随机粗糙表面上剪切变稀流体液滴的沉积过程模拟

采用计算流体力学相场方法模拟了单个剪切变稀非牛顿流体液滴在随机粗糙表面的沉积过程,并分析揭示了随机粗糙表面形貌对液滴运动状态及平衡状态的影响。结果表明,在指定的相同操作条件下,即使在光滑表面,剪切变稀流体液滴比牛顿流体液滴铺展更大且回缩至平衡所需时间更少,不存在二次铺展;剪切变稀流体液滴最大铺展直径随均方根粗糙度Rr与Wenzel粗糙度Wr的增加而略有增加。Wr相同时,随着Rr增大,液滴最终铺展系数减小,高度系数增大,平衡接触面积及接触角有所减小。在Rr相同情况下,随着Wr增大,液滴达到平衡所需时间缩短,平衡接触面积线性增大。     

喷雾干燥颗粒表面形貌形成过程粗粒化模拟

喷雾干燥制粒有着广泛的应用。颗粒表面形貌的调控对提升颗粒品质起到至关重要的作用。本研究旨在建立分子尺度粗粒化模型，描述蒸发诱导下溶质的自组装行为，预测不同干燥条件下表面形貌的演变过程。文中建立的粗粒化网格Monte Carlo模型可以处理球形固体溶质，并充分考虑各物质之间相互作用及相变过程。开发的分析方法可以定量蒸发过程中液体残留率、颗粒分布与组装形貌。通过初步的二维系统模拟可以发现，溶剂不断蒸发过程中溶质逐渐移动，形成各种自组装结构。溶剂化学势越小，液体残留率越低。随着初始溶质浓度升高，最终溶质组装形貌从点状变为网状结构。不同的物质间相互作用也会导致紧密或松散的溶质分布。     

十字交叉微通道内微液滴生成过程的数值模拟

采用VOF模型对十字交叉微通道内微液滴的生成进行三维数值模拟,获得了拉伸挤压、滴状剪切、单分散射流等单分散微液滴的生成机制以及紊乱射流、节状形变流、管状流和滑移流等两相流型,模拟与实验结果相吻合验证了模拟的有效性。液液两相流型主要受两相流速、两相界面张力以及连续相黏度的影响,发现随着连续相的流量增大,微液滴的生成尺寸减小,生成频率增大;而离散相流量的影响则相反。两相表面张力与连续相黏度分别在低连续相Ca数和高连续相Ca数条件下分别起主导作用。在低连续相Ca数(U_d<0.03 m·s^-1)的拉伸挤压和滴状剪切流流型下,微液滴生成尺寸随着表面张力系数的减小而减小,在射流条件下反而增大,微液滴的生成频率变化则相反。在高连续相Ca数(U_d>0.03 m·s^-1)下,微液滴的生成尺寸随着连续相黏度的增大而减小,微液滴的生成频率变化则相反。另外,壁面接触角在拉伸挤压流型下对微液滴生成无太大影响,但在滴状剪切和单分散射流流型下,接触角减小会导致微液滴无法稳定生成。     

涂层表面形貌形成过程模拟与分析

表面涂层形貌形成过程的定量描述对涂层质量控制效果的提升至关重要,建立了集成蒙特卡罗(Monte Carlo)和计算流体力学(CFD)的混合方法模拟复杂的海量液滴沉积成液膜及其随后的流平过程,并系统研究油漆液滴平均直径、黏度、密度以及表面张力对涂层表面粗糙度、流平速度以及流平时间的影响。模拟结果表明,油漆液滴平均直径增大,涂层初始表面粗糙度增大,流平速度减小,流平时间延长;黏度增大,涂层的初始和最终表面粗糙度增大,流平速度减小,流平时间延长;密度减小,涂层初始表面粗糙度增大,初始流平速度增大,流平时间稍微缩短,对最终表面粗糙度影响不大;表面张力增大,涂层流平速度增大,流平时间缩短,对涂层最终表面粗糙度影响很小。     

环管反应器内传热过程的数值模拟

为了对环管反应器内传热规律进行研究,在Euler-Euler双流体动量传递模型和环管反应器聚合传质模型的基础上,考虑了环管反应器内传热过程,建立了环管反应器传热数学模型,对工业烯烃聚合环管反应器内流动、传热和传质及聚合反应过程进行了研究。反应器内浆液温度的模拟值与工业现场值吻合,说明所建立的环管反应器传热数学模型是有效的。模拟结果表明,环管反应器温度与物料浓度存在不均匀分布。在上升段,温度分布呈中心对称,在弯管段不再呈中心对称,下降段的温度因弯管段的不均匀分布而不再呈中心对称分布;随着浆液入口速度或入口固体颗粒相体积分数的增加,环管反应器上升直管段,弯管段以及下降直管段温度降低;管壁冷却水温度不同,对环管反应器内冷却能力也不同,在反应器内相同的释放热量情况下,冷却水温度越低,对反应器内物料的冷却能力就越强。     

液滴降落过程表面曳力及其形状改变规律

在单颗粒液滴-气流体系中,采用计算流体力学方法对速度发展段的输运现象进行数值模拟。研究液滴在气流中逆流运动的形态变化规律与局部传递特征。获得在30相似文献   

应用计算流体力学对筛板上液相三维流场的模拟

在充分考虑了气、液相体积分率及气液两相间相互作用力的影响下,建立了直径1.213m大型精馏塔板上液相流场的三维数学模型.运用有限体积法及计算流体力学软件star-CD 在SGI公司Origin 200 Server工作站上进行了求解,计算结果与Solari和Bell的实验数据对比表明,两者能够很好地吻合.     

空化射流流场数值模拟的研究进展

空化射流因具有高效能、无污染等优点而被广泛应用,但是由于其流场结构和水动力学性能过于复杂,使得对其的应用受到限制,为进一步认识和研究空化射流流场特性,对空化射流数值模拟过程中的空化模型、数值计算方法和流场特性影响因素的研究进行了综合论述.阐述了数值模型中不同的空化模型、湍流模型和多相流模型各自的特点、适用条件及存在的问题;对比分析了拉格朗日和欧拉数值计算方法在空化射流模拟中的应用,以及空化射流自身特点对计算方法的要求;对空化射流流场特性的影响因素研究情况进行了综合概述,使复杂的空化射流流场结构有更加清晰的表现,为以后的研究与应用提供了依据.通过以上论述,对目前空化射流数值模拟研究进展中存在的问题进行了分析,并根据所提出的问题,对以后的研究方向提出展望,有助于以后在空化射流流场的数值模拟研究中取得进展.     

三维液氮空化的大涡模拟和机理

以三维扭曲翼型（Twist-11N）为研究对象,基于大涡（LES）湍流模型开展了三维液氮空化的数值模拟。通过压力波动曲线得到了液氮空化的空泡脱落周期,观察周期内空泡脱落的过程,与常温空化的数值模拟结果对比,得出了低温空化具有脱落更彻底、过程更复杂的特性。从压力分布和气相云图观察到了三维模拟特有的尾部回射流和侧面射流,分析了三维空化不同于二维的独特性。从涡旋角度分析了空泡脱落与流场的关系,认为空化的发生首先导致了流场的不稳定和涡旋的产生,而涡旋的发展造成了流场边界层分离和空泡的脱落。     

多物理场耦合模拟微波蒸馏反应器：升温和沸腾过程

使用COMSOL Multiphysics软件建立了耦合电磁场、流体流动、传热以及物质传输的多物理场模型用于模拟蒸馏型反应器的微波能量利用过程,探究了蒸馏反应器中水负载在微波能辐射作用下从升温至沸腾过程,阐明了在升温阶段,样品温度呈上下层分布,上层温度较高,最大温差达20 K,自然对流的产生改善了温度分布的不均匀性;在沸腾阶段,由于下层温度较低,沸腾现象有延迟,气泡的产生消除了部分过热,其中表面蒸发量更大,最大时约为内部蒸发量的3倍,与此同时湍流现象明显改善了温度均匀性。探究了馈入功率对全沸腾状态的影响,揭示了全沸腾状态的最终温度取决于馈入功率和蒸发损耗功率的相对大小。研究结果可为微波辅助分离、反应等化工过程及装备设计提供理论基础与借鉴。     

剪切流场中聚乙烯结晶过程的建模与模拟

基于Eder模型推导了剪切流场中球晶、串晶形态演化的数学模型,将第一法向应力差作为串晶成核的驱动,并引入两相悬浮模型描述体系,认为其由无定形相和半结晶相组成,分别用FENE-P模型和刚性哑铃模型描述。基于上述数学模型,分别构造了捕捉球晶、串晶生长的Monte Carlo法与体系控制方程求解的有限差分法,成功模拟了二维剪切流场中聚乙烯的结晶过程,给出了球晶、串晶的形态演化,分析了剪切时间、剪切速率对串晶成核密度、结晶速率、流体黏度等的影响。数值结果表明:所构造的Monte Carlo法合理有效,不仅成功捕捉了晶体的生长与碰撞,而且较为准确地预测了结晶速率。此外,提高剪切时间或剪切速率,将增加串晶成核密度、提高结晶速率、使流体黏度突增的时间点提前。     

乙醇水溶液单液滴碰撞热壁面的动态演化特性

乙醇添加剂能显著改变去离子水基液滴碰壁动态特性。本文设计并搭建了液滴碰壁动态演化及传热研究实验台,并就溶液表面张力、液滴韦伯数（We）、壁面温度等对液滴碰壁的特性影响进行了实验研究。结果表明乙醇添加剂能够有效增强液滴润湿特性,促进液滴的雾化和破碎现象,同时抑制液滴反弹能力。并且这一能力随着乙醇溶液浓度的增大而增强。润湿特性随着液滴We的增大呈现出先增强后发生反弹现象的趋势,乙醇添加剂能够有效地抑制这种反弹趋势,并使混合液滴继续发生铺展现象。壁面温度125℃时,当We由15增大到33时,水基液由铺展阶段过渡到反弹阶段,而添加乙醇使得液滴继续铺展,没有发生反弹现象。乙醇添加剂能够明显地提高液滴由铺展到反弹的临界转变温度（T_CHF）,扩大液滴核态沸腾对应的温度区域,延迟液滴进入过渡沸腾阶段。     

Simulation of a flexible polymer tethered to a flat adsorbing surface

A lattice self‐avoiding polymer chain with one end attached to an adsorbing flat surface is simulated using Monte Carlo method. The chain model has z = 26 bond vectors with bond length being 1, , and on the simple cubic lattice. The dependence of the number of surface contacts M on temperature T in the unit E/k_B with E the interacting energy and k_B the Boltzmann constant and chain length N is investigated by a finite‐size scaling law M = N^?(a₀ + a₁(T ? T_c)N^1/δ + O((T ? T_c)²N^2/δ)) near the critical adsorption point T_c. It was estimated that T_c = 1.625 and the exponents ? = 0.52 and δ = 1.63. It was observed that both mean square end‐to‐end distance 〈R²〉 and mean square radius of gyration 〈R〉 reach minimum at T_c. And we discover that the asphericity parameter 〈A〉 is independent of chain length at T_c. A simple relationship is discovered between T_c and bond vector number n_b for lattice chain models, and which can be extended to nonlattice chain models by introducing an attraction range fraction f. © 2011 Wiley Periodicals, Inc. J Appl Polym Sci, 2012     

镀层表面形貌的分形维数定量表征

为了定量表征镀层表面的形貌特征,应用当代非线性科学新理论--分形几何学方法,研究了几种镀层的表面形貌,用表面分形维数定量表征了其表面形貌特征.结果表明,用像素点覆盖法计算的表面分形维数介于1～2之间,覆盖法计算的则介于2～3之间,后者较接近表面形貌的真实分形维数;两者计算的相关系教都大于0.99,说明镀层具有分形结构.该方法可为进一步研究镀层表面形貌及优化电镀工艺参数提供一种新的定量依据.     

电沉积铜-钨复合镀层的表面形貌和性能研究

用电沉积法在纯铜触头表面制备了铜-钨复合镀层.对复合镀层的表面形貌和主要使用性能进行了研究,结果表明:镀层表面组织均匀致密,具有良好的结合强度和适宜的硬度,相对于纯铜镀层而言,复合镀层有较好的抗氧化性能和耐电化学腐蚀性能.在电压12 V,电流分别为10、15、20和25 A,接触1×104次条件下,复合镀层的接触电阻在10～40 mΩ之间波动,可满足一些低压电器的使用要求.用SEM对不同电流下经1×104次电弧侵蚀后的复合镀层进行观测,发现其表面有明显的凹坑,孔洞等形貌特征.     

立式分离器两相流场数值模拟

针对海上平台的发展趋势,所开采出的为油气混合液需要分离处理。因海上平台自身的特点,提出了海上平台主要以立式分离器为主来进行气液分离。而立式分离器其本身的分离效能对海上平台的应用至关重要。因此采用CFD模型(计算流体力学)方法对油气两相分离过程中的两相流场进行了数值模拟分析,模拟结果表明,所采用的数学模型和数学模拟计算方法正确。通过分析,可以预测并反映混合液变量中,流体的不同速度,粘度对气液两相分离的分离效能产生的规律及影响,并更加系统深入地探讨了立式分离器内气液两相的流动及特,从而预测了提高立式分离器气液分离的分离效能的影响因素,数值模拟计算结果可为海上平台的气液分离提供一定的理论指导。     

含固体颗粒嵌段共聚高分子熔体微相结构的Monte Carlo模拟

采用改进的键长涨落空穴扩散算法,在立方格子上对含固体颗粒的两嵌段共聚高分子熔体的微相结构进行了Monte Carlo(MC)模拟. 重点考察了固体颗粒的大小、固体颗粒与嵌段共聚高分子的选择性作用、共聚高分子链的组成fA等因素对熔体微相结构的影响. 模拟结果表明,固体颗粒与高分子链节有选择性吸附作用时不利于形成层状相,而倾向于形成柱状或网络状结构;适当大小的惰性固体颗粒(与高分子链嵌段的长度相当)有利于系统形成层状相结构;无论系统是否含有固体颗粒,嵌段共聚高分子的对称程度增加都有利于形成层状结构.     

冻结液滴融化过程中的表面及界面演化特性分析

液滴在血浆储存、航空航天等技术领域广泛存在,而其机理研究主要集中在冻结阶段,对融化阶段的研究则相对较少。故此,本文通过液滴可视化实验,发现并归纳了冻结液滴在不同材料表面、不同基底温度下融化过程的动态表面及界面演化模式,总结了液滴表面扩散系数、高度系数、相界面偏离度等形态演化参数与相变时间之间的变化规律并对其展开分析。结果表明：冻结液滴存在3种不同的表界面演化模式;在熔融中后阶段,金属材料（纯铝板、镀锌板）表面冻结液滴的冰相区以颗粒群状分布态融化,冰晶结合度低,而高分子聚合物材料[有机玻璃（PMMA）及聚氯乙烯（PVC）试板]表面冻结液滴的冰相区呈块状分布态融化,冰晶结合度高;金属类材料表面冻结液滴的相变速率高于聚合物类材料表面冻结液滴的相变速率,金属表面相变时间在100s以内,而聚合物表面冻结液滴的相变时间在300s以内;金属表面最大扩散系数分布区间为0.950~1.021,聚合物表面最大扩散系数分布区间为1.000~1.076,温度高,则各类材料表面液滴的微观前驱膜移动受阻,液滴的表面润湿过程受阻;金属表面冻结液滴的高度系数及冰相高度变化率受冰相区变化影响,聚合物表面则主要受温度影响;温度升高会使热量传递过程不稳定,加剧聚合物表面冻结液滴偏离度位移的波动性。