湍流作用下可压缩液体中空化泡的动力学特性

以水为工作介质, 在综合考虑了液体黏性、表面张力、液体压缩性以及湍流作用等因素的情况下, 对孔板水力空化反应器中空化泡动力学行为特性进行了详细数值研究. 详细分析了湍流作用、空化泡初始半径、孔板下游恢复压力、管道直径以及孔板直径与管道直径之比对空化泡运动特性及其所形成的压力脉冲的影响规律, 发现了一些新现象, 如空化泡半径二次生长现象. 研究结果可为水力空化反应器的优化设计以及水力空化技术的实际应用提供一定的理论指导与技术支撑.     

稳态声空化泡的高精度测量技术

根据稳态声空化泡的周期颤动特征, 提出了一种高精度测量气泡大小随时间演化过程的方法.这种方法运用了可数字移相的脉冲激光照明技术和长距离显微技术, 通过激光器、声光调制器、脉冲发生器和长距离显微镜等实验仪器来实现. 一系列不同相位的气泡图像直接显示了声空化泡半径的时间演化规律. 实验结果与Rayleigh-Plesset 气泡动力学模型很好地拟合, 同时还得到重要的模型参数——声空化泡的平衡半径.     

空化泡内外质量交换的唯象模型

空化泡内外的质量交换是一个多种交换方式共同作用的综合过程, 其中包括气体扩散、气液相变、化学反应等. 本文提出了一个描述空化泡内外质量交换的唯象模型, 它以空化泡内外压强差作为质量交换的驱动力. 与已有的具体物理模型相比, 具有形式简单、计算量小的特点. 联合Rayleigh-Plesset气泡动力学方程, 计算了质量交换动态平衡后的空化泡平衡半径. 结果表明, 平衡半径具有多重性. 另外计算了平衡半径与驱动声压的关系, 并研究了模型参数对其结果的影响. 最后, 对不同驱动声压下的硫酸中空化泡脉动进行了实验测量, 得到的平衡半径随声压变化的关系很好地支持了模型计算     

方兴未艾的超声空化技术应用

超声波与声波一样,是物质介质中的一种弹性机械波,其频率范围为2×104Hz～109Hz.超声波在物质介质中可形成介质粒子的机械振动.当超声波能量足够高时,就会产生超声空化现象:液体中的微气泡在声场作用下发生一系列动力学过程,压力波的作用使流体中分子的平均距离随着分子的振动而变化,在超声波纵向传播形成的负压区微气泡产生、生长,而在正压区又迅速崩溃、闭合.理论和实验已证实,空化过程可以把声场能量集中(聚焦)起来,伴随空化泡崩溃瞬间,在空化泡周围的极小空间内产生异乎寻常的高温(＞5000K℃)、高压(＞5×107Pa)、强冲击波和射流等极端物理条件,其能量效应和机械效应会引起特殊的物理和化学效果.     

鼓泡式光生物制氢反应器中光合细菌的生长及产氢

提出了一种新型的鼓泡式光生物制氢反应器,并将Rhodopseudomonas palustris CQK-01光合产氢菌在光生物制氢反应器中进行序批式培养,以葡萄糖为碳源底物,以590nm单波长光为光源,研究了不同鼓泡条件下光合细菌的生长、产氢及底物降解特性.实验结果表明,在光生物制氢反应器中适当鼓入氩气气泡可以有效降低反应器内液相氢浓度,减少产物反馈抑制作用,促进产氢性能的提高,并且不同鼓泡频率对光合细菌的生长和产氢有较大影响.实验中间隔3h鼓泡时光合细菌产氢性能最佳,反应器最大产氢量33.25mmol,光能转化效率为18.46%,产氢得率为1.79mol(H2)/mol(glucose),平均底物消耗速率为0.28mmolL-1h-1和平均产氢速率为0.50mmolL-1h-1.     

利用双流体模型研究柴油高压喷嘴内部的空化流动

利用双流体模型对一单孔柴油喷嘴内部复杂的空化流动进行数值模拟, 并分别考察进口压力恒定和进口压力瞬变这两种不同的边界条件所对应的空化过程及流动特征. 模型预测的结果与文献中已有的实验结果吻合较好. 通过数值分析发现, 超空化的出现引起了流场结构及出流条件的显著改变, 超空流状态下的液相湍动能分布特征和喷孔出口速度类型有利于柴油射流的一次雾化过程. 此外, 喷孔上游的压力波动对空化过程有着重大的影响, 无论是部分空化还是超空化都会随着上游压力的急剧升高或降低而表现出不稳定的特性.     

水力机械空蚀中微颗粒的关键作用

100多年来,人们一直认为空化直接导致了空蚀的发生.但本研究发现,空化仅仅是导致空蚀的必要条件,而不是充分条件.旋转圆盘空蚀实验结果显示,微颗粒在空蚀过程中起到了不可或缺的作用,而且颗粒粒径对钢样表面蚀坑的形成有显著影响.钢样表面的破裂和变形表明,空蚀过程是一种力学作用的结果,通过数值分析进一步论证了这一机制.     

短时间微重力池沸腾换热及其临界热流密度机理

研究了复合柱状微结构表面(PF30-60LP)在短时间微重力下的池沸腾传热性能,并与文献中的光滑表面和柱状微结构表面(PF30-60和PF50-120)进行对比.实验结果表明,微重力条件下, PF30-60PL的临界热流密度(critical heat flux, CHF)与光滑表面相比虽有提高,但却明显低于PF30-60和PF50-120,与常重力下所得实验结果存在明显差异.微重力条件下,由于浮力缺失,覆盖于加热表面的大气泡脱离周期远大于常重力条件.大气泡覆盖于表面时间过长,导致新鲜液体补给困难是造成微重力CHF显著降低的主要原因. PF30-60和PF50-120具备非常强的毛细芯吸作用,可显著提高加热面的侧向补液能力,因此其微重力下的CHF相比于光滑表面得到了十分显著的提高.而PF30-60PL由于较大面积光滑通道的存在,表面的毛细芯吸作用被削弱,因此其CHF介于光滑表面和柱状微结构表面之间.提高微重力池沸腾CHF,关键在于提高覆盖于加热面的大气泡的脱离频率和液体对加热表面的补给能力.可行的方法有降低液体工质表面张力或提高表面对液体的毛细芯吸性,通过外部施加电场或声场加速气泡脱离,强化Marangoni对流或采用局部加热法改变Marangoni力对气泡的作用力方向,通过调控气泡合并行为增大气泡合并后释放的表面能从而促进气泡脱离等.     

乙烷核态池沸腾中的气泡生长、脱离和上升

利用高速摄影仪对乙烷在水平铜表面饱和核态池沸腾中的气泡行为特性进行了实验研究,并开展了理论分析,实验测量压力为0.2 MPa,热流密度范围为14.65~80.79 kW m~(-2).实验中观测到气泡的生长、脱离和上升过程,得到单个气泡的生长周期,同时绘制出单个气泡生长周期内的直径变化曲线,并将其分为快速、慢速和稳定增长3个阶段,且气泡直径与时间呈幂函数关系.鉴于其分段特性,推荐采用分段预测模型.发现了气泡脱离直径及频率随热流增大而增大,气泡脱离形状随热流增大而呈现球型、椭球型和不规则形状的变化.还观察到气泡合并,轨迹变化,附加运动和流型变化等现象,并分析讨论了其形成机理,发现系统压力、加热壁面性质液体物性对气泡的行为特性有较大影响.相比文献中的常温液体,乙烷气泡生长周期有差异,其脱离形状有椭球型及不规则形状,且气泡上升轨迹变化相对简单.     

基于格子玻尔兹曼方法的单孔射流鼓泡床的离散颗粒模拟

利用基于格子玻尔兹曼方法的离散颗粒模型对单孔射流鼓泡床进行了研究. 此算法基于四向耦合的离散颗粒模型, 流体的控制方程采用考虑了孔隙率和流固相的滑移速度对流体流动影响的修正格子玻尔兹曼方法来求解, 颗粒间相互作用通过时驱硬球模型求解, 流固耦合采用EMMS曳力模型. 首先研究了不同颗粒对形成气泡大小的影响, 结果表明, 在相同的射流气速下, 粒径越大形成的气泡越小. 在粒径相同的情况下, 提高气体的入射速度, 则形成的气泡越大. 同时考察了气泡的分离时间与粒径以及射流气速的关系, 结果表明, 随着粒径以及射流气速在一定范围内的改变, 气泡的分离时间并没有明显改变. 另外颗粒床层扩展影响气泡形状, 颗粒床层变宽后, 气泡的形状接近于圆形; 颗粒床层高度增加时, 气泡明显变小. 最后考察了气泡诱导现象, 模拟发现当区域有空腔时, 气泡会被诱导到空腔的方向.     

超声空化效应和声化学研究进展

本文对声化学这门新学科进行了系统地论述。对声化学的引发机制──超声空化效应的动力学理论．包括目前已得到公认的Ｎｏｌｔｉｎｇｋ—Ｎａｐｐｒｉａｓ的“热点”理论，以及尚存争议的“空穴放电”理论作了介绍．在此基础上对声化学的反应机理进行了评述．并对声化学多相合成反应进行了论述．同时，指出了声化学机理研究中尚待解决的问题。     

离心泵发生汽蚀的现象及防止措施

文章论述了离心泵发生汽蚀的现象及离心泵发生汽蚀的防止措施。     

不同声压下酒精水溶液中的单泡声致发光

测量了不同浓度酒精水溶液中单泡声致发光随驱动超声声压大小变化关系曲线. 结果表明, 根据光强-声压(I-P_a)曲线的变化关系, 可以把酒精浓度分为3个区域. (1) 在较低浓度时, 随着酒精浓度的增加, 曲线往低声压方向移动, 驱动声压变化较大; 相同声压下, 单泡声致发光的发光强度随酒精浓度增加而增加. (2) 当酒精浓度稍高时, 驱动声压变化较小; 相同声压下, 单泡声致发光光强随酒精浓度的增加而降低. (3) 进一步增加酒精浓度, 光强随酒精浓度变化关系趋势在不同声压下的关系不同, 但I-P_a曲线的斜率随酒精浓度的增加而降低. 可以通过气泡动力学以及酒精的物理化学性质解释这些结果, 同时这些结果也有助于进一步了解单泡声致发光的发光机制.     

混凝土气泡的处理方法

在高速公路的建设中,如何处理好混凝土表面的气泡问题是施工技术人员经常遇到而棘手的问题。针对这一问题,分析了产生气泡的原因,采取相应的措施并找出相应的办法予以解决。     

2, 6-二亚苄基环己酮液晶化合物的合成及性能研究

以苯甲醛、环己酮为原料, 四丁基溴化铵为相转移催化剂, 在氢氧化钠溶液中合成了具有液晶性质的化合物2,6-二亚苄基环己酮. 考察了反应时间、温度、碱浓度对产率的影响. 产品经红外光谱、核磁共振氢谱以及元素分析予以表征, 用差示扫描量热(DSC)、偏光显微镜和流变仪研究了其液晶行为, 证明为近晶相热致液晶. 对化合物晶体进行了X射线单晶衍射测定, 证实属于单斜晶系, 空间群P2(1)/c, a = 9.586(1) Å, b = 18.391(2) Å, c = 9.433(1) Å, α = 90°, β = 115.816(2)°, γ = 90°, Dc = 1.217 g·cm^-3, V = 1496.9(3) Å ^-3, Z = 4.     

神奇的表面张力*

在日常生活和工农业生产中，表面张力引起大量有趣的物理现象。笔者介绍了表面张力的物理本质，并综述了自然界中表面张力引起的几个新奇现象，例如球状露珠、液膜、浮在水面的针和水面运动小动物、抱团蚂蚁筏子、荷叶超疏水、以及水鸟的特殊摄食机制等。这些表面张力诱发的现象为我们向自然界学习并仿生制造新型的工具提供了重要的思路。     

非均质泥石流固液两相运动特征探讨

非均质泥石流是一种固体颗粒级配宽、容重变化大、流速分布不均匀的典型的固液两相流, 广泛分布于我国的西部山区, 表现出独特的固液两相运动特征. 基于非均质泥石流固液两相分界粒径的概念, 以Darcy公式和质量守恒定律为理论基础, 分别推求非均质泥石流固液两相平均流速表达式. 在此基础上, 根据云南省小江流域蒋家沟泥石流模拟实验数据及实测资料, 揭示了非均质泥石流固液两相运动特征. 蒋家沟泥石流实验与实测资料计算分析结果表明, 蒋家沟泥石流以临界容重2.234 t/m³为界限, 当泥石流容重低于、等于和高于该临界值时, 分别出现液相流速大于、等于和小于固相流速的3种情况, 由此可以分别揭示稀性泥石流、均质泥石流和稠性泥石流3种不同类型泥石流的运动特征. 研究结果为构建非均质泥石流动力学奠定了基础, 并对泥石流防治工程规划设计和预测预报泥石流灾害具有重要的现实意义.