Y型微通道中两相界面特性变化分析

利用追踪运动界面的两相流模型数值研究对流Y型微通道中两相界面形貌变化特性。发现对流Y型微通道Y型角度、连续相毛细数、两相流量对液滴生成时间、速度、大小有重要影响。其中连续相毛细数与Y型角度越小,所生成的液滴体积越大,而随着分散相与连续相流量比例的增大,其对液滴体积的影响变小,但流量比不能无限增大或减小,当比值大于0.5或小于0.05时,此时分散相只能以液柱或液丝的形式出现,无法产生液滴;当分散相流量越大,相应液滴的生成速度也几乎成比例增大,且分散相流量的变化对液滴长度的演变过程有更大的影响。此外随Y型角度的增加,液滴在形成过程中,填充时间变长,缩颈时间变短,液滴脱离机理主要是因为来自连续相正应力的作用。

脉冲萃取柱中两相界面的新型自动控制原理

根据脉冲萃取柱界面移动速度和界面位移的特征,以及界面移动速度与控制器输出量之间单值映射规律,提出了以初始界面位置和目标位置之间的中点作为调节首要阶段,利用运动学对称性特点,实现了对界面位置的调节,同时确定了界面移动速度为零时控制器输出量的大小。当接近目标位置时,采用模糊控制来调节界面位置。计算机仿真实验和真实实验验证了上述控制模式的正确性。

农药在两相界面迁移转化的研究进展

综述了农药在土壤、大气和水三相的两两界面的转化情况。有机磷农药在土壤与水两相界面的迁移转化主要受土壤有机质含水量的影响,概括了农药在水气界面的逸度研究和挥发动力学模型,通过逸度模型预测农药在土壤和大气两相界面的迁移活动。

聚焦超声辐射力场下两相界面变形特性研究

设计了一种基于聚焦超声辐射力场的两相界面变形方法可应用于焦距可调式微透镜的制备.通过MATLAB仿真获得了聚焦超声辐射力场的声场分布,并对聚焦超声辐射力场下的界面变形特性进行了实验研究.实验结果表明,调节聚焦超声辐射力场可以实现对两相界面的变形高度及变形区域大小的动态控制,两相界面初始变形阶段的球面或椭球面的变形形态可应用于焦距可调式微透镜的制备.

铁相接触角对熔体两相界面的影响及流动与传热特性分析

除去熔融玻璃体中的铁氧化物杂质是铝硅酸盐固废重构转化为高值产品的关键步骤。针对该步骤建立了电磁感应炉内除铁过程的两相熔体感应加热模型。通过电磁场、温度场、速度场和两相界面的多物理场实时耦合,采用两相流-水平集法(LSM)研究了金属相与石墨坩埚基体之间的接触角对铁-玻璃两相界面的形成及其对两相熔体速度和温度分布的影响特性。结果表明:金属相接触角的变化将显著影响两相界面的高度、玻璃相中的环流形式和熔体表层流速;两相熔体的温度分布主要受玻璃相环流的影响。因此,可通过改变金属相接触角提高电磁感应炉内两相熔体的传质、传热效率。

关于弯曲界面气液两相相平衡化学势相等热力学判据的讨论

弯曲界面气液两相相平衡时化学势相等的热力学判据见诸于大量教材和论文。本文对现有教材中关于该判据的推导过程进行了分析,认为该判据的证明过程存在问题。为解决该问题,本文从化学势的定义出发提供了一种化学势相等热力学判据的新证明过程。同时,本文还依据吉布斯界面热力学理论建立了另一种弯曲界面气液两相相平衡的热力学新判据,并以此为基础进行开尔文公式的推导。新判据直接从热力学第二定律出发,热力学意义明确,物理模型清晰,整个推导过程简洁明了。

受限空间内油水界面动态特性及粘附行为的荧光原位观测

水污染作为润滑油污染的常见形式,对润滑油本身以及机械系统都有巨大的危害。为了模拟实际非均匀多相系统中的界面行为,本文搭建了高精度点接触实验台来研究传统的不溶相替换问题。将目前静态平行受限空间内油水界面行为的研究推广到动态点接触楔形受限空间内,探究了游离水滴穿过点接触狭缝间毛细油池过程中的界面特性。重点关注固壁润湿性以及固壁的分离运动对整个侵入过程中液滴动态行为的影响。实验发现了铺展系数是决定油水界面融合和分离特性的关键因素,揭示了固壁润湿性和球盘间的相对分离运动会影响游离水滴穿过毛细油池之后的粘附行为。表面张力和液体与壁面之间的粘附功能够解释观测的实验现象。

软颗粒在液-液界面吸附及界面催化

Pickering乳液是由吸附在水油两相界面上的颗粒稳定的乳状液,而这些颗粒的界面脱附往往需要很高的热力学脱附能,使得Pickering乳液具有良好的稳定性1。相比于传统的表面活性剂稳定的乳液,颗粒在液液界面的存在不仅有效阻止了乳滴间的聚结合并,还赋予了乳液环境响应性,如pH、温度2。

微小卫星贮箱内两相流界面变形定位及控制管理

液化气推进技术是微小伴随卫星在轨飞行采用的一种新型推进技术。微小伴星空间调姿、变轨过程需精确的推力控制,因此必须了解卫星推进系统中推进剂的形位分布。本文理论分析了空间微重力环境下液化气推进剂气/液界面的形位分布及变化,并通过落塔实验验证了微重力环境下有效控制液体推进剂的管理方法。

非平面激波诱导斜界面变形的大涡模拟研究

激波与气-液界面的相互作用是超声速燃烧和惯性约束聚变等工程应用中常见且复杂的物理现象。针对其中更具实际意义的非平面激波与气-液两相斜界面相互作用问题,开展了基于VOF(Volume of fluid)模型的大涡模拟研究,分析了入射激波强度、初始振幅和气-液斜界面倾角等参数对界面变形和湍流混合现象的影响规律。结果表明:入射激波强度和斜界面倾角大小是界面变形和湍流混合发展进程的主要影响因素,而初始振幅对其影响相对较小;在给定工况下,湍流混合区宽度随时间增长,提高入射激波强度和增大气-液斜界面倾角可以显著地加快界面变形和湍流混合的演化进程;随着初始振幅的增加,相界面发生变形的时间缩短,界面凸起结构的成型速度加快。所得结果对后续针对非平面激波的三维模拟研究具有一定的指导意义。

动态表面张力的测定及应用研究综述

表面张力是表征溶液性质的重要物理参数,添加不同类型的表面活性剂,降低表面张力的状态也会不同,其中,动态表面张力的测定能表征表面活性剂分子在溶液内部及表面的运动特性,通过测定动态表面张力,既能表征溶液表面张力降低速率的快慢,也能体现表面活性剂分子在气-液两相吸附的差异。介绍动态表面张力的常用测定方法,归纳各种测定方法的适用范围,综述国内外动态表面张力测定在各领域的应用研究成果及价值。

气体扩散法制备垂直排列氢氧化镁纳米薄片

以氯化镁和氢氧化铵为原料,采用气体扩散技术制备了垂直排列氢氧化镁纳米薄片。利用场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)、X射线衍射(XRD)、红外光谱(IR)以及差热分析(DTA)等分析测试技术研究了纳米氢氧化镁薄片的形貌、结构、成分以及热稳定性和比表面积等,结果表明,纳米氢氧化镁薄片的生长是一个成核-生长-组装过程,随着生长时间的延长,形貌从二维紧凑型结构演变成三维花状超结构,反应过程中液体-晶体和液-气界面的自由能作用使得纳米薄片趋向于垂直排列。此外,氢氧化镁纳米薄片薄膜的疏水性能也进行了研究。

应用于全固态锂电池的复合固态电解质研究进展

基于固态电解质和锂金属负极的全固态锂离子电池能量密度高、安全性好,能够有效地抑制锂枝晶生长并改善电池的本征安全性。固态电解质作为全固态电池的关键材料,成为近年来的研究热点。目前,通过在聚合物基体中添加无机填料得到的复合固态电解质具有优异的力学性能和电化学性能,实现了对单一固态电解质体系的“取长补短”,被视为最具前景的电解质材料。在复合固态电解质中,无机填料与聚合物基体的两相界面对锂电池的离子电导率有重要贡献,但两相界面的增加受到无机填料渗流阈值的影响。因此,从填料的形貌、排列方式等方面优化渗流结构是进一步提高离子电导率的关键。基于以上问题,总结了各单一类型固态电解质以及复合固态电解质的特点及其导电机理,并基于不同维度的无机填料分析了复合固态电解质研究中的渗流结构设计思路、方法优劣及性能变化,并展望了复合固态电解质未来研究重点。

基于激光介导富集的表面增强拉曼分析

基于具有优异表面增强拉曼散射(SERS)性能的石墨烯隔离的金纳米晶(GIAN)能够在水-有机相界面自组装,待测物分子在有机相中的分配系数较大以及GIAN能够通过π⁃π相互作用与待测物分子结合的优势,构建了激光介导的待测物分子的高效富集策略,进而实现了9,10-双苯乙炔基蒽(BPEA)分子的痕量SERS分析.所构建的新型待测物分子高效富集策略在一定程度上避免了因“咖啡环效应”带来的信号波动,有望为复杂体系中痕量待测物的SERS分析提供可靠的平台.

液滴冲击移动液膜的数值研究

为了研究液滴冲击移动液膜问题,建立了三维不可压缩层流计算模型,基于耦合的水平集-流体体积法对两相界面进行追踪,探讨了液膜速度和厚度、液滴直径和速度对冲击移动液膜过程的影响。研究表明:液膜静止时,冲击结果是对称的,而液膜移动时,冲击结果变为非对称;液膜速度对冠上游生长具有增强效应,而对冠下游具有抑制作用,增加液膜速度冠的上游高度增加、下游高度减小,内径增加;液膜厚度增加,液膜与壁面的粘性损失减小,吸收冲击动能的能力增强,当无量纲液膜厚度小于1时,冠的上、下游高度均随着液膜厚度的增加而增加,否则相反;当无量纲液膜厚度小于0.5时,冠内径随着液膜厚度的增加而增加,否则反之;随液滴直径和速度的增大,冠的高度和内径均增加。

泡沫排液采气技术在文南油田的应用

文南油田由于没有整装气田,纯气井少且散,尚未形成一套适合文南油田开发要求的采气工艺。本文通过对国内外各项采气工艺技术的适用范围和条件的调研,在文南油田以往各项排液采气工艺效果基础上,筛选出现场应用较多、比较成熟的并且具备成本低、效益高、方便快捷特点的化学助排工艺、氮气气举工艺、小泵深抽工艺和管柱优选等排液采气工艺技术,在文南油田进行推广应用和改进完善。

塔河油田氮气与水混注时井筒压力分布计算

对于气水混合注入井井筒压力的计算,通常是将两相流经修正后近似为单相流处理。将气、水两相分开处理,考虑两相界面效应,建立不同气水比注入条件下的井筒压力计算模型,并根据储层压力对井底流压的影响给出模型的边界条件,最后编程求解井筒压力分布。实例验证计算压力与实测压力的相对误差小于3.56%,平均相对误差为1.71%,均在合理误差范围内。

Ce0.8Sm0.2O1.9@TiO2异质结构电解质研究

半导体与离子导体形成的异质结构可以极大地增强材料的离子电导率,其两相界面能为离子传输提供较好的通道。以TiO2与Ce0.8Sm0.2O1.9(samarium doped ceria,SDC)为研究对象,分别通过湿化学法和干混法构造了两种不同的异质结构复合材料。研究表明,利用湿化学法制备的SDC@TiO2异质结构复合材料(简称SDC@TiO2)作电解质的燃料电池在550℃下最大输出功率密度为761 mW·cm^-2,比用干混法制备的SDC-TiO2异质结构复合材料(简称SDC-TiO2)作电解质的燃料电池的最大输出功率密度高21%。与SDC-TiO2相比,SDC@TiO2具有更丰富的两相界面。电化学阻抗谱显示,以SDC@TiO2材料作为电解质的电池具有更低的欧姆电阻和极化电阻。

双液滴连续倾斜撞击液膜界面演变特性的研究

本文采用CLSVOF方法对双液滴连续倾斜撞击薄液膜的过程进行了三维数值模拟,分析了撞击过程中界面演变的多种特征,包括一次水花和二次水花的形成、碰撞、融合和伸展,弹坑的形成、扩展和局部失稳。结果表明,界面演变过程中,气体空腔,液嵴和气谷等一些特殊形态特征会出现。此外,文中总结了弹坑在研究时间范围内的轮廓演变特征,定量分析了上游、下游和侧向三个方向上弹坑半径最大值随时间的变化,发现了液体动能在周向方向的分布规律。此研究对于喷雾冷却、冶金冶炼和航空航天等工业生产应用与升级有重要意义。

流动不稳定性对沸腾临界触发机制的实验研究

本文以Din=2.15 mm的带旁通小流道为对象,分别在不同液相质量流速以及不同入口水温条件下开展沸腾临界实验,结合汽泡动力学行为以及两相界面形态特征,探讨流动不稳定性对沸腾临界的触发机制。在本文工况范围内,在流动状态由稳定阶段转变为不稳定阶段后,进一步增大热流密度会触发沸腾临界,且所有沸腾临界均属于DO型沸腾临界。当液相质量流速较高时,环状流近壁液膜主要在汽芯强烈的扰动作用下迅速破裂;当入口水温较低时,近壁液膜主要由于强烈的蒸发现象迅速破裂;因此沸腾临界与流动不稳定性几乎同步被触发。本文分别通过引入受限系数(Nconf)、过冷数(Nsub)、以及Weber数(We)来反映壁面的限制作用、入口过冷度、以及惯性力与表面张力对沸腾临界的影响,建立了适用于Din=2.15 mm带旁通小流道的CHF模型。