微重力条件下PCM液桥内固液相变过程及热毛细对流数值模拟

为揭示微重力条件下PCM液桥相变过程流动特征及相变演化规律,建立PCM液桥数理模型,采用数值模拟的方法系统研究了不同工况下PCM液桥相变过程中固液界面的演化过程,分析不同高径比和温差对液桥形状、固液界面演化规律、相变速度和热毛细流动的影响.研究结果显示,在大温差条件下热毛细流动更加强烈,处于外部壁面处的相变材料的相变速度也会更快,外壁处的相变界面与壁面的夹角会更小.大高径比条件下会有同样的效果,同时也会产生更多的涡胞结构,热毛细对流效果更明显.结果表明,微重力条件下通过流体界面热毛细效应强化PCM相变是一种有效的方法.

液桥的动态界面特性对液-液自发渗吸的影响研究

在自然界和工业应用中,多孔介质中的多相流动现象普遍存在,如地下水流动、油气开采、非饱和颗粒材料等.在这些过程中,液桥的存在对多相流动产生显著影响.基于改进的液-液自发渗吸理论模型及改进流-固作用力格式的两组分Shan-Chen模型,研究了液桥的存在对毛细管内液-液自发渗吸的影响.结果表明:与不含液桥的渗吸过程相比,液桥的存在使得毛细管内产生3个界面,显著增大了系统的动态接触角,降低自发渗吸速度.随着润湿性的增强,液桥的存在使得界面动态变化特性增强的幅度更大.当液桥的黏度小于非润湿流体的黏度时,整个系统的动态接触角随着渗吸长度的增加而增强;若二者黏度相等,整个系统的动态接触角为一稳定值;而当液桥的黏度更大时,整个系统的动态接触角随着渗吸的进行逐渐减小.将模拟获得的实时动态接触角纳入至渗吸理论中,可以改善由液桥界面动态变化导致的渗吸长度的理论值与模拟结果间存在的偏差,并得到与模拟基本一致的结果.文章还利用模拟数据,系统地评价了Cox-Voinov模型对含有液桥以及不含液桥体系的渗吸过程中的界面动态变化特性及渗吸长度预测能力.

钢轨交流闪光焊液桥爆破演化行为

钢轨闪光焊接过程中焊件的加热、端面的保护、氧化物及污物的清除等都是由液桥的形成和爆破过程完成的.该文分析液桥在焊接过程中的演化行为,对于理解钢轨闪光焊接过程,深入研究焊接加热与保护机理有重要作用.通过特殊设计的钢轨接头和常规钢轨接头的闪光焊接试验,利用高速摄影采集钢轨交流闪光焊的液桥形成与爆破过程图像,并对图形进行计算与分析.结果表明,液桥的形成和爆破时间处于毫秒级范围,产生大量有利于端面保护和液桥爆破的高压金属蒸气,爆破后的高温金属射流速度超过90 m/s;液桥在形成长大过程中在钢轨端面上动态移动,影响钢轨端面均匀加热;液桥爆破并不是在液桥初始形成的位置;焊接过程中熔体会出现“二次爆破”现象;不仅动端钢轨的送进能够形成液桥,端面熔融金属层的震荡也有利于形成液桥.

两异径湿球颗粒间静态液桥力的近似解析公式及数值评测

针对异径球形湿颗粒间液桥力,以Young-Laplace公式为基础,结合环形近似法并引入等效半径,在宽松设定的条件下推导出了简化的近似解析公式。此公式形式简洁,且当两球半径相等时,可回归到Pitois等提出的径球液桥力公式。本文对此近似解析公式进行参数敏感度分析,发现随着颗粒间距的增大,液桥力对颗粒半径的敏感度降低。此外,本文近似解析公式与其他实验和理论结果进行对比发现,该近似解析公式与上述实验和数值结果相当吻合,表明该近似解析公式可以较准确地计算接触角较小时的异径球颗粒间的液桥力,因而适于湿颗粒系统的数值模拟。

太空液桥实验的理论研究——由太空课堂引起的又一教学案例

本文针对天宫课堂第二课中的液桥实验进行理论研究.基于液桥的对称性和体积不变性,根据最小势能原理,我们获得液桥形状的几何方程,据此探讨液桥形状随其长度的变化规律和最大长度.发现一个描述液桥形状的特征参数R,并揭示该参数与液桥内部压强的关系.

天然气水合物颗粒间液桥力的理论研究

天然气水合物聚集堵塞管道是安全输气的一大威胁,而天然气水合物颗粒间的液桥力是决定天然气水合物颗粒聚集与否的主导力。为此,对天然气水合物颗粒间的液桥力进行了相关理论研究,明确了液桥力为静态液桥力和动态黏性力之和,进而分析了接触角、半填充角、颗粒表面间距、颗粒粒径对天然气水合物颗粒间液桥力的影响。结果表明:接触角、半填充角、颗粒表面间距的增加以及天然气水合物颗粒粒径减小都可以有效降低甚至消除天然气水合物颗粒间的液桥力;通过添加表面活性剂增大接触角、添加防聚剂控制天然气水合物颗粒粒径以及增大体系中的水含量来增大半填充角都是降低颗粒间液桥力、防止颗粒聚集的有效手段。同时,还研究了液桥力与液桥破裂能、液桥体积的关系,结论表明:在颗粒表面间距大于液桥临界破裂距离的1/10时,液桥力随液桥体积增大而增大,而液桥破裂能与液桥体积无关。

激光送丝熔覆过程液桥过渡行为及其实验研究

激光送丝熔覆在工艺敏感性与稳定性方面存在挑战,亟需深入理解激光送丝熔覆过程的液桥过渡行为。本文在液桥过渡机制分析的基础上,建立了激光功率、送丝速度、扫描速度及光丝间距等工艺参数的相互关系;搭建了可精密调控光丝间距的激光送丝熔覆实验装置;采用减光摄像对激光送丝熔覆工艺过程进行了图像采集,分析了丝材在激光热源作用下的熔化与过渡成形机理,揭示了液桥过渡、液滴过渡和非接触过渡3种不同过渡形式下的送丝熔覆成形机制,分析了送丝熔覆成形件宏观和微观形貌;为零部件的送丝增材制造和受损零部件的送丝增材修复过程提供了理论支撑。

基于液桥力分析的丝网印刷电子转墨率预测模型构建与仿真研究

将液桥断裂时的力学与几何特征量引入转墨率的影响因素,对丝网印刷导电油墨转移的过程进行深入的机理研究,通过对网版回弹过程中液桥力变化的理论分析,提出转墨率的预测模型,并使用ANSYS Fluent对液桥演变过程进行CFD仿真.网版在不同的回弹速度下,模型预测的转墨率与仿真结果的最大偏差不超过6%,结果可靠.

二维液桥计算模型及湿颗粒材料离散元模拟

本文研究了二维情况两直接相邻颗粒间液体以液桥形式存在时的液桥临界断裂距离及液桥力的计算过程。导出了用颗粒半径、三相接触角和液桥体积表示的二维液桥临界断裂距离拟合公式及两个接触或非接触颗粒间液桥毛细力随液桥体积的变化关系。引入Voronoi胞元计算定义基于参考颗粒介观结构的物质点的平均饱和度。提出了考虑液桥效应的二维湿颗粒离散元模型,并用以模拟不同初始均匀饱和度下湿颗粒集合体中的吸力效应,验证其有效捕捉以应变局部化为特征的破坏模式的能力。

轴对称液桥的形貌与液桥力

液桥在自然界和工业中广泛存在,其中液桥力扮演了重要角色。本文根据最小势能原理推导了控制液桥形状的拉普拉斯方程,然后数值求解了不同形状探头周围液桥的形貌,并将得到的数值结果与近似解析解进行了对比。最后计算了具有圆柱形、圆锥形以及球形等不同探头周围液桥的液桥力。这些分析对于微操作、精密测量及生物过程有一定的价值。

搭起一座液桥

在天宫课堂上,王亚平用塑料板搭起了一座液桥。在地球的重力环境下,想要实现同样的液桥实验呢,就需要想一个巧妙的办法。下面我们一起来试试吧。

触点金属液桥试验系统的研究

触点间的材料转移和损失是影响继电器电接触的可靠性和电寿命的重要因素,而触点分断初始时刻金属液桥是引起材料转移和损失的重要方式。为了研究触点分断过程中的金属液桥现象,研制了基于一维数控运动平台和单片机控制的触点慢速分断试验系统。该系统可在接触压力相同的情况下,研究以0.1~35μm/s恒定速度分断过程中金属液桥电压、电流等特性参数。利用该测试系统研究了Cu触点金属液桥的电压、电流特征曲线。试验结果表明,在相同负载条件下Cu金属液桥的长度随分断速度增加而减小,随着通过电流的增加而增大。

粗颗粒间液桥毛细力演化规律的动态计算方法

水力特性是非饱和土力学理论与工程的重要课题之一,土样水力特性的变化过程本质上可反映为土颗粒间毛细力的演化规律。为此,以粗颗粒为研究对象,将其简化为一对不等径球体颗粒,而其间的水分形态可视为形如圆环的液桥,不考虑颗粒重力和浮力的影响。以Young-Laplace方程为基础,先推得计算液桥毛细力的控制方程组,再结合液桥的无量纲体积最大、最小值及其外曲率半径的割线迭代算法提出求解毛细力的动态计算方法,进而研究毛细力与颗粒间距、颗粒半径比和液桥体积的无量纲关系,结果表明:当颗粒间距一定时,液桥的毛细力随其体积和颗粒半径比增大均呈递增趋势;当液桥体积一定时,其抗拉刚度随颗粒间距增大呈递减趋势。最后,利用已有文献中液桥毛细力与颗粒间距的实测关系,验证了该动态计算方法在表征液桥从形成至断裂时毛细力演化规律的有效性。

竖直平板间液桥形状的观测与预测模型开发

了解析湿工况下液桥对管翅式换热器性能的影响,需要对液桥形状进行实验研究并建立描述液桥形状的方法。通过搭建可视化实验台观察了液桥在竖直平板间的形状,并测量了液桥的接触线和接触角。实验研究了不同体积、不同平板间距、不同平板材料间形成的液桥,并通过实验数据开发了能够描述液桥形状的关联式,包括接触线伸长比和接触角分别与Bond数的关联式。还根据关联式建立了描述液桥形状的方法并将结果与实验数据进行对比,对比结果显示接触线的描述方法平均误差为3.4%,接触角的描述方法平均误差为7.9%。

滴状模式下液桥形成及断裂的电流体动力学特性研究

对电场作用下微通道荷电液滴脱落过程中液桥形成及断裂的显微演变特征进行了可视化实验研究.借助时空分辨率较高的高速摄像技术精确捕捉了电场作用下液桥形成及断裂的界面演化过程,研究了液桥的界面结构变化及其断裂的动力学显微演变行为,获得了时间特征数、电邦德数及半月面形成角对液桥长度及断裂顺序的作用规律.实验结果显示,液桥断裂长度取决于黏度与表面张力之比,而受荷电弛豫时间的影响甚微,低电压工况下各实验介质液桥相对长度的变化并不明显,而在较高电压工况下相对液桥长度的增长速度加快.随着电邦德数的不断增加,液桥长度的变化在较高邦德数下更为明显且存在突变区,此时伴随着雾化模式的转变,表明液桥的突变恰恰是雾化模式过渡的信号.不同物性介质的射流过渡行为由于液桥上下游形成角的变化而存在较大差异.对于无水乙醇介质,电邦德数的增加使滴状模式首先过渡到纺锤模式,而对于生物柴油,滴状模式后会首先出现脉动模式而非纺锤模式.

黏土颗粒间液桥从形成至断裂时毛细力的演化规律

通过土颗粒间形如液桥的水分毛细力认识和解释非饱和土的持水特性日趋为土力学界所关注。为研究黏土颗粒间液桥毛细力的演化规律,将黏土颗粒其简化为一对平行的片状颗粒,不考虑黏土颗粒表面的粗糙度。以Young-Laplace方程为基础,推得表征黏土颗粒间液桥毛细力关于固-液接触角和液桥体积的无量纲表达式;再令该无量纲表达式为0,绘制出固-液接触角与无量纲液桥体积的关系曲线,将1/3<vLB<1范围划分为液桥的断裂区、形成区和消失区,这种分区方法对描述黏土样在毛细阶段和吸附阶段的持水特性至关重要。最后,分析了液桥形成时毛细力与液桥体积和固-液接触角的关系,结果表明:当固-液接触角一定时,液桥的毛细力随其体积增大呈递增趋势,而当液桥体积一定时,其毛细力随固-液接触角增大呈先增后减的趋势。

竖直翅片间液桥体积计算模型

管翅式换热器在析湿工况下会在翅片间形成大量液桥,液桥体积会影响换热器中冷凝水的排出。提出一种将液面弯曲线沿液桥三相接触线积分的方法计算竖直翅片间液桥体积,其中液桥三相接触线采用椭圆方程描述,液面弯曲线模型基于Young-Laplace方程的计算结果拟合得到。通过液桥三相接触线与液面弯曲线观测实验对提出的液桥体积计算模型进行了验证,结果表明,95%的计算结果与实验的误差范围在±15%内,平均误差为7.12%。

液桥试验联合腹压漏尿点压对女性压力性尿失禁评估的价值

目的:探讨液桥试验联合腹压漏尿点压(LPP)诊断女性压力性尿失禁(SUI)及判断尿道功能的价值。方法:选取临床诊断为SUI的女性患者50例和对照35例,进行液桥试验和LPP测定,记录膀胱与尿道压力升高幅度的差值(ΔP)。结果:液桥试验阳性44例,其中LPP分型Ⅰ型11例,Ⅱ型12例,Ⅱ/Ⅲ型9例,Ⅲ型12例。液桥试验诊断SUI的灵敏度为0.88,特异度为0.94;液桥试验联合LPP诊断SUI的灵敏度为0.94,特异度为0.97。Ⅰ型、Ⅱ型、Ⅱ/Ⅲ型、Ⅲ型组ΔP逐渐增大(P<0.05)。结论:液桥试验联合LPP可成为诊断SUI并判断下尿路功能的有效手段。

外加纵向磁场对CO_2焊接短路液桥的影响

为了减少CO_2焊接飞溅,利用高速摄像装置拍摄外加纵向磁场作用下CO_2焊熔滴过渡过程,对液桥形成段、液桥缩颈段进行了研究.结果表明,当施加低频磁场时,随着磁场频率的增加,熔滴半径随之增大并在磁场频率为60 Hz时达到最大值,此时球状熔滴的体积最大;随着磁场频率的增加,液桥形成段缩短,促进了短路初期的熔滴过渡过程.当施加高频磁场时,液桥缩颈段赤道面的最小半径减小,促进了短路末期的熔滴过渡过程.外加纵向磁场可以有效促进熔滴的短路过渡过程,从而减小CO_2焊接飞溅.

原子力显微镜中等容液桥的毛细力分析

用表界面热力学方法和力学方法研究了原子力显微镜中等容液桥的毛细力和液桥的断裂能,对这两种方法进行了对比分析.对液桥分析中圆弧近似的适用性进行了讨论,对轻敲模式下的能量耗散进行了分析,指出液桥断裂引起的能量耗散是引起相位变化的主要因素,另外还指出了接触角滞后效应对毛细力和断裂能的影响.模型分析对原子力显微镜轻敲模式下成像机理的理解以及力曲线测量分析有一定的参考价值.