液滴在受热倾斜固体壁面上的“爬坡”特性

为研究液滴在倾斜固体壁面上的"爬坡"特性,基于润滑理论,建立了液滴的二维演化模型,模拟了壁温分布、壁面倾角和邦德数取不同值时液滴的"爬坡"特征。结果表明:随着壁面温度梯度增大,液滴运动状态由"下坡"变为"爬坡",且速率逐渐加快,液滴身后的薄液膜由"逆坡而上"变为"顺坡而下","爬坡"时刻先从无到有,后又从大到小,直至零;当温度梯度较小时,液滴左侧接触角迅速减小,而右侧接触角虽逐渐减小,但变化缓慢,而当温度梯度较大时,接触角变化规律与之相反;壁面倾角和邦德数的增大都将使液滴"爬坡"速率减慢,"单峰"结构的峰值降低,且原因类似,同时,还将使液滴覆盖范围的增速先减后增,但原因相反。     

射流液滴撞击壁面二次液滴的粒径特性研究

液滴碰撞是液滴动力学研究的基本内容。基于可视化图像技术对射流液滴连续撞击微小固体壁面后形成的二次破碎飞溅液滴的粒径特性进行了实验研究,在低压低射流量的基础上,阐明了射流液滴连续撞击固体壁面破碎飞溅的雾化过程,分析了不同位置和驱动压力对二次破碎飞溅液滴粒径分布特性的影响,结果表明：二次液滴粒径总体而言相对较小,几乎位于100μm以下,且峰值区域基本集中在30～40μm之间,具有较好撞击雾化效应。二次液滴粒径在空间分布上存在差异,并非完全对称于撞击中心分布,水平方向上距离撞击点越远,二次液滴粒径越小;垂直方向上高度越高,粒径越小。随着驱动压力的增大,频率分布峰值的二次液滴粒径变小,二次液滴粒径分布范围变大。     

壁面过冷度对液滴撞击动力学的影响

为深入探究液滴撞击过冷壁面的动态特性以及不同参数对液滴铺展过程的影响,针对液滴撞击硅片的动态铺展行为进行了可视化实验研究,通过改变撞击速度以及液滴尺寸获得了大范围韦伯数下液滴铺展特性随壁面过冷度变化的普遍规律。结果表明,壁面过冷条件下,在不同韦伯数区域,液滴最大铺展直径随壁面温度的升高呈现不同的变化趋势。在低韦伯数区域(We<190),由于液体黏性及表面张力降低,液滴最大铺展因子随着壁面过冷度的降低而增大;在高韦伯数区域(We>190),液滴最大铺展因子随着壁面过冷度的降低呈现先下降后上升的趋势,该非线性趋势是壁面温度上升导致最大无量纲指状长度的减量与最大内部铺展因子的增量相互竞争的结果;韦伯数为209时,壁面温度从-36.6℃上升至-27.6℃,导致最大铺展因子降低5.9%;较大的韦伯数是液滴四周形成指状形态的前提,较低的壁面温度会加剧液膜减速从而强化该形态;液滴达到最大铺展直径的时间随着壁面温度的上升略有增加,随着液滴尺寸的增加显著增加,但几乎不随撞击速度发生变化。研究结果揭示了壁面过冷度对液滴撞击动力学的显著影响,可为控制固-液接触面积的新策略提供理论依据。     

有限长度倾斜通道内火灾近上壁面区域温度特性

为了掌握有限长度矩形倾斜通道内发生火灾时,通道内近上壁面区域内的热烟气在自然对流作用下的运动特性,在搭建的倾斜矩形短通道火灾实验台上分别以甲醇、乙醇和丙醇作为燃料,在通道倾斜角度为0°、3°、6°和9°时进行了火灾实验,测量了通道内近上壁面区域的热烟气温度分布情况,确定了倾斜短通道内近上壁面区域无量纲温度随无量纲距离的变化规律,并在水平通道温度变化公式基础上,通过对实验结果拟合得到了通道上、下游温度衰减系数随倾角的变化公式。     

粗糙弯曲动脉壁面剪应力分布的摩擦学效应

文章以主动脉中复杂部位——弯曲血管作为分析对象,考虑人体心脏搏动作用和血管壁面与血液流动的相互影响,采用计算流体动力学技术,对因低密度脂蛋白等粒子沉积形成的粗糙斑块对血管中壁面剪应力分布的影响进行了研究,力图阐明特定条件下的血液流动的摩擦学效应。研究工作表明,弯曲血管中主动脉弓与降主动脉交界处内侧出现的粗糙斑块,其高度、间距以及分布情况的变化,对血管壁面剪应力的分布和数值都有很大的影响,粗糙斑块的存在及结构状态的变化造成的血管壁面剪应力的"振荡波动"影响和数值的突增,将对动脉血管病变的萌生和发展有很大影响,这一过程中表现出来的摩擦学效应应引起注意。     

壁面粗糙性对两相驱替的影响规律

油气田开发中,水驱法仍然是最主要的开发方式,粗糙通道的存在对于两相流动的影响不可忽略．为研究油水两相在粗糙通道内的流动情况,采用直接求解纳维-斯托克斯（Navier-Stokes,N-S）方程的方法模拟两相流体在单一粗糙喉道中的驱替过程,采用相场法实时追踪两相界面．通过建立简单规则的粗糙通道模型,研究相对粗糙高度、水平粗糙单元间隙比和黏度比等因素对两相驱替速度及两相界面长度的影响．建立光滑通道模型作为对照实验,研究壁面粗糙性的存在对两相驱替的总体影响．最后建立复杂粗糙通道模型验证简单模型所得规律的正确性．研究结果表明,壁面粗糙性的存在将会大大增加两相流动阻力,从而促进指进现象的产生,使得驱替效率下降．     

一种粗糙壁面爬行机器人的设计与实现

为实现针对粗糙壁面的低噪声爬行机器人,对生物足部特性探讨研究,分析了一种粗糙壁面爬行机器人的机械结构及其运动学原理,利用仿生四杆机构设计主体爬行机构,足尖采用锋利的爪钩结构,单足由多足趾组成,足趾为具备局部自由度的弹性结构,对粗糙墙壁面具有自适应性,设计完成粗糙壁面爬行机器人的样机,并深入分析足尖切入粗糙壁面角度对攀爬可靠性的影响.最终通过实验分析,验证了爪钩的足部结构设计、材料选择的合理性.     

水平板上固着碳纳米管燃油液滴的蒸发特性

以正十四烷（C14）为基液,表面活性剂溴化十六烷三甲基铵（CTAB）为助溶剂,采用两步法配制分别含有20、50 nm碳纳米管（CNT）的纳米燃油. 分析比较基液燃油与纳米燃油的黏度特性,采用接触角测量仪记录燃油液滴在加热平板上的蒸发变形,探究不同粒径及质量浓度的CNT对正十四烷燃油液滴蒸发特性的影响. 研究表明,纳米粒子的加入增加了基液的黏度,并且黏度随着纳米粒子质量浓度增大或粒径减小而增加. CNT纳米燃油液滴蒸发过程符合部分润湿状态下单组分液滴蒸发的一般规律. 在液滴蒸发定接触线阶段,纳米燃油导热系数增强,液滴从外界吸收的热量加快向液体内部传递,延滞了液滴边缘处（三相线处）液体分子的挥发. 纳米粒子在液滴边缘处沉积,阻滞了接触线向内收缩,增加了液滴在定接触线阶段蒸发的持续时间,纳米燃油在此阶段的蒸发速率比基液燃油低,且蒸发速率的差异随燃油中纳米粒子数量的增多而加大. 在定接触角与混合蒸发阶段,“自销钉”效应阻滞接触线收缩,液滴与底板的接触面积较大,液滴中纳米粒子质量浓度的增加使液滴吸收更多的热量,在后2个蒸发阶段,纳米燃油的蒸发速率明显加快,大于基液燃油的蒸发速率. 在整个蒸发过程中,纳米燃油的平均蒸发速率高于基液燃油.     

交流电场作用下附着在壁面上气泡的动力学研究

为了研究交流电场对附壁气泡动力学行为的影响,采用基于FLUENT 软件的VOF+LS+SPP方法对余弦交流电场作用下CCl4 液体中附着在水平板上的气泡的动力学行为特性进行了模拟研究。利用VOF+LS+SPP方法数值模拟了直流电场作用下附壁气泡的形变过程,并与文献中实验结果对比,验证了该方法适用于附壁气泡的动态特性研究;对比了直流电场和余弦交流电场作用下气泡的脱离时间,研究表明,直流电场作用下,电压需要接近40kV气泡才能脱离壁面;而在余弦交流电场作用下电压为20kV 时气泡就可脱离壁面;分析了在余弦交流电场作用下,不同角频率和电压对附壁气泡动态特性的影响规律,结果表明,电压一定时,气泡的脱离时间随着角频率ω的增大而减小,但当角频率ω超过最优角频率时,气泡的脱离时间将增大;当角频率保持不变时,电压越大,气泡脱离时间越短。     

Al2O3纳米流体液滴撞击壁面的动力学行为数值研究

针对纳米流体液滴撞击固体壁面的动力学行为,建立基于相场方法描述液滴动态过程的二维数值模型,引入Kistler动态接触角模型以模拟铺展过程中液滴动态接触角变化以及三相接触线的迁移. 通过模拟分析液滴铺展因子、无量纲高度的变化研究不同纳米颗粒体积分数、惯性力和液滴直径等因素对水基Al₂O₃纳米流体液滴撞击壁面的铺展回缩过程的影响机制. 结果表明：超过一定体积分数的纳米颗粒使流体表现出明显的剪切稀化特性,增加液滴的黏性耗散,抑制液滴的铺展回缩过程;液滴撞击速度的增加会增大其撞击壁面时最大铺展直径和达到稳定状态的耗时,直径的增加使液滴振荡周期加长;体积分数为4%的纳米颗粒可以抑制上述两者带来的影响,使液滴更快到达稳定状态.     

电场作用下液滴的动力学特征

基于漏电介质模型和润滑理论,建立了电场作用下两极板间液滴运动特征的理论模型,采用PDECOL数值模拟了不同底部电势下液滴的动力学特征及多种参数的影响,讨论了主要特征量的变化率。结果表明:线性底部电势的突出影响表现在促进液滴整体偏移现象上,具有减缓液滴铺展、抑制液膜破断的作用;非线性电势的影响体现在液滴自由界面呈波状形态,或液滴中心内陷,逐渐破裂为子液滴、并向两侧分离的特征,提高电毛细力数有助于分裂液滴、增大电极间距则可减缓液滴运动;交流电场作用下,液滴作周期性振荡运动、呈扁长外形,提高电压幅值加剧液滴破裂或重组特征。     

粗糙表面的发射率特性研究

介绍了一种基于粗糙表面的散射特性研究发射率的方法.利用基尔霍夫近似计算了粗糙表面的散射系数,并基于该系数讨论了发射率的变化规律.数值结果表明,随着入射角的增大,发射率逐渐增大,并在一定角度后趋近于1.这一规律将为提高辐射测温的测量精度提供极大的帮助.     

双气泡聚并的动力学规律研究及三维可视化模拟

对双气泡聚并过程的动力学规律进行了分析与研究,并对其进行了三雏可视化模拟.首先根据动力学规律建立了双气泡聚并的动态特征数值模型,并对该模型进行数值求解与分析.采用MATLAB进行了数值模拟,另用Level Set方法对两气泡聚并的演化过程进行了三维可视化模拟,均获得了满意的结果.     

湍流聚并室内细颗粒物聚并的数值研究

湍流聚并技术是脱除细颗粒的有效手段,本文采用数值模拟的方法研究了1种新型三维湍流聚并室内细颗粒物的湍流聚并特性,比较3种不同聚并室的团聚效果,得出第3种聚并室团聚效果最好.对第3种聚并室分析了细颗粒物的颗粒相体积分数、入口颗粒粒径以及流速对细颗粒湍流聚并效果的影响.结果表明:聚并效果随着体积分数的增大而提高;在入口颗粒体积分数为5×10~(-4)时,颗粒粒径越小,聚并效果越显著;随着流速的增大,聚并效果越显著.     

竖直壁面上的水膜流动

空气与湿表面液膜的热质交换过程普遍存在于空调设备或化工设备之中，对其交换机理的研究是提高设备热工性能的关键，本文通过建立竖直壁面液膜流动形状简化数学模型，较准确地反映了液膜流动和空气流动之间的相互作用关系。     

基于粗糙k-均值的分布式聚类算法

针对传统k-均值聚类算法中每个属性聚类作用相同而导致的聚类效果不佳,以及不适宜在传感器网络中使用等问题,在传感器网络中采用粗糙k-均值算法对数据进行分布式聚类,可减少网络负载和传感器节点能量的消耗.实验结果证明:该算法在聚类速度、聚类正确率、网络传输通信量等方面均优于传统k-均值算法.     

卵砾石床面的统计粗糙特性

针对代表粒径法难以准确量化床面总体粗糙特性的问题,引入统计学理论研究卵砾石床面的粗糙特性,采用不同粒径组成的天然卵砾石颗粒人工铺制了多种散叠型床面,基于床面激光扫描试验资料并结合他人试验成果,探讨床面粗糙统计参数随颗粒组成的变化关系,分析剖面轮廓及粗糙床面的高程变异特征。结果表明：床面高程频率分布呈负偏态,形态较正态分布陡峭,为峰度K_u>3的高狭峰;高程标准差σ_z随中值粒径d₅₀的增大而增大,偏度S_k随d₅₀的增大而减小;在d₅₀相同的情况下,人工铺制床面的σ_z和S_k值均小于清水冲刷粗化床面,而K_u值并无明显差异。剖面轮廓的1维结构函数满足变异函数球状模型,模型参数包括变程、块金值和基台值,变程随d₅₀和σ_z均呈先减小后增大的趋势变化,块金值、基台值随d₅₀和σ_z均呈单调递增变化,变化趋势可用2次多项式曲线拟合。床面2维结构函数的分布形态与抽样尺度h_x、h_y密切相关,h_x、h_y与d₅₀相当时,2维结构函数分布形态接近圆形,床面粗糙具有各向同性,与清水冲刷粗化床面的结构函数分布规律一致;随着h_x、h_y的增大,2维结构函数分布形态复杂性明显增加,不同象限的结构函数值差异较大,且不再具有清水冲刷粗化床面结构函数的分布规律,床面粗糙出现各向异性。     

基于改进粒子水平集法的近壁面液滴下落过程数值模拟

在推导无量纲气液两相界面迁移运动控制方程组的基础上,引入改进粒子水平集法成果捕捉高密度差及高粘性差的相界面迁移情况。改进算法通过判断待修正点、逃逸粒子及界面的相对位置来更新距离函数,避免虚拟粒子在非界面法线方向移动而引起的误差。对近壁面液滴下落过程进行了数值模拟结果显示：下落液滴在近壁面剪切流影响下发生摆动,随即产生尾迹涡,涡的强度及影响范围不断变化,而涡的中心区域较稳定。     

双液滴同时撞击液膜的动力学演变

为了考察液滴的撞击对液膜变形行为的影响规律,利用CLSVOF(coupled level set and volume of fluid)方法模拟双液滴同时撞击平面液膜后的流动过程,获得了不同水平间隔距离、不同撞击速度的两液滴撞击平面液膜后的演变过程特点,通过分析不同时刻压力场分布,探索了两液滴水平间隔距离、韦伯数和撞击速度对双液滴同时撞击液膜后流动过程、形态及对水花高度和中心射流高度的影响。结果表明,碰撞速度较大时的中心液膜射流高度大于碰撞速度较小时的;We数较大时中心射流顶端将产生二次液滴;液滴间距对撞击后初始时(3 ms之前)撞击点两侧的开始水花高度没有明显影响。