用于水滴能量收集的叉指电极摩擦纳米发电机

近年来,摩擦纳米发电机在收集清洁和可再生水能能源领域中逐渐兴起,尽管摩擦纳米发电机具有高电压输出,但其实际应用受到较低输出电流的限制。为此引入叉指电极以提高摩擦纳米发电机的电输出性能。通过对摩擦纳米发电机的PTFE膜厚和电极宽度进行调控,优选出在一定面积内具有最高发电效率的参数。利用多物理场耦合仿真分析摩擦纳米发电机的工作原理,解析电荷转移过程中的电势分布,验证实验结果的有效性。研究发现,当PTFE膜厚为0.08 mm且电极宽度为25 mm时,摩擦纳米发电机具有最佳电输出特性,开路电压和短路电流分别为47.42 V和453 nA。此外,通过模拟实际雨天环境,该摩擦纳米发电机能够驱动至少28个LED灯珠。相关研究成果可为构建用于水滴能量收集的叉指电极摩擦纳米发电机提供参考,拓展摩擦纳米发电机用于雨水能量收集的实际应用。

单列二维叶栅捕捉水滴能力的数值研究

对分离级除湿叶栅捕捉水滴能力进行了数值研究,采用单颗粒动力学(SPD)模型,研究了叶栅几何因素和气流速度对叶栅捕捉水滴能力的影响,得出分离级除湿叶栅设计应遵循的一些原则。

散水式喷头水滴特性试验研究

为了掌握散水式喷头的水力性能,探究其水滴直径、水滴速度和水滴动能的规律.采用2DVD视频雨滴谱仪对散水式喷头在2种出水口当量直径D e、5种工作压力的工况下进行水力性能试验.结果表明:D e为4.88和5.98 mm的水滴平均直径分别集中分布在0.73~1.38和0.85~1.53 mm内,说明出水口当量直径越小,水滴分布可能更集中,且水滴平均直径随着距喷头距离增大而增大,并呈指数分布.水滴速度随压力和距喷头距离增大而增大,D e为4.88 mm的水滴平均速度大于D e为5.98 mm的.在相同的工作压力下,D e为5.98 mm的喷头其单个水滴动能、单位体积动能和动能强度均大于D e为4.88 mm的.单个水滴动能和水滴平均直径呈指数关系,单位体积动能与距喷头距离呈指数分布,动能强度在距喷头距离0.1~0.6 m内波动幅度较小.

水滴形大跨钢屋盖结构风洞试验和风振分析

自然风经过大跨结构时,由于结构屋顶形状不规则,通常会引起柔性屋面的振动,因此针对大跨屋面结构抗风设计需要考虑风压分布和风振响应。以陕西省水务集团矿泉水生产车间为工程背景,制作了1∶200的刚性模型,通过刚性模型风洞试验测得该水滴型大跨钢屋盖结构的表面风压,研究了屋盖表面典型测点及整体的风压分布规律。基于风洞试验数据,对结构进行风振时程分析,得到了屋盖表面的风振响应和风振系数。结合刚性模型风洞试验和风振分析,深入研究了水滴形大跨屋盖结构的风压分布规律和风致振动特性,并总结了其共性规律。

基于POD和Kriging的水滴收集量快速预测方法

数值模拟手段预测翼面处水滴撞击特性通常较为耗时,为快速准确计算结冰条件下的翼面处水滴收集量,提出了基于本征正交分解和代理模型的水滴收集量快速预测方法。首先对FAR 25部附录C中连续最大结冰条件进行优化拉丁超立方采样,通过数值模拟手段获得各采样点在翼面处水滴收集量分布,从而构造样本空间。在此基础上,利用本征正交分解(Proper orthogonal decompostion,POD)方法找到表达和重构水滴收集量的本征模态以及相应的拟合系数。最后,利用Kriging模型建立样本空间中各采样点与拟合系数间的代理模型,实现翼面处水滴收集量分布的快速预测。经多组工况验证表明:该方法可较为准确地预测翼面处水滴收集量分布,其计算成本较数值模拟方法大幅降低,能够为无人机防除冰设计提供有益参考。

挑流喷溅水滴的数论分档随机喷溅数学模型

挑流泄洪雾化时,水舌与下游水垫塘的碰撞会喷溅大量随机运动的水滴,它构成了喷溅水滴运动的初值问题,基于数论方法在选点较少的情况下仍然有较好的均匀性的思想。本文提出了数论分档水滴的概念,通过数论方法对水滴进行分档,并将高维相空间降维到一维相空间来计算,建立了水滴数论分档随机喷溅数学模型。对比其数值解和高精度解的结果表明:在计算水滴数相同时,本文数学模型的误差最小,随着水滴数的增加,其误差减小的也最快并迅速接近高精度解。因此,水滴数论分档随机喷溅数学模型不仅能够用更少的水滴获得更高的计算精度,而且能够实现高维初值相空间降维到一维相空间的简洁表达。

喷溅水滴在白噪声激励下的运动特性

针对溅抛水滴在水舌风场的随机运动机制的科学问题,基于布朗运动的机制,提出运动于坝下游空间的挑流喷溅水滴,会受到大量气体分子的碰撞而产生随机力的物理思想,建立水滴运动随机微分方程,并应用量纲分析方法,获得了扩散系数的数学表达式,进而确立了水滴随机运动数学模型。应用该模型计算得到了随机力作用下水滴运动速度和运动轨迹的变化规律;并对溅水实验进行了数值模拟,计算得到的喷溅范围更接近于实验观测值,验证了水滴随机运动数学模型的正确性。

Roe格式在水滴欧拉方程数值求解中的应用

目前普遍采用欧拉法求解水滴运动控制方程以模拟结冰表面水滴撞击特性。水滴欧拉方程近似没有压力项的空气欧拉方程,但已应用于空气欧拉方程的空间离散格式多数不能直接应用于水滴欧拉方程,有研究者将经典Roe格式应用于水滴欧拉方程时出现了奇点问题。通过对水滴欧拉方程进行形式改造,基于中心格式验证改造方法的有效性,并应用Roe格式结合线性重构与限制器函数实现对水滴欧拉方程二阶精度的求解。将NACA23012翼型计算结果与FENSAP ICE软件进行对比,两者水滴收集系数分布基本一致。

水滴形热管阵列预冷器综合换热特性数值研究

提出了一种应用于高超声速飞行器进气预冷的水滴形热管阵列预冷器构想,以实现进气预冷的高效换热和低流动损失。基于将热管处理为恒定温度导热体的简化模型假设,采用数值模拟方法研究了水滴形热管预冷器的流动换热特性以及水滴热管形状、纵向间距和来流马赫数的影响,并与具有相同截面积的圆形热管预冷器进行了对比分析。结果表明,水滴外形减少了外掠高温来流在热管尾缘脱落涡的产生,流动变得平滑。与圆形热管预冷器相比,水滴形热管预冷器极大地减小了高温来流流动损失,仅为圆形热管阵列的30%。虽然温降有所降低,但综合性能因子大于圆形热管预冷器。在本文的研究参数范围内,存在相对较优的水滴形状和热管纵向间距,可以获得更高的综合换热特性;随着来流马赫数增大,预冷器的综合换热特性有所提升。

SiC表面水滴型微织构的水润滑特性研究

目的 提高水润滑条件下SiC陶瓷的摩擦性能。方法 通过对剪切力矩和摩擦因数的测试和计算,结合扫描电镜(SEM)和能谱仪(EDS)观察试件表面的磨痕形貌及元素含量分布,分析转速、载荷和织构排布方式对变深度水滴型织构在SiC表面摩擦因数、磨损特征和摩擦化学反应的影响规律。结果 在变深度动压弹流润滑和摩擦化学反应的协同作用下,单侧水滴型织构试件在润滑介质从小端流向大端时可以实现更好的润滑性能,并且随着转速从200 r/min升至900 r/min,稳定摩擦因数从0.004增至0.068,远低于相同工况下斜槽型织构和无织构的光滑表面试件。对于水滴型织构,当润滑介质从大端流向小端时,其呈现的摩擦因数与无织构表面光滑试件的摩擦因数相近,维持在0.014~0.114。双侧水滴型织构在重载时具有更优异的润滑减摩效果,在200~900 r/min的转速范围内,能够提供稳定且较小的摩擦因数。结论 在SiC材料表面设计具有变深度特征的水滴型织构,可以有效提高系统的润滑减摩效果,特别是当润滑介质从织构较浅处流向较深处时,可以促进SiC试件表面的摩擦化学反应,生成的氧化物薄膜会覆盖在试件表面形成保护层,使SiC陶瓷的摩擦学行为得到改善。

过冷大水滴动力学行为对翼型结冰的影响分析

过冷大水滴(SLD)是极端危险的飞行环境之一。因大粒径水滴独特的动力学行为变形破碎、飞溅反弹,传统结冰计算方法难以准确地反映SLD结冰情况。采用Navier-Stokes方法求解流场、Euler方法计算水滴撞击、Shallow Water模型模拟结冰,并与NASA实验结果进行了对比验证方法可信。结果表明:SLD动力学行为对结冰和冰形影响较大。其中,变形破碎改变了水滴运动轨迹和撞击范围,降低了水滴撞击极限,导致上下结冰极限减小2.83%、2.13%;飞溅降低了驻点附近水滴收集率,导致前缘积冰量减少8.09%;反弹显著降低了水滴撞击极限,导致上下结冰极限减小30.69%、20.01%;撞击后飞溅反弹二次水滴再入流场使得上下结冰极限增加6.14%、3.71%。同时,与干净翼型相比带冰翼型空气动力学性能严重退化,在相同迎角下,升力更小、阻力更大、气动效率更低。

水滴在气流中变形破碎过程的数值模拟研究

针对水滴在结冰风洞实验中加速过程内易发生破碎而导致试验段内水滴粒径分布难以符合结冰气象条件的问题,利用流体体积(VOF)方法,模拟了直径为100、200、400、600、800、1000μm以及1200μm的水滴在不同气流速度作用下(20、50、80 m/s)的变形破碎情况.结果表明:在20 m/s气流作用下,直径为600μm的水滴不发生破碎;当风速为50 m/s时,直径为100μm的水滴不发生破碎;随着韦伯数增加,最大不稳定波波长也随之增大,水滴的破碎模式从袋状破碎变为包-蕊状破碎,随后转变为蕊-层状破碎,进一步转变为剪切破碎.水滴的破碎形式包括袋状破碎、包-蕊状破碎、蕊-层状破碎及剪切破碎,会对面积最大的液滴与初始液滴面积之比有较大影响.在初始水滴直径相同的条件下,入口速度越大,破碎后的面积比越大.

迎风格式在水滴欧拉方程数值求解中的应用

数值模拟是研究飞机结冰的重要手段,为获取水滴撞击特性,通常采用欧拉法求解水滴运动方程。液态水含量在空间分布上存在间断,会导致水滴欧拉方程的求解极易发散;若采用一阶格式,虽然稳定性得到提高,但计算精度难以保证满足工程设计需求;有研究者通过添加扩散项以提升收敛性,但会人为增加数值耗散。针对这一问题,本文采用一阶迎风格式对水滴欧拉方程的对流通量进行离散,并通过线性重构与限制器函数保证计算精度达到二阶,建立一种基于迎风离散格式的水滴欧拉方程二阶求解方法。通过对比NACA0012、NACA23012和NLF0414翼型水滴撞击特性计算结果与FENSAP-ICE软件的结果,验证了该方法的有效性与计算精度。

探析紫砂壶作品《水滴壶》的光素之美

光器是紫砂壶三大器型之一,以简约为美,体现了紫砂壶创作的审美追求与紫砂壶工艺的特点。《水滴壶》是一件典型的紫砂光器作品,作品取材独特,在艺术设计上继承了紫砂壶创作的经典特征,并能够通过巧妙的结构调整形成鲜明的艺术个性。作品展现了紫砂壶光器的光素之美,同时也为新时代的紫砂壶创作提供了重要的借鉴。

连续下落水滴的入水形态与水噪声分析

以连续下落的三个水滴为研究对象,以不同时间间隔、高度、水滴粒径为变量,对水滴入水形态及噪声展开研究。研究得到下落时间间隔T=0.2 s时,会出现“压入气泡”现象;在T=0.2 s与T=0.4 s时,水噪声与单位面积动量呈同步正向关系,T=0.3 s时,水噪声先增加,在单位面积动量至16.2 kg/(m^(2)·s)时,减小至一半左右;连续下落水滴入水噪声分为“压入气泡噪声”与“水气迸发噪声”,前者时域图为正弦波,频率较低,能量较大,后者呈现无规则扩散状,频率较高,声压值为前者一半。

磁响应聚二甲基硅氧烷阵列表面水滴的定向去除

利用模板赋形和表面修饰方法,制备了具有磁响应性的聚二甲基硅氧烷(PDMS)柱状阵列(SMPA).该柱状阵列具有超疏水及低黏附特性,在外加磁场作用下表现出可逆弯曲形变,且弯曲程度随外加磁场强度和柱状阵列中磁性粒子含量的增加而增大.在磁场作用下,柱状阵列弯曲能够挤压结构内的水滴,迫使其从表面跳离.研究结果表明,当柱状阵列表面尺寸一致时,与静态结构相比,磁响应动态结构可以实现更小水滴在表面的去除.同时,水滴离开的方向和体积与柱状阵列的结构参数和弯曲角度紧密相关.基于磁场作用,水滴跳离的体积大小和方向可以实现智能调控.

过冷大水滴运动和撞击特性数值模拟

为了更准确地模拟过冷大水滴在结冰部件中的撞击特性,基于LEWICE模型和Trujillo模型的过冷大小滴撞击模型,以NACA23012翼型为研究对象,通过Fluent软件的二次开发功能,考虑大水滴运动中变形以及撞击中反弹/飞溅的影响,对过冷大水滴的运动和撞击特性进行数值模拟,并将计算结果与NASA的试验数据进行对比。结果表明:当过冷水滴的MVD值较大时,相比于LEWICE模型和Trujillo模型,结合两个模型计算得到的翼型表面局部水收集系数的计算结果和撞击范围都更贴合试验数据,绝大部分计算结果和试验数据的误差在10%以内;MVD值越大,局部水收集系数值的计算结果和试验值越贴近。

基于智能水滴算法解决车辆路线问题

针对运输、分销和物流领域的重要优化问题——车辆路径问题(Vehicle Routing Problem,简称VRP),本文采用了智能水滴算法进行解决,通过对十四个基准VRP问题进行测试的计算结果分析,与其他几种元启发式方法进行了比较。

大水滴“进不去”的房子

小水滴和大水滴是一对形影不离的好朋友,每天都充满好奇地探索世界。小水滴小巧玲珑,而大水滴则身形魁梧。他们在荷叶上嬉戏滑水,穿梭在云朵姐姐的怀抱里捉迷藏,还勇闯天际,潜入地下,游历江河湖海,梦想能踏遍全球每一个角落。有一天,他们来到了一片神秘的森林,突然眼前出现了一座别具一格的房子,小水滴蹦蹦跳跳地走进房子,立刻被里面柔软的床铺与香气四溢的烧鸡吸引。他兴奋地回头喊道:“大水滴,快来尝尝这美味的烧鸡!”

水滴大变样

一物生得奇,人人不能离,说它无形却有形,拥有七十二般变身魔法。对了,它就是水滴。水滴究竟能怎么大变样呢?一起来看看吧!