三相接触线形状对复杂流变流体动态湿润特性的影响

本文采用液滴铺展法和Wilhelmy吊片法开展了不同浓度的PEG400+SiO_2纳米颗粒的非牛顿流体在盖玻片上动态湿润特性的研究,这类纳米流体流变性复杂,随着剪切速率的增大,其黏度从弱剪切稀化到强剪切增稠再到强剪切稀化的特征。本文通过对比两种实验方法获得的θ_D-U实验数据,发现三相接触线形状对此类复杂流变流体的θ_D-U呈现一定影响。通过分析其流变性和动态湿润特性的变化规律,从理论上分析了三相接触线形状影响复杂流体动态湿润的原因,并从微观上分析了角区控制动态湿润过程的关键。     

聚乙二醇的纳米二氧化硅分散系动态湿润特性

流体动态湿润在工业生产和高新技术的开发中有广泛应用,非牛顿流体动态湿润研究正处于起步阶段,并有着相对于牛顿流体更为实际的应用前景和价值。本文研究了一类具有复杂流变性的聚乙二醇的二氧化硅纳米颗粒分散体系的动态湿润特性。通过液滴铺展法得到了液滴半径随铺展时间的变化关系,以及动态接触角随接触线移动速度的变化关系的实验数据。实验结果表明,该类流体在云母表面上完全铺展,R～t关系符合Tanner定律,结合Starov的理论,分析R～t数据认为该类流体的中剪切速率阶段,即包含剪切增稠段的流变性对动态湿润有重要的影响。现有的动态接触角理论没有针对该类复杂流变流体的专用模型,研究发现分子运动理论模型不考虑黏性耗散,不仅适用于牛顿流体,对本文的θ_D～U数据同样能很好地描述,拟合参数符合物理意义。     

硅油和丙三醇水溶液动态湿润特性实验研究

本文应用Wilhelmy吊片法,进行了牛顿流体(硅油、丙三醇水合溶液)的动态湿润实验。测量了流体的黏度、表面张力和动态湿润过程中动态接触角随接触线移动速度的变化关系,获得了一批高精度的实验数据。根据三类常用理论模型对实验数据进行了拟合,分析了接触线局部区域微观物理机制对动态湿润持性的影响,本文还研究了流体黏度、表面张力和浸润固体的表面能等宏观物理参数对动态湿润的影响,探讨了影响牛顿流体动态湿润过程的关键因素。     

吊片法动态湿润实验系统

流体动态湿润是非常普遍的自然现象并在各工程领域有重要应用.湿润动力学研究仍面临诸多困难和挑战:该领域的核心问题,即接触线的真实移动机制目前仍未被很好地解决;已有实验结果以牛顿流体为主,对于更常见、更复杂的非牛顿流体的研究近几年刚刚开始,研究成果非常有限.高精度实验测量是湿润动力学研究的基础.本文组建了一套基于Wilhelmy吊片法的动态湿润实验系统,以动态接触角与接触线移动速度测量为核心,兼备流体表面张力和流变性等动态湿润重要影响因素的测量功能,辅以样品密封配置、超声波清洗和精密控温等装置.通过对实际测量校验,证明了系统的可靠性和高精度.     

基于格子Boltzmann方法的幂律流体二维顶盖驱动流转捩研究

研究非牛顿流体转捩问题,可为调控非牛顿流体动力特性提供理论基础.相对于牛顿流体转捩问题,非牛顿流体转捩研究较少,缺乏转捩雷诺数精细预报方法.论文以格子Boltzmann方法为核心求解器,以典型非牛顿流体幂律模型为例,开展了幂律流体二维顶盖驱动流转捩模拟,给出剪切变稀和剪切增稠流体的第一转捩雷诺数,并分析了转捩雷诺数附近流场时频域特性及模态分布.结果表明,剪切变稀流体和剪切增稠流体的第一转捩雷诺数与牛顿流体差异显著,且在转捩临界雷诺数附近监控点处速度分量均呈现周期性变化趋势.通过对流场速度和涡量的本征正交分解发现,不同类型的流体在转捩临界雷诺数附近,前两阶模态均为流场的主模态,能量占比超过95%,且同类型流体不同雷诺数的主模态间具有相似的结构.     

微扩张管道内幂律流体非定常电渗流动

研究了电渗驱动下幂律流体在有限长微扩张管道内非稳态流动特性.基于Ostwald-de Wael幂律模型,采用高精度紧致差分离散二维Poisson-Nernst-Planck方程及修正的Cauchy动量方程,数值模拟了初始及稳态时刻微扩张管道内幂律流体电渗流流场分布情况,研究了管道截面改变对幂律流体无量纲剪切应变率及无量纲表观黏度的影响,以及无量纲表观黏度对拟塑性流体与胀流型流体流速分布的影响.数值模拟结果显示,当扩张角和无量纲电动宽度一定时,电场驱动下的幂律流体在近壁区域速度响应都很快;初始时刻,近壁处表观黏度的变化受到剪切应变率变化的影响,从而影响了三种幂律流体速度峰值的分布,出现拟塑性流体流速在扩张段上游及扩张段近壁处速度峰值均为幂律流体中最大、而在扩张段下游三种幂律流体速度峰值相近的现象;稳态时刻,幂律流体速度剖面呈现塞型分布,且满足连续性条件下,幂律流体流速随扩张管半径增大而减小,牛顿流体流动规律与宏观尺度下流动规律相同;初始时刻,在相同电动宽度、不同壁面电势作用下,幂律流体在扩张管近壁处剪切应变率分布的差异导致表观黏度分布的差异,并最终导致拟塑性流体与胀流型流体流速分布的差异.     

基于旋转场曲率的二维剪切梁单元建模

对二维剪切梁单元进行研究,利用平面旋转场理论推导了精确曲率模型.采用几何精确梁理论构建了剪切梁单元弹性力矩阵.通过绝对节点坐标方法建立了系统的非线性动力学方程,提出基于旋转场曲率的二维剪切梁单元,并分别引入经典二维剪切梁单元和基于位移场曲率的二维剪切梁单元进行比较研究.首先,静力学分析证明了所提模型的正确性;其次,特征频率分析验证了模型可与理论解符合,收敛精度高,并且能准确地预测单元固有频率对应的振型;最后,在非线性动力学问题上,通过与ANSYS结果对比分析,证明了该模型可有效处理柔性大变形问题,并且与经典二维剪切梁单元相比具有缓解剪切闭锁的优势.因此,本文提出的基于旋转场曲率的二维剪切梁单元在处理几何非线性问题中具有较大的应用潜力.     

二维Arimoto熵直线型阈值分割法

Arimoto熵是一种广义熵形式.本文首先指出了已提出的二维Arimoto熵阈值分割法的表述错误,给出了正确的二维Arimoto熵阈值分割法;然后提出了二维Arimoto熵直线型阈值分割法,并给出了快速递推公式;对Arimoto熵公式中参量的选择进行了探讨,并基于标准图像进行了分割性能评估.大量分割实验表明,二维Arimoto熵直线型阈值法至少与二维Arimoto熵和二维Renyi熵直线型阈值法分割效果相当;在图像边缘和噪音信息丰富的情况下,二维Arimoto熵直线型阈值法的分割效果优于二维Arimoto熵和二维Renyi熵直线型阈值法,是一种有效的图像阈值方法.     

分形油藏非牛顿幂律流体低速非达西不稳定渗流的组合数学模型

结合分形理论与渗流理论,对分形油藏非牛顿幂律流体低速非达西不稳定渗流的试井分析问题的数学模型进行了推导.该分形油藏模型由内域为非牛顿幂律流体低速非达西渗流,外域为非牛顿幂律流体达西渗流的同心圆域组成.在考虑井筒储存、表皮效应影响下,建立了该油藏的不稳定渗流有效井径组合数学模型,在3种外边界条件下求出了两个区域内压力在Laplace空间的解析解,应用Stehfest数值反演方法求得井底的无因次压力,分析了井底压力动态特征和参数影响.非牛顿幂律流体的幂律指数、分形参数均对典型曲线产生较大的影响,呈现出与牛顿流体和均质油藏明显不同的特征.这对非均质油藏非牛顿流体的不稳定试井分析及研究其非线性渗流特征均十分重要.     

估算冲击加载下材料自由面微射喷射量的一个半经验解析公式

 从经典的定常射流理论出发,在本文提出的“等效金属罩质量”假设的基础上,提出了一个估算冲击载荷下楔形槽表面微物质喷射量的半经验解析公式,用本公式得到的结果,与实验结果和二维HELP编码的数值计算结果做了比较,三者的符合程度比较好。这初步说明,本文提出的计算公式有一定的适用性。     

4~20 K 温区固体界面导热填料接触热阻实验研究

超导量子干涉仪、 超导光子探测器等深空探测器需要液氦温区制冷技术提供极低温温度, 固体界面接触热阻的存在会增大耦合界面温度差, 进而增加制冷机系统冷损. 为定量探究4~20 K 深低温区固体接触热阻, 采用GM 作为冷源, 设计了一台可同时调节压力和低温温度的固体界面接触热阻测试实验台. 利用感压纸进行接触界面压力校核, 并对温度重复性进行验证. 实验测试了不同导热介质填充情况下, 温度和压力变化时固体接触热阻的变化规律. 基于最小二乘法对实验数据进行半经验公式拟合, 获得4 ~20 K 温区不同压力加载条件下的接触热阻的定量参考.     

分形复合油藏非牛顿幂律流体不稳定渗流的数学模型

对不稳定渗流的数学模型进行了推导并建立了分形复合油藏不稳定渗流模型.在无限大地层、有界定压、有界封闭三种外边界条件下分别求出了它们在Laplace空间的解析解.对于两区的特殊情况,分析了井底压力动态特征和参数影响,制作了典型曲线.非牛顿幂律流体的幂律指数,分形参数均对典型曲线产生较大的影响,呈现出与牛顿流体和均质油藏明显不同的特征.这对于非均质油藏非牛顿流体的不稳定试井分析和研究非线性渗流特征都是十分重要的.     

内窥式二维光纤扫描探头及其驱动方法

基于压电换能器技术设计了一种应用于光学相干层析成像的新型内窥式二维光纤扫描探头,即利用两片压电陶瓷片和一片薄导电基片驱动光纤探头.该探头利用光纤悬臂的共振特性,通过对压电陶瓷施加等于光纤共振频率的混频信号,能同时激发光纤悬臂两正交方向上的振动,可以实现光纤悬臂的二维扫描.建立了理论模型并进行了有限元仿真分析,最后搭建了实验系统,验证并获得了扫描图样.实验结果实现了光纤悬臂的二维扫描,扫描范围达到(500×500)μm,调节驱动信号振幅幅值可以调节扫描范围.实验结果与理论分析和仿真相吻合,验证了方案的可行性.     

二维剪切干涉波前的最小二乘法重建

提出了一种可以快捷地重建原始的二维波前的新算法。对于分别在相互垂直方向上横向切干涉获得的两个差分波前,用快速傅里叶变换首先计算出待测原始波前存x和y方向的估计分布,然后利用误差计算的最小二乘法进行二维拟合,可以恢复出待测波前的二维分布。提出的理论可以应用于剪切量大于1个采样间隔的二维波前重建问题,解决了已有的二维剪切干涉波前重建技术中要求剪切量等于采样间隔的限制。研究了剪切量和噪声对重建精度的影响．和其它算法进行了比较．给出了数值实验结果和分析讨沦。结果表明该算法速度快,对噪声有较强的抵抗力．有望在实际的剪切干涉测量中获得应用。     

剪切变稀液滴撞击不同浸润性壁面的数值模拟研究

基于有限元法,采用水平集方法捕捉相界面的移动,构建了液滴撞击固体壁面的数值模型.通过修正的幂律模型描述流体的非牛顿剪切变稀特性,探讨了剪切变稀特性对液滴撞击固体壁面后铺展行为的影响,分析了撞击不同浸润性壁面时剪切变稀特性对液滴撞击壁面行为的影响差异.研究结果表明:随着幂律指数m的减小,液滴撞击过程中的黏性耗散减小,液滴的形貌变化及无量纲参数变化更为显著.接触角为55°的情况下:当m降低至0.85时,液滴铺展过程中开始出现显著区别于牛顿流体液滴的振荡现象;当m降低至0.80时,液滴在回缩过程中会出现中心液膜断裂的情况.接触角为100°时,剪切变稀液滴均会出现振荡行为,振荡幅度随着m的减小而增大.接触角为160°时,牛顿流体液滴与剪切变稀液滴均会在回缩过程中弹起,但剪切变稀液滴的弹起速度更快.此外,基于数值计算结果,本文提出了接触角为55°情况下剪切变稀液滴撞击壁面后的最大无量纲铺展直径预测模型.     

锶热原子束二维准直的动力学过程的蒙特卡罗模拟及实验研究

在考虑随机因素的情况下, 应用蒙特卡罗方法在理论上详细研究了锶原子束二维激光准直的动力学过程. 综合考虑原子横向发散角、初始原子位置、纵向速度分布、同位素等因素, 获得了激光二维准直后的原子横向空间分布的模拟结果以及随准直光失谐、光功率等参量因素的变化. 通过与实验数据比较, 理论值和实验值很好相符, 显示蒙特卡罗方法可以精确地描述锶原子束二维准直的动力学过程. 为原子束激光二维准直的精确控制, 高精度原子钟系统的优化, 提供了一种理论分析方法. 关键词： 二维准直 蒙特卡罗方法 横向空间分布     

一次曝光法制备二维电调谐聚合物液晶光栅

采用四光束一次曝光法制备了二维电调谐聚合物分散液晶光栅,实验表明该方法制备的二维光栅具有非常好的电光特性,其衍射图样为空间点阵且衍射效率可以通过电场进行调节|偏光显微镜和原子力显微镜表明光栅中的液晶和聚合物在二维空间上呈周期性分布.同时利用二维衍射模型对二维光栅的电光特性进行了理论模拟,得到理论模拟的结果与实验结果相吻合.     

一次曝光法制备二维电调谐聚合物液晶光栅

采用四光束一次曝光法制备了二维电调谐聚合物分散液晶光栅,实验表明该方法制备的二维光栅具有非常好的电光特性,其衍射图样为空间点阵且衍射效率可以通过电场进行调节;偏光显微镜和原子力显微镜表明光栅中的液晶和聚合物在二维空间上呈周期性分布.同时利用二维衍射模型对二维光栅的电光特性进行了理论模拟,得到理论模拟的结果与实验结果相吻合.     

椭圆柱体在牛顿流体中运动的格子Boltzmann方法模拟

用格子Boltzmann方法建立了椭圆柱体的二维动力学模型，利用所建立的模型，数值模拟了 牛顿流体中不同形状的椭圆柱体在相同初始条件下的运动和同一椭圆柱体在不同初始条件下 的运动，并通过比较相同条件下圆柱体的运动，讨论了椭圆柱体二维运动的特征，得到了一 些有意义的结果. 关键词： 格子Boltzmann方法 椭圆柱体 牛顿流体     

液滴振荡模型及与数值模拟的对比

由于碰撞壁面后液滴内部流动的复杂性, 以及气-液-固三相间的相互作用, 对液滴碰撞壁面形态变化的数学理论研究有较大的难度, 因此所见者多为实验和数值模拟. 本文通过对液滴受力状态的分析, 得到了惯性力、黏性力和表面张力带经验系数的表达式, 并进一步建立了液滴碰撞壁面振荡模型, 得到了液滴铺展半径的振荡表达式, 以及表面张力、黏性系数等参数对液滴铺展的影响. 最后通过与液滴衰减振荡数值模拟结果的对比, 确定了液滴振荡模型中的修正系数, 验证了模型的可行性. 关键词： 液滴碰撞 振荡 铺展半径/高度 数值模拟