紫外光诱导纳米颗粒胶体微射流碰撞特性（英文）

采用流体力学模拟方法,建立了垂直非淹没射流的计算流体动力学模型,研究了在紫外光诱导纳米颗粒胶体射流中用直径D为500μm的微孔光-液耦合喷嘴进行抛光加工的冲击动力学,分析了非淹没射流条件下光-液耦合喷嘴内、外的流场分布情况及其对工件表面的喷射冲击特征,对紫外光诱导纳米颗粒胶体射流冲击动力学过程进行了理论描述。计算结果表明,在1MPa入射压力时,微孔光-液耦合喷嘴口TiO2胶体的喷射速度约为30m/s,其集束匀速喷射距离约为5mm。在此喷射距离时进行垂直喷射,在胶束与工件表面的冲击射流作用区域,其射流静压最大值分布在射流冲击作用中心,但射流动压及射流合成速度在此区域的截面分布呈"W"形状,射流动压及速度最大值出现在胶体射流束的外环直径约2mm处。     

紫外-可见光光束在TiO_2纳米颗粒胶体中的传输（英文）

紫外光诱导纳米颗粒胶体射流加工技术利用紫外光场对入射纳米颗粒的催化作用实现对工件表面材料的高效去除。为掌握紫外光诱导纳米颗粒胶体射流加工过程中紫外光束在纳米二氧化钛胶体中的传输特性,基于纳米二氧化钛胶体对紫外-可见光的吸收及散射理论,通过系列实验得到紫外-可见光束在不同浓度、吸收层厚度的二氧化钛纳米颗粒胶体中的传输特性及衰减关系。结果表明,为保证足够强度的紫外光能通过纳米二氧化钛胶体照射在工件表面,胶体浓度宜控制在500mol/m3以下,光-液耦合区胶体吸收层的厚度不宜超过20mm。     

紫外-可见光光束在TiO2纳米颗粒胶体中的传输

紫外光诱导纳米颗粒胶体射流加工技术利用紫外光场对入射纳米颗粒的催化作用实现对工件表面材料的高效去除。为掌握紫外光诱导纳米颗粒胶体射流加工过程中紫外光束在纳米二氧化钛胶体中的传输特性,基于纳米二氧化钛胶体对紫外-可见光的吸收及散射理论,通过系列实验得到紫外-可见光束在不同浓度、吸收层厚度的二氧化钛纳米颗粒胶体中的传输特性及衰减关系。结果表明,为保证足够强度的紫外光能通过纳米二氧化钛胶体照射在工件表面,胶体浓度宜控制在500 mol/m3以下,光-液耦合区胶体吸收层的厚度不宜超过20 mm。     

基于CFD的射流抛光喷射距离的分析和优化

分析了喷射距离对射流抛光效果的影响,基于计算流体动力学进行了喷射距离的分析和优化.通过构建射流抛光不同喷射距离的物理模型,采用能更好地处理流线弯曲程度较大的流动的RNG k-ε紊流模型应用于射流抛光的数学建模,使用SIMPLEC算法对射流模型进行数值计算,得到了不同模型的射流抛光冲击射流流场及工件壁面上的冲击压力、紊动强度、壁流速度分布.根据射流抛光对冲击射流特性的要求,比较和分析不同喷距模型的数值仿真结果,结果显示,射流抛光最优化喷距范围为喷嘴口径的10倍至12倍之间.     

射流抛光中的流场特性研究

为了给出射流抛光系统的优化设计参数,从理论上分析了冲击射流流场的结构特点,建立了工件壁面上的速度、压强与冲击角度、射流出口速度以及冲击距离的数学关系。就不同参数对射流流场分布的影响进行了定量计算,结果表明,工件壁面上的压强和速度与出口压强和速度成线性正比关系。当冲击距离大于9.6d(d为射流喷口的直径)时,工件壁面压强和速度随冲击距离的增大而减小,冲击距离增加到15d时,壁面压强最大值减小到0.54p0(p0为射流出口处的压强)。工件壁面压强和速度随冲击角度的减小而减小,当入射角为90°、60°和45°时,分别得到壁面压强最大值ps=0.95 p0,0.74p0,0.475p0,上游速度最大值um02=0.96u0,0.8u0,0.67u0(u0为射流出口处的速度)。     

基于CFD的射流抛光喷射距离的分析和优化

分析了喷射距离对射流抛光效果的影响,基于计算流体动力学进行了喷射距离的分析和优化.通过构建射流抛光不同喷射距离的物理模型,采用能更好地处理流线弯曲程度较大的流动的RNG k-ε紊流模型应用于射流抛光的数学建模,使用SIMPLEC算法对射流模型进行数值计算,得到了不同模型的射流抛光冲击射流流场及工件壁面上的冲击压力、紊动强度、壁流速度分布.根据射流抛光对冲击射流特性的要求,比较和分析不同喷距模型的数值仿真结果,结果显示,射流抛光最优化喷距范围为喷嘴口径的10倍至12倍之间.     

柱状微结构射流强化换热性能研究

对电子芯片射流冲击强化沸腾换热进行了实验研究。通过干腐蚀技术在硅片表面加工出交错排列30μm×60μm,50μm×60μm,50μm×120μm,30μm×120μm(宽×高)的柱状微结构,硅片尺寸为10 mm×10 mm×0.5mm。实验工质为FC-72,喷射速度V_j分别为0.5,1和1.5 m·s~(-1),喷嘴数目分别为1,4和9,对应的喷嘴直径分别为3,1.5和1 mm,喷嘴出口到芯片表面的距离分别为3,6和9 mm。实验表明,交错排列柱状微结构的换热效果要好于光滑芯片,临界热流密度(CHF)随着喷射速度的增加而增加。在核态沸腾区的整个喷射速度区间内,S-PF30-120的传热系数和CHF都是最高的。同时,对不同的换热方式进行了比较,包括池沸腾,流动沸腾,射流冲击和流动-喷射复合式沸腾换热。     

两种喷嘴喷射性能的试验研究

为比较自激振荡脉冲喷嘴和连续射流喷嘴的喷射性能,利用自行搭建的喷嘴性能测试装置对两种喷嘴的喷射性能进行了试验研究,实测了不同压力下两种喷嘴的时均喷液量,分析了不同口径的连续射流喷嘴和自激脉冲喷嘴的喷射特性,主要探讨了连续射流喷嘴、自激喷头下喷嘴直径对喷嘴喷液性能的影响,并进行了两种射流打击油泥样本的对比试验．试验结果表明,时均喷液特性相似的连续射流和脉冲射流在冲击油泥样本时,相同时间下脉冲射流的冲击破坏范围要大于连续射流,根据试验中油泥的屈服破坏过程,确定了射流有效打击力的临界值,建立射流清洗油泥时有效射程的经验估算式．     

超声速气流中液体横向射流的非定常特性与振荡边界模型

针对液体圆柱射流垂直喷入超声速横向气流中的非定常分布特性开展实验研究, 并建立穿透深度方向上的射流振荡分布模型. 利用脉冲激光背景成像方法“冻结”拍摄马赫2.1(Ma=2.1)气流中煤油射流/喷雾瞬态图像, 结合最大类间方差法(Otsu)和Canny算法提取瞬态图像特征, 基于统计方法并引入间歇因子(γ)定量描述射流振荡分布特性; 通过研究多参数协同作用下的射流振荡分布规律, 提出振荡分布数学模型, 研究的参数变量包括超声速来流总压(642-1010 kPa)、 液体喷注压降(0.36-4.61 MPa)、液体喷嘴流道直径 (0.48 mm/1.0 mm/1.25 mm/1.52 mm)、距离喷嘴的流向距离(10-125 mm)以及液气动量通量比(0.11-7.49). 研究中利用射流振荡分布模型成功预测出水射流在Ma=2.1气流中的的振荡分布, 预测分布与实验结果符合良好.     

射流抛光多相紊流流场的数值模拟

 理论分析了射流抛光的紊动冲击射流特点,构建了射流抛光的垂直冲击射流模型和斜冲击射流模型。根据射流抛光冲击射流的特点,比较各种流体模型后,采用RNG k-e 模型应用于射流抛光模型的计算。利用计算流体力学理论的二阶迎风格式对抛光模型方程离散,用SIMPLEC数值计算方法对射流抛光过程的紊动冲击射流和离散相磨粒分布进行数值模拟,得到了射流抛光过程的连续流场和离散相磨粒与水溶液的耦合流场,同时计算出了抛光液射流在工件壁面上的压力、速度、紊动强度、剪切力分布和磨粒体积质量分布,分析了垂直射流抛光模型和斜冲击射流抛光模型紊流流场的特点。     

薄膜自激拍打射流的流动特性实验

在射流喷嘴出口处安装一端固定的柔性薄膜,在流速足够大时,射流和柔性膜相互诱导产生自激拍打作用,针对这一现象,提出了一种新型的自激拍打射流混合技术。在直径D=40 mm的渐缩喷嘴上固定长度L=(0.5～2)D和厚度δ=50μm的氟化乙烯丙烯共聚物(fluorinated ethylene propylene, FEP)薄膜,使用压差计测量了光滑渐缩喷嘴以及薄膜拍打运动所引起的压力损失。通过激光片光源和高速相机进行薄膜运动状态的显示和拍打幅度的测定,探究了拍打幅度受薄膜长度和Re的影响及其变化规律,利用测得的拍打幅度(A)和频率(f)作为Strouhal数(St=fA/U_o,U_o是射流的出口速度)的特征尺寸进行研究。在Re=3×10⁴的条件下,使用热线风速仪测量了在不同薄膜长度下拍打射流轴向速度沿中心线的分布,并对湍流度、概率密度函数等特征进行分析。此外,经过数字迭代滤波后获得射流沿中心线的积分尺度、 Taylor尺度和Kolmogorov尺度等统计量。实验结果显示,拍打射流的湍流度高于自由射流,意味着前者对周围流体具有更强...     

Enhancement of thin air jets produced by ring-shaped dielectric barrier discharges using an auxiliary electrode

A ring-shaped dielectric barrier discharge (DBD) was explored as a small form factor ionic wind device. Using a concentric ring electrode geometry, the DBD produced a converging ionic wind that leads to a vertical flow away from the DBD electrodes. The vertical flow was channeled through an outlet nozzle to produce a thin air jet, and a grounded auxiliary electrode was placed at the nozzle to enhance the exit velocity. The inner diameter of the ring-shaped DBD electrode and the auxiliary electrode ranged 3.18–9.54 mm and 1.0–4.0 mm, respectively. Results showed that the auxiliary electrode generated an ionic wind velocity up to 3.7 m/s and increased the conversion efficiency from discharge to flow power by a factor of 30 by strengthening the electric field where the ions are accelerated.     

Structuring of micro line conductor using electro-hydrodynamic printing of a silver nanoparticle suspension

The generation of a fine pattern of metallic materials from suspensions is gaining significant interest because it is the key in the fabrications of displays and printed circuit boards. In our experiments, a silver nanoparticle suspension was first deposited onto a Kapton® polyimide film by using an electro-hydrodynamic printing system, including a guide ring and pin (nozzle)-to-pin (ground) electrodes. Then after thermal curing of the particles deposited, a conductor line as fine as 32 μm in width and 0.3 μm in thickness was obtained onto the film. The resistivity of the line was about 13 μΩ?cm. The pin type ground electrode was helpful in the deposit of the silver nanoparticle suspension along a specific direction. The guide ring repressed the chaotic motion of the jet and prevented the jet from digressing from the centerline. With the electro-hydrodynamic printing method, a nozzle (inner diameter: 140 μm, outer diameter: 320 μm) much larger than an ink jet nozzle could be used.     

微型超高压宝石喷嘴内部的空化与磨损

宝石喷嘴是影响超高压水射流切割系统工作效率的重要部件,而宝石内部的空化直接影响射流的形成,也是宝石磨损的重要原因之一。对400 MPa压力范围内宝石孔内部的空化两相流进行了数值模拟,阐述了射流在宝石内的形成过程,分析了长径比、压力和入口形状对宝石内空化的影响,并在相应压力下对宝石喷嘴的磨损进行了实验研究。结果表明:宝石内部的空化发展程度随着长径比的增大而减弱;在一定的长径比范围内,空化可以发展到喷嘴出口,并最终使射流的初始直径小于喷嘴直径,且在此条件下当压力升高时,射流的初始直径增大;良好的入口形线可以降低空化的发展程度;宝石入口的磨损较出口更显著,空蚀和高压水的冲蚀造成了宝石孔边缘形状的破坏,这种破坏随着压力的升高而加剧,选择合适的长径比是减少冲蚀磨损的有效途径。     

不同喷嘴组合超高压射流破岩钻进特性分析

本文对不同喷嘴组合方式时超高压射流井底流场特性进行数值模拟.根据得出的井底流场的速度矢量图和井底压力分布图,分析超高压钻头喷嘴组合形式对流场结构及钻进效果的影响.结果表明,三个垂直的边喷嘴组合破岩效率较高,但清洗井底效果不佳,冲蚀井壁严重;中心加-个喷嘴可解决清洗井底及冲蚀井壁的问题,但要求高压流体排量增加;两个垂直边喷嘴与-个中心倾斜喷嘴的组合及-个垂直边喷嘴和-个中心倾斜喷嘴的组合流场结构对钻进较为有利.     

Ignition of hexane-air mixtures by highly under-expanded hot jets

We report an experimental study of ignition of flammable mixtures by highly unexpanded, supersonic hot jets. The high-pressure, hot-gas reservoir supplying the jet is created by impacting a projectile on a plunger to rapidly compress and ignite a rich n-hexane/air mixture, resulting in a peak reservoir pressure of more than 20 MPa. A locking mechanism was used to prevent the plunger from rebounding and the jet was created by rupturing a diaphragm covering a nozzle with an exit diameter between 0.25 and 1 mm. The jet development and ignition processes in the main chamber filled with hexane-air mixture were visualized using high-speed schlieren and OH* chemiluminescence imaging. The ignition threshold was determined as a function of composition in the jet and main chamber, the nozzle diameter, and the initial pressure in the main chamber. Unlike the case of subsonic jets in which ignition occurs at the shear layer near the nozzle exit, ignition of combustion in the main chamber was found to take place downstream of the Mach disk terminating the supersonic expansion and within the turbulent mixing region created by the startup of the supersonic jet. The results are interpreted using a constant-pressure, well-stirred reactor model simulating the mixing between the hot jet and cold ambient gas. The critical conditions for ignition are determined by the competition between energy release due to chemical reactions initiated by the hot jet gas and cooling due to mixing with the cold chamber atmosphere. The critical value (maximum for which ignition occurs) of the mixing rate was computed using a detailed chemical reaction model and found to be a useful qualitative guide to our observations.     

Flow visualization and scanning PIV measurement of three-dimensional structure in near field of strongly buoyant jet

Abstract  

The near-field structure of strongly buoyant jet issuing from a square nozzle at low Froude and Reynolds numbers is studied by using LIF flow visualization and time-resolved scanning PIV. These experimental techniques allow the visualization of unsteady three-dimensional flow phenomenon occurring in the near-field of strongly buoyant jet. It is found that the buoyant jet is unstable to the positive buoyancy forces, which promote the inflow motion near the nozzle exit. The surrounding low temperature fluid moves into the nozzle inside along the nozzle corner and mixes with the high temperature fluid deep into the nozzle. Then, the flow pattern inside the nozzle becomes highly complex to promote the laminar to turbulent transition of the jet. The statistical flow characteristics of the strongly buoyant jet are evaluated from the scanning PIV measurement, and the result indicates the presence of axisymmetric distributions of mean flow and velocity fluctuations in the circle of diameter equal to the square side of the nozzle.