且产生背向界面的高速射流,空泡质心位移和回弹半径与各向异性参数ζ呈对数函数关系。在空泡溃灭影响下,油膜下界面受到扰动发生不同程度的形态演化,而油膜上界面则在空泡溃灭结束后产生变形。油膜上界面存在驼峰射流、细射流、阶梯射流三种典型模式,油膜下界面则存在微扰动、倒丘型变形、锥状变形三种典型模式。在驼峰射流模式中,射流无量纲最大高度hm和γ呈幂函数关系。