基于小型电磁动力驱动器的微流道混合控制研究

对于许多微流体应用系统来说,流体的混合是至关重要的.本文研究了基于电磁流体动力混合器的微流道主动混合控制方法,建立了该微流道混合系统的理论模型并进行了数值模拟.在交变Lorentz驱动下,流经混合器流道的流体及其分界面在混合器流道内往复运动,流体界面的反复折叠与流体局部流动使流体混合,流体的横向往复运动使流体分界面反复折叠从而使流体间的接触面积大大增加.对流体混合过程进行了讨论并给出了漉体混合程度评价方法.     

接触角滞后与流体动压润滑的相关性研究

理论研究表明不同润湿性界面对流体动压润滑油膜厚度有着显著地影响,一般采用接触角(CA)来表征固液界面润湿性. 而由热力学原理推导出的界面势能垒理论模型不仅与接触角相关,也是接触角滞后(CAH)的函数. 本文作者通过对不同基体材料的滑块进行表面张力修饰,获得了不同亲和性的界面. 利用干涉法及荧光法分别测量了不同润湿性界面的流体动压润滑膜厚及油膜受剪切的流动特性,研究了接触角及接触角滞后两个界面参数对流体动压润滑油膜厚度的影响,并对势能垒与接触角滞后的关系进行了讨论. 结果表明:接触角与流体动压润滑油膜厚度的相关性较差,接触角滞后可以更好地表征界面效应对流体动压润滑油膜厚度的影响.      

幂率流体圆管非定常流动的数值分析

本文讨论水平圆管中幂率流体的起动问题。用显式和隐式两种格式,我们得到了问题的数值解并从而得到流动建立时间的近似公式。     

微管中非混溶两种流体运动界面的特征

以平流泵为压力源,在不同管径的石英微管中进行流动试验,显微镜观察和拍摄水-气界面和油-水界面,在微米尺度下进行了不同流速的运动界面实验,研究了微管中非混溶两种流体运动界面的特征,以及润湿性对流体在微管中流动界面的影响.实验中观察到了润湿界面的滞后现象,即界面随流速的不同而改变的现象.实验结果表明:水在微管中流动的气液界面随着流速的不同形状发生改变,流速较小时,界面基本保持为凹液面;随着流速的增加,液面由凹液面向平液面发展,进而发展为凸液面.在表面张力的作用下,微管的尺寸越小,两种流体的性质差别越大,界面的润湿滞后现象越不明显,讨论了界面和润湿滞后存在的问题和可能的应用.     

An important fundamental concept of °uid mechanics

不可压缩流体是流体力学的一个重要基本概念,但在流体力学教学的过程中,不可压缩流体与不可压缩均质流体这两个概念经常被混淆,在一些流体力学的教科书中,这两个概念也常被混为一谈,其关键是对物质(随体)导数这个概念理解不正确. 本文对不可压缩流体与不可压缩均质流体这两个重要的流体力学概念进行了辨析,并以此为切入点,介绍了如何理解物质(随体)导数、时间导数、空间导数等概念的区别与关系,澄清了一些教科书中的错误论述.     

边界膜剪切弹性模量对于微接触性能的影响

建立接触模型,理论分析了微接触中边界膜剪切弹性模量对于接触性能的影响. 接触区由两平行平面形成,属一维接触. 上接触表面为粗糙表面,具有矩形微凸体. 下接触表面为光滑平面. 两接触表面均处理成刚性表面. 微接触区中充满流体. 它分成两个子区,在微接触的出口区由于极小的接触间隙充满边界膜,在微接触的入口区由于接触间隙较大充满流体膜. 边界膜和流体膜行为决定整个微接触性能. 当膜厚较大时,这里边界膜可看成纳米级薄膜. 由于上接触表面处有限的剪应力承受能力,边界膜可于上接触表面滑移. 设下接触表面处剪应力承受能力很大而边界膜在下接触表面不滑移. 由于边界膜-接触表面间相互作用,边界膜黏度、密度和剪切弹性模量均沿膜厚变化,在理论分析中使用它们的等效值,这些值与边界膜厚度有关. 流体膜在两个接触表面均不发生滑移,分析中不考虑流体膜剪切弹性模量. 流体膜采用传统分析法. 给出了理论分析和若干变工况参数下的计算结果.      

多层流体的Marangoni对流

介绍微重力环境下矩形液池中多层不相混液体的Marangoni对流及其不稳定性.Marangoni对流流动的形成是由于在该系统施加一个与液体交界面相垂直的外加温度梯度.Marangoni对流的线性不稳定性分析是基于无限延长矩形液池内的两层流体系统.应用数值模拟研究了Marangoni对流的流体动力学和热传输特性,将多层流体的Marangoni对流同两层流体中外加温度梯度与流体交界面平行时引起的热毛细对流的主要特征进行了比较.     

流体力学在制浆造纸工程中的应用

造纸工业是流体力学的应用领域之一.本文从纸浆流动机理、湍流理论在纸页成形中的作用,中浓纸浆的流体化及涂料流变学等几方面讨论了流体力学在轻工业中的应用.     

微流体驱动与控制技术研究进展

随着微流体系统,尤其是生物芯片和缩微芯片实验室(lab-on-a-chip)技术的发展,微米乃至纳米尺度构件中流体的驱动与控制技术越来越引起人们的注意.由于微流体流动的影响因素众多,它的驱动和控制技术,与宏观流体相比,更为复杂和多样化.本文首先结合流体的驱动和控制技术,并着眼于微观与宏观的不同,对微流体的流动特性进行了分析,然后对目前微流体驱动与控制技术的研究进展进行了总结,对各种微流体的驱动和控制技术进行了对比,并对他们各自的优缺点进行了分析和讨论.      

二流体系统中界面孤立波的分裂

本文讨论了二流体系统界面上内孤立波的分裂,发现上下层流体密度比对分裂成两个内孤立波的条件没有影响,此时只要孤立波从较深的流体运动到较浅的流体就会发生分裂,但分裂成二个以上孤立波的条件受密度比和上游上下层流体厚度比的影响。     

湍流横掠固定颗粒的全尺度直接数值模拟

气固两相流模拟中,当固相尺度接近或大于Kolmogorov尺度时,普通的点源模型将不再适用,固体相的体积效应和表面效应将对流体相产生显著的影响。通过采用直接数值模拟方法,结合内嵌边界方法对湍流中不同湍流强度流体横掠大于Kolmogorov尺度的固相颗粒进行了全尺度模拟,讨论分析了在两种湍流度下方形颗粒对湍流的调制影响以及颗粒的受力情况。     

流体双折射方法及其应用

本文在1923—1989年的工作基础上,论述了流体双折射方法,对它的发展和原理进行了详细讨论,介绍了流体双折射方法的各种应用,尤其是在生物力学,二维三维场显示方面的应用.     

波在双孔隙与单孔隙介质界面上的反射与透射

基于Biot理论和双重孔隙介质理论研究了弹性波在双重孔隙介质与流体饱和单一孔隙介质 界面的反射和透射问题，在界面上假定裂缝孔隙流体相对于固体骨架的位移为零，推导了反 射系数和透射系数的计算公式，数值讨论了反射系数和透射系数随入射角和频率的变化关 系. 同时，讨论了双重孔隙介质中3种压缩波(P-1, P-2和P-3波)和一种剪切波(S波) 的频散和衰减特性.     

圆筒容器内起旋和降旋过程中分层液体混合现象

针对旋转圆筒容器内的两种分层流体,应用平面激光诱导荧光与高速摄影技术对互溶与不互溶液体进行了实验研究.结果表明,上下层液体密度梯度与黏度梯度方向是产生界面不稳定的关键因素.当二者的梯度方向相同时,起旋过程不会发生剧烈混合,降旋过程中轻流体会冲击重流体;当二者的梯度方向相反时,起旋过程中形成抽吸效应,其后期发生界面破碎,降旋过程中重流体冲击轻流体.在旋转的3个过程中,降旋过程对混合的作用最大,无论梯度方向是否相同,都会发生液体间的界面不稳定.     

粘弹性流体的过渡流动

本文研究了两同轴圆筒之间的牛顿流体和Oldroyd流体,从圆筒开始旋转到剪切应力达到它的平衡值时,剪切应力的建立过程,讨论了“表观”和“真实”应力过量现象。结果表明Oldroyd流体呈现出“真实”应力过量现象,并且理论预示结果与实验资料符合很好。因此建议利用应力过量现象来确定粘弹性流体的弹性参量。     

二流体系统中界面孤立波的分裂

本文讨论了二流体系统界面上内孤立波的分裂,发现上下层流体密度比对分裂成两个内孤立波的条件没有影响,此时只要孤立波从较深的流体运动到较浅的流体就会发生分裂,但分裂成二个以上孤立波的条件受密度比和上游上下层流体厚度比的影响。     

关于二相流、多相流、多流体模型和非牛顿流等概念的探讨

本文分析了单相流、二相流和多相流等概念上的差异,也分析了单流体模型、双流体模型和多流体模型等概念上的差异,指出前面三种概念是按流动介质的客观物理构成划分的,而后者是按主观采用的研究方法划分的．目前这些概念在使用中存在一些混乱,如二相流与多相流,多相流与多流体模型等．本文还研究了扩散模型、非牛顿流模型和颗粒流模型等,指出前两种模型在分类上属于单流体模型,分析了非牛顿流模型、扩散模型和双（多）流体模型的特点和应用范围,最后,以泥石流为例讨论了以上概念的应用．      

尾矿颗粒沉降和分选规律研究

开展了尾矿颗粒在流体中沉降和分选规律研究。首先,对尾矿颗粒在流体中受力特征和各种力作用效果进行分析;其次,对牛顿流体中尾矿颗粒沉降和分选进行研究;再次,对宾汉浆液中尾矿颗粒沉降和分选进行研究;最后,对理论公式进行了讨论和结果验证。论文确定了尾矿颗粒在不同流体中的沉降特点,提出在浆体流动中不沉的最大粒径,推导出球形颗粒的沉降微分方程,推导出颗粒最终沉速和沉降距离,求得了颗粒水平运移距离,结果讨论验证了理论公式的正确性。     

阴影法和差分干涉法在分层流密度测量中的应用

本文讨论了用阴影法和差分干涉法测量水-盐两层分层界面上的密度分布。此外,还对一任意密度分布的分层流体作了测量和计算。     

利用摩擦纳米发电机的流体能量俘获研究新进展

环境中的流体 (包括气体和液体) 动能是十分丰富且重要的清洁能源之一, 流体能量可通过不同的能量俘获技术 (电磁发电技术、压电能量俘获技术) 被转化为电能并供人们使用. 自2012年王中林研究团队发明摩擦纳米发电机 (triboelectric nanogenerator, TENG) 以来, TENG已成为了最重要的能量, 俘获技术之一, 并应用于流体能量俘获研究中. 论文综述了当前用于流体能量俘获的摩擦纳米发电机 (fluidic energy harvesting TENG, FEH-TENG) 的研究现状. 介绍了 FEH-TENG 中摩擦电材料之间的电荷转移原理以及基本的工作模式. 在气流动能俘获方面, 流致振动 (如涡激振动、驰振、颤振和尾流驰振等)是一种有效的将流体动力转化为机械能的物理机制, 基于该机制, 总结了FEH-TENG在风能和流致振动能量俘获中的研究进展以及各类能量俘获结构. 液体动能俘获方面总结了 FEH-TENG 在波浪和雨滴能量俘获中的研究进展. 介绍了基于 FEH-TENG的混合能量俘获系统和摩擦电材料优化在提升FEH-TENG流体能量俘获效率方面的研究. 接着介绍了FEH-TENG在不同领域中的应用. 最后讨论了目前 FEH-TENG 在流体能量俘获中存在的问题并提出了一些展望. 论文工作有助于推动FEH-TENG在流体能量俘获领域的发展以及促进相关研究人员对该领域的认识.