梯度表面能材料上液滴运动机理

通过显微测量技术获得了梯度表面能材料表面的微观结构,分析了经扩散控制的硅烷化处理的硅基材料表面上表面能梯度形成的机制和影响因素。通过可视化实验,并从能量转换关系和液滴受力分析上探讨了液滴在梯度表面能材料上的快速运动机理,研究了液滴运动过程,及薄膜润滑对液滴运动速度的影响。

梯度表面能材料上液滴运动特性实验

对水平和30°倾角放置梯度表面能材料表面上液滴运动特性进行了可视化实验,分析了液滴在梯度表面上运动速度的变化规律,以及液滴大小和表面倾角对运动速度变化的影响。实验结果表明:在梯度表面能材料上,液滴能获得较大的宏观运动速度,并可以沿30°倾角放置的梯度表面材料上自下而上的运动;大液滴较小液滴的峰值运动速度大,运动距离更远;液滴在运动过程中出现蠕动的现象。

多级雾化超重力旋转床中液滴运动及三维模型

从气体的流场、液滴的碰合出发 ,用液滴粒径 -位置联合分布模型描述了液滴群运动的特征 ,并在此基础上提出了多级雾化超重力旋转床中液滴运动的三维模型 .该模型物理意义明确 ,不含有可调动参数 .采用四阶龙格 -库塔法进行计算 ,其模型计算值与实验实测值相吻合 .

剪切气流驱动液滴运动的受力分析

实验研究了剪切流驱动的液滴在固体表面上起始运动的受力机理。工作中使用一系列液体和固体表面来获得不同的液滴接触角,并在小型风洞中进行实验。实验中对液滴的启动气流速度进行了测量,并综合各种起始时刻的参数信息,建立了一个关于液滴接触线表面张力和剪切气流拖拽力平衡的数学模型,揭示了液滴脱落时刻的受力情况。所建立的模型更适合液滴1变形情况,但对于其它类似情况的剪切气流驱动液滴运动也能够进行合理的描述。

波动下液滴运动微观动力学机理研究

目前国内外针对波动法强化采油的作用机理进行了部分研究,但波动条件下油滴的变化形式即运动规律并不明确。利用宏观和微观相结合的方法对波动法采油的作用机理进行研究,通过物理模拟实验对波动条件下水中油滴的变化进行了观测;在对斜壁上液滴进行受力分析的基础上,通过计算得出了液滴发生移动的临界平衡条件。分析认为,当波动作用打破该平衡条件时,液滴就会发生移动并被驱替流体携带。

梯度表面能材料及液滴运动特性实验

采用十二烷基三氯硅烷(C12H25Cl3Si)和辛基三氯硅烷(C8H17Cl3Si),通过化学气相沉积的方法(CVD),在硅基板上制取了具有梯度表面能的材料表面.通过躺滴法,测量了梯度表面能材料水平表面上的微量液滴接触角的分布,并以此表征材料表面能的分布.实验表明:水平放置的梯度表面能材料表面可驱使其上面的直径为1～3 mm的液滴从憎水侧向亲水侧迁移,单个液滴的运动速度最大可达0.9 m/s.在实验观察的基础上,探讨了液滴在具有梯度表面能材料表面运动的机理.

三维空间液滴运动模型数值解法研究

提出了数值求解三维空间液滴运动模型的算子分裂算法(OS算法),并与常用的显式单步长Runge-Kutta(RK)算法进行了比较。简述了三维空间液滴运动模型的具体形式,提出了求解该模型的OS算法,以求解不同直径液滴在波形板汽水分离器内的运动轨迹作为算例,从OS算法的相容性、稳定性、计算精度和计算效率(CPU耗时)等方面,与4级4阶显式单步长RK算法进行了比较。结果表明,OS算法所构造的离散格式与液滴运动模型相容,采用此算法计算得到的液滴运动轨迹与RK算法得到的结果相似,而OS算法的稳定性和计算效率均优于RK算法。因此,OS算法的提出为数值计算波形板的分离效率提供了较为稳定、高效的算法。

离散液滴运动模型研究

汽水分离器和安全壳喷淋系统是核电厂安全可靠运行的关键设备和设施,其运行过程涉及液滴在流场中的运动、碰撞和相变等物理现象。本文采用欧拉-拉格朗日耦合方法首先建立了离散液滴运动模型,包括单/多液滴运动模型、液滴碰撞、流场耦合、液滴相变、液滴产生和液滴消亡等单立模型,及相应的边界条件和空间条件,来描述多液滴在流场中的运动行为;其次给出了离散液滴运动模型的应用实例,来描述自然界蒸发、冷凝和喷雾等物理现象中的离散液滴运动行为;最后指出了现阶段离散液滴运动模型和算法存在的问题,希望感兴趣的学者在离散液滴运动模型研究方面进一步完善和推动其发展。

重力式油水分离设备中影响液滴运动的因素

分析了在重力式油水分离设备中影响液滴运动的因素有:液滴间相互作用的影响;重力式分离设备的结构及器壁的影响;液滴形状的影响;内环流的影响;流场分布不均的影响。

并流旋转床中液滴运动规律及发散型填料设计

液滴粒径是影响旋转床中气液传质的重要因素。通过分析液滴的运动和气体的流场特性,构建液滴在单级雾化并流旋转床中的二维运动模型,探索液滴群粒径分布。根据液滴速率和粒径分布确定填料的径向间距,设计了发散型丝网填料。该填料增大了相界比表面积,对提高传热传质效率,优化旋转床脱硫工艺具有一定的意义。

SPH方法在剪切流液滴运动规律研究中的应用

阐述了SPH(Smoothed Particle Hydrodynamics)方法的理论基础和计算方法,应用该方法编写程序计算了液滴在剪切流中的运动规律。通过激波和Poiseuille流动这两个验证算例的计算发现,SPH方法能很好地应用于流体运动规律的计算模拟。另外,还对不同的核函数的计算结果进行了比较,分析了影响计算精度的因素,在此基础上,计算模拟了剪切流中单液滴的运动行为,包括变形、破裂行为。

基于超声行波方法的液滴运动驱动理论分析与试验研究

为分析超声行波驱动液滴运动的可行性,利用压电陶瓷的逆压电效应作为液滴运动的驱动源,提出弹性体平板的液滴驱动模型。建立压电振子和弹性体平板的有限元模型,使用COMSOL Multiphysics多物理场仿真软件得到了压电振子的结构力学模态和谐振频率。仿真结果表明,在压电陶瓷弯曲振动的前6阶模态中,只有第2阶模态为压电振子的横向振动模态,其它模态为一般结构力学模态,确定了选择压电陶瓷的第1阶共振频率作为压电陶瓷驱动液滴运动的激励频率。对压电陶瓷产生超声行波驱动液滴运动的可行性进行了试验。结果表明,超声行波能够驱动液滴运动,同时表明了以超声行波作为驱动来清除汽车前风挡雨滴具有一定的可行性。

急冷器内液滴运动蒸发的数值模拟

建立了错流射流单液滴蒸发运动过程的数学模型,对急冷器内急冷油液滴运动蒸发过程进行了数值模拟,探讨了液滴运动轨迹和蒸发特性。模拟结果表明,液滴初始直径越小,裂解气流温度越高,液滴蒸发越快,液滴生存时间越短;初始射流速度对急冷油液滴在裂解气流内的贯穿距离和生存时间影响较小,提高初始射流速度,并不能明显加速液滴蒸发;液滴初始直径、射流角度对液滴运动轨迹有较大影响;在液滴初始直径为1.0 mm、裂解气速度10.0 m/s、急冷油初始射流速度24.0 m/s的条件下,临界射流角度约为137°。

亲疏复合微织构刀具表面的制备及液滴运动调控试验研究

钛合金切削加工过程中刀具极易磨损,严重影响加工质量和加工效率。为延缓刀具磨损,结合表面织构和润湿差异性表面的减摩降磨方法,在聚晶金刚石PCD刀具表面利用激光加工和低表面能处理技术制备了亲疏复合织构,并研究了其润湿性规律。利用自行搭建的静电雾化装置验证了亲疏复合织构对液滴运动状态的调控作用。

水平固体表面温度梯度下硅油液滴运动

液滴的操控技术成为当今微流体技术的重要发展方向,气-液、气-固、固-液等界面问题日益突出。首先通过实验方法,研究了在水平固体表面液滴由温度梯度引起的热毛细迁移行为,从理论方面分析了温度梯度、接触角滞后作用对液滴迁移速度的影响。然后通过数值模拟方法求解N-S方程耦合能量方程,获得硅油液滴运动过程内部温度场和流场的变化过程。结果表明:当基底存在温度梯度时,液滴在基底表面会向冷端迁移,并伴随着接触角滞后现象,表面张力梯度作用使液滴内部产生两个涡胞,涡胞的发展影响液滴的迁移过程,两个涡胞发展为单个涡胞,液滴迁移速度趋于稳定。

旋转参考系中液滴运动的创新实验

基于创新实验资源开发的探究式教学是物理科学探究教学的重要组成部分。笔者设计并制作了转盘物块静摩擦力方向演示仪，并利用它记录和分析在旋转参考系中液滴运动的特点及其规律。

剪切变稀流体中液滴运动的研究

采用VOF方法,基于非牛顿流体的流变模型对剪切变稀流体中液滴的运动进行数值模拟。结果发现剪切变稀流体中液滴的上升较稳定,上升速度前期增长较快,后期趋于平缓,轨迹呈直线型;单液滴初始半径r越大,上升过程中产生的形变越明显;溶液的稠度指数k越大,液滴上升的速度v越小;幂律指数n越大,液滴上升的速度v越大,k的作用效果比n效果明显。

翼型结冰过程中过冷液滴运动的数值模拟研究

本文采用拉各朗日法、标准四步龙格一库塔格式和Euler方程流场数值模拟等方法实现过冷液滴运动轨迹与碰撞的数值模拟，分析了液滴直径、推进时间间隔、投放位置、流场特征等因素的影响。

基于SPH方法的液滴自运动数值研究

为研究液滴在具有润湿性表面上的自运动规律,基于光滑粒子流体动力学(SPH)方法,对具有不同表面张力梯度壁面上的液滴自运动进行了数值模拟研究,结果显示,表面张力梯度润湿形式为指数函数时液滴的位移最大,且位移随时间的变化较为平缓;表面张力系数函数图像越凹陷,液滴与壁面的接触长度越长,反之越短;液滴半径和密度对液滴的位移影响不大,而对黏性的影响较大。