填隙幂律流体下两刚性圆球错移时的黏性力

湿颗粒离散元模型以两球作用时填隙流体定常流动解为基础,其中切向作用是难点,国外仅有Goldman的牛顿流体渐近解.基于Reynolds润滑理论导出了两刚性球切向错动时填隙幂律流体的压力方程,并利用傅立叶级数展开简化,通过数值解法得到相应的压力分布、黏性阻力及阻力矩.该方程的解较之作者先前对速度场附加假定的结果精确,而当幂指数为1时等价于Goldman的牛顿流体渐近解.

高超声速壁面黏性力快速计算方法

当前高超声速飞行器壁面黏性力的预测方法主要有精确的Novier-Stokes方程CFD方法(计算流体力学)和快速工程计算方法。前者计算精度高,但效率很低;后者效率极高,但精度难以满足工程应用要求。如何将两种方法有效结合,发展具有一定精度且效率也较高的壁面黏性力计算方法,一直是计算空气动力学研究的重要方向之一。为此,本文基于无黏Euler方程CFD方法获得的壁面流场参数,发展了一种更加精确的高超声速飞行器壁面黏性力快速工程计算方法。该方法以经典参考温度法为基础,以壁面当地流场参数替代自由来流参数,更加充分地考虑了高超声速复杂流动的特性,从理论上提高了壁面黏性力的预测精度。为验证该方法的准确性,以典型高超声速高升阻比飞行器外形为研究对象,分别采用精确Navier-Stokes方程CFD方法和本文发展的快速工程计算方法,预测了高空高马赫数飞行环境下飞行器壁面的黏性力;通过对比分析表明,本文所建立的快速计算方法预测偏差为10~20%,能够满足工程初步设计的要求。

球颗粒间幂律流体挤压流动法向黏性力的高效数值算法

为在填隙幂律流体的湿颗粒系统离散元模拟中迅速精确地求出法向黏性力 ,根据笔者导出的刚性球颗粒间幂律流体挤压流动的积分形式的法向黏性力表达式 ,利用因子分解和级数展开发展了一套拟合算法以取代数值积分。拟合结果与数值积分结果比较表明 。

黏性力:前置性作业设计的灯塔

研究以“三角形的三边关系”一课为例,坚持以学定教的教学理念,设计具备粘性力的前置性作业,展现学生探究思考、交流内化、创新应用的学习历程,串联教学与作业,关注学科本质,通过创新作业形式促进学生多维能力的发展,实现思维进阶。

含黏性力最速降线问题的最优化解法及其在ADS设计中的应用

为优化加速器驱动次临界系统（ADS）靶件束窗形状设计,该文研究了一类含黏性力的最速降线问题。采用变分法进行分析,最终需数值求解一组非线性积分方程。针对Newton迭代法在高黏性系数情况下难以获得收敛解且无法获得近似解的缺陷,提出一种最优化求解思路。通过数值试验比较了4种启发式最优化算法的计算效率,并选择粒子群算法与Newton迭代法作进一步对比。结果表明：在高黏性系数情况下粒子群算法计算效率优于Newton迭代法,并且粒子群算法在该问题上近似线性收敛。用最速降线取代半椭圆的束窗形状后,流动分离更晚且流道滞止区更小,有利于提升换热效率。

黏性非均匀沙的起动概率

基于概率论与力学结合的方法,探讨了黏性非均匀沙的起动问题.将促使颗粒运动的外力矩大于颗粒保持静止的外力矩视为泥沙起动的临界力学条件,通过作用力臂的统计处理以反映颗粒在床面排列的随机性,并基于瞬时底流速的概率分布和试验资料建立起适合黏性非均匀沙的起动概率公式.其中作用力包括推移力、上举力、水下重力和黏性力,而黏性力表达式则根据因次分析和交叉石英丝试验得到,涉及到泥沙非均匀性、干密度和水压力等影响因子.摩阻流速的计算值与试验值的比较表明,起动概率和相应临界摩阻流速公式合理地刻画了非均匀沙起动的随机力学特性,考虑因素较为全面,对无黏性和黏性的非均匀沙均适用,可供潮汐河口非均匀沙冲刷预测时使用.

海上浮油定位浮标的力学分析与尺寸优化

海面发生原油泄漏后,采用海上浮油跟踪定位浮标锁定油污飘逸轨迹,实现对溢油的跟踪定位.定位浮标的定位能力受到浮标内部的吸油材料对原油的吸附能力以及海洋风的影响,吸附能力越强则定位浮标与油污结合越紧密,定位效果越好.首先,从吸油材料受力分析出发,通过室内实验,采用杠杆放大原理对吸油材料受到的风载荷进行测量,并研究风载荷随着吸油圆盘直径的变化趋势,得到了风载荷随着圆盘直径的增大呈线性增大;对吸油材料受到的黏附力随着吸油圆盘直径的变化趋势进行研究,表明黏附力与圆盘直径呈二次方程关系,随着圆盘直径的增大,黏附力会急剧增大.其次,对黏附力的组成进行分析,研究认为黏附力由分子间作用力、液体表面张力及剪切黏性力组成,对这3种作用力的大小进行测量计算对比,发现分子间作用力为主要作用力,液体表面张力及剪切黏性力比分子间作用力低1～2个数量级.最后,基于浮标正常工作时黏附力应该大于风载荷的原则,将实验得到的风载荷和黏附力随着圆盘直径变化规律推广到大风速和大圆盘直径下,研究了恶劣海况条件下圆盘直径变化对浮标受力的影响,得到了适应恶劣海况条件的圆盘最小直径为38 cm.

气体雾化过程中涉及颗粒形貌和空心颗粒形成的金属液滴变形和破碎数值模拟

采用考虑液滴冷却和凝固的流体体积(VOF)方法模拟金属液滴在气体雾化过程中的变形和破碎。建立典型粉末形貌和液滴破碎行为之间的相关性,以指导球形粉末颗粒的制备。结果显示,当增加液滴的气动力与黏性力的比值时,球形颗粒的形成得到加强;然而,当减小这个比值时,预期的液滴破碎模型将被改变或仅仅只发生液滴的变形。从空心颗粒的形成和演变过程的数值模拟中观察到几种典型的情况,例如,开放的空心液膜的形成、液膜封闭、气泡的离心和气泡的脱离。通过提高气体速度或液滴温度,实现较高的非平衡拉普拉斯压力或较低的粘性力,促使气泡从液滴内部分离。

基于气流黏性牵引原理的无接触输运建模仿真与试验研究

目前众多行业需要使用无接触的方式输运清洁、易损的产品。介绍了一种完全无接触的气浮输运平台,通过在物体下方产生气膜及可控气流实现牵引输送。建立了间隙内气流简化模型并针对黏性力进行了理论和实验研究,结果表明,气流在平台表面凹槽区和边缘区域内提供牵引力,且在一定流量条件下黏性力随气膜高度增加而降低。提出了一种基于有效驱动单元列数作为被控量的控制方法,设计PID控制器并对物体在一维方向上的输运与定位进行研究,结果验证了理论模型和控制方法的有效性。

两刚性圆球间双黏度流体挤压流动压力分析

颗粒物质是大量固体颗粒相互作用而组成的复杂体系。颗粒间孔隙水具有复杂连通结构和复杂的流动规律,直接影响颗粒体系的变形和强度,目前颗粒间隙液体的挤压流动和剪切运动分析是流体力学的难点。基于Reynolds润滑理论,导出了存在填隙双黏度流体时,两刚性圆球间流体的挤压流动速度场和压力方程。根据应力的变化情况,将流体分为屈服区和未屈服区,讨论了两区厚度与流体及颗粒参数的关系,分析了流体压力分布随计算参数的变化规律,得到了法向挤压黏性力的积分表达式,并给出了黏性力随不同参数的变化规律。

滑阀阀套阀芯摩擦副泄漏量影响因素分析

针对增大滑阀动态响应频率的同时满足最低密封要求的问题,推导出圆套柱塞摩擦副中摩擦力和滑阀间隙的数学模型。建立阀芯凸肩面上的黏性力和泄漏量的计算公式。该公式在保证泄漏率并满足密封要求的同时,通过缩短阀芯肩宽和降低流体阻力来提高响应频率。通过这些公式,设计者可以根据不同的泄漏要求选择摩擦副的面积,从而降低黏性力,提高响应频率。

烧结用铁矿粉制粒性能影响因素的试验研究

研究铁矿粉制粒性能影响因素的层级结构规律对制粒和烧结生产配矿具有重要意义。本文通过检测11种铁矿粉的性能,并分粒级进行制粒试验,分析颗粒间作用力的种类;提出采用黏附指数表征矿粉制粒效果,判断颗粒间作用力相对大小,并分析各因素对颗粒间作用力表达的影响程度。结果表明:铁矿粉制粒过程所受的颗粒间作用力有铁矿粉自身产生的黏性力、分子水和毛细水产生的吸附力、矿石表面棱角产生的阻力3种,其中,黏性力大于水吸附力和棱角阻力。有黏性的铁矿粉制粒受以上3种作用力同时影响,以黏性力作用为主;无黏性的铁矿粉制粒时受铁矿粉水吸附力和表面粗糙度产生的阻力共同作用,黏附指数与成球性指数(采用K表征水吸附力)和大孔孔隙率(采用D_(big)表征表面粗糙度产生的力)比值正相关。水分、颗粒黏性、粒级、亲水性和粗糙度是影响颗粒间作用力表达的主因素,主因素对铁矿粉制粒性能的影响强弱具有明显的层级结构。

基于一维黏塑性运动模型的大型慢速滑坡变形预测研究

慢速滑坡变形缓慢,持续时间长,在世界范围内分布广泛,具有隐蔽性强和突发性高等特点,给人类的生存与发展带来了巨大的威胁与危害,并且有数量众多的大型慢速滑坡经过长期缓慢变形后演化成高速滑坡,造成了不可估量的损失。依托金龙山大型慢速滑坡丰富的监测资料,考虑黏性力对于慢速滑坡变形的作用,基于无限边坡模型和宾汉姆模型建立一维黏塑性运动模型,从雨季和旱季2个典型研究时段对滑坡的变形进行了定量预测。研究结果表明:(1)模型计算得到的变形模拟数据与其监测数据一致性均较好,其中雨季和旱季累计位移的相关性系数高达0.9941和0.9979,变化趋势高度一致;(2)预测时段金龙山滑坡雨季和旱季累计位移的相对误差均在1%左右,其中雨季累计位移最终预测值相对误差为1.48%,旱季累计位移最终预测值相对误差为0.86%,模型预测精度较高;(3)模型的模拟结果较好地反映了慢速滑坡变形的季节波动性,其中旱季的模拟结果要优于雨季。一维黏塑性运动模型强调慢速滑坡变形过程中的力学作用过程,实现了大型慢速滑坡变形的定量预测,相关研究成果可以为大型慢速滑坡变形的预测及评价和工程防灾减灾提供科学参考和依据。

交变电场作用下黏性射流的稳定性分析

液体射流在静电或交变电场作用下的失稳和破裂问题在许多工业应用中都有涉及.与静电场作用下射流稳定性研究相比,交变电场下射流的稳定性分析研究要少得多.因此,本文采用电场力和黏性力共同修正压强的黏势流模型来描述交变电场作用下漏电介质液体射流的线性不稳定性,主要研究了交变电场、流体电学性质等参数的影响.交变电场作用下射流的毛细不稳定与静电场作用下射流不稳定特性是相似的.在足够强交变电场作用下,参数不稳定主导表面扰动的发展,从而进入共振电雾化模式.参数不稳定会被黏性耗散抑制,甚至随着频率的增加会完全消失.同时,导电电荷(主要取决于流体导电性)的作用与表面电荷是相反的,因此当电荷弛豫时间接近交变电场周期时,参数不稳定会受到强烈的抑制作用.此外,当气动作用足够强时,参数不稳定会被覆盖.

两种不同粒径石英砂中非达西流动的实验研究

在水力梯度较大的多孔介质中，水流往往呈现非达西现象。为分析不同粒径介质中非达西流发生的条件，本文对粒径为0．5～0．63mm和0．63～1．25mm两种石英砂，分别开展了一维均质土柱渗流实验，并应用水力阻抗和临界雷诺数判别渗流过程的非达西现象。研究结果表明，随着渗透流速增大，水力梯度和渗透流速之间的线性关系将发生偏移，且Forehheimer方程和Izbash方程均能够很好地描述非达西渗流阶段的水流运动过程。此时，水力梯度中以黏性力和惯性力消耗能量为主导的渗透流速线性项和非线性项均逐渐增大，同时非线性项占水力梯度的相对比重随流速的增大而不断增大。两种石英砂出现非达西流时，其非线性项占水力梯度的40％～50％，相应的临界雷诺数分别为22～27和52～104。非达西流出现的临界雷诺数随介质粒径的增大而增大。

平行刚性圆盘间有壁面滑移时宾汉流体的挤压流动

两平行刚性圆盘间流体的挤压流动模型是一个基本的力学模型。流体与壁面存在滑移会对挤压黏性力产生影响。以Reynolds润滑理论为基础 ,研究了存在滑移时两刚性圆盘间宾汉流体的挤压流动。研究结果表明 ,随着滑移参数的增加 ,挤压黏性力减小 ,流体刚性层厚度增加 ;当滑移参数趋于无穷大时 ,所有流体都处于刚性运动状态 。

毛细管法测定液体黏度实验问题的讨论

就毛细管法测定液体黏度实验中的三个问题进行了详细的分析和解释。

双峰聚乙烯颗粒临界流化速度的研究

针对环管和流化床串联的组合工艺中双峰聚乙烯黏性颗粒流化状况不佳的现状,利用压差法系统考察了温度和粒径对临界流化速度的影响,以及温度对粒径分布的影响.结果表明,压降-气速关系不符合经典轨迹,压降曲线波动较普通树脂显著,流化过程依次表现为颗粒流化和聚团流化两个过程.由于双峰聚乙烯中低相对分子质量部分的存在,聚合物颗粒间表现出较强的黏性,引起团聚现象,粒径分布变宽.表观最小流化速度与经典公式计算数据偏离较大,其数值随温度的升高呈增大趋势,且粒径越小,温度对最小流化速度的影响就越大.通过添加黏性力项,重新建立颗粒的力平衡,获得了具有较高精度的临界流化速度模型.

湿度对微型加速度计粘连失效的影响

粘连是微/纳器件的一种典型失效模式,由于湿度引起的粘连失效占很大比例。以MEMS摆式加速度计为模型,分析了湿度引起粘连失效的机理,主要是毛细黏性力的影响。为了研究材料性质和粗糙度对粘连的影响,对比钨(W)、铝铜(AlCu)和铝(Al)3种不同电极材料,发现Al电极材料表面接触角和表面粗糙度都很大,对应芯片的粘连比例较少。利用HMDS对粘连芯片内表面进行疏水处理,有效减少了粘连比例。研究表明选用接触角大的电极材料、增加电极表面粗糙度和表面疏水处理均能有效减少毛细黏性力为主导的粘连。

W-Cu液相烧结体系致密化行为的模拟

基于流体流动模型和液相烧结作用力模型,对液相烧结第一阶段中(液相生成与固相颗粒重排阶段)液相Cu对固相W颗粒的润湿情况及颗粒的重排和密实化行为进行模拟。本模型包含Navier-Stokes(N-S)方程、区分气-液两相流的VOF方程及颗粒所受作用力(毛细力和黏性力)方程。使用二维非定常分离隐式PISO算法求解N-S方程,描述流体流动行为;求解VOF方程以区分气-液两相流;根据颗粒所受作用力编制颗粒运动自定义程序,控制颗粒运动,描述固相颗粒在毛细力牵引及黏性力共同作用下的运动。分析烧结过程液相对固相颗粒的润湿行为及液相烧结第一阶段密实化规律。探讨润湿角、颗粒间距对毛细力大小的影响,并结合具体烧结模型研究烧结体系颗粒尺寸对密实化速度的影响及不同初始液固比与烧结体系最终孔隙率的关系。最终将模拟结果与理论分析结果进行对比,两者基本一致。