EHD两相系统中的电场数值模拟

针对均匀电场作用下两相系统中的单个离散相周围电场分布情况,建立了数学模型.在建模过程中,考虑了离散相的存在对电场分布的影响.通过求解电场控制方程,得到了均匀电场作用下离散相周围及其内部的电势及电场分布的数值解,并理论验证了该数值解的准确性.     

单个汽泡周围的电场数值研究

为明晰电场对汽—液两相系统的效应,本文针对均匀电场作用下的汽液两相流中附着于壁面的单个汽泡,建立了数学模型,考虑了汽泡的存在对电场分布的影响。通过求解电场控制方程,得到了均匀电场作用下汽泡周围及其内部的电势及电场分布的数值解。这为进一步研究 EHD 作用下的两相系统中汽泡的行为,揭示 EHD强化沸腾换热机理奠定了基础。     

汽泡在电场作用下的变形

为探明外加电场对汽泡形状的影响规律,本文采用人工注射汽泡的方式,对均匀电场作用下单个汽泡的形状进行了可视化试验研究,计算了汽-液两相系统中的电场分布及汽泡所受的电应力。结果表明:电场作用下汽泡表面所受电应力分布的不均匀性导致汽泡沿与电场相平行的方向拉长,变成扁长椭球形。随着场强的增加,汽泡变形量加剧,汽泡与壁面的接触角逐渐变大。此外,讨论了汽泡变形对电场强化沸腾换热的影响。     

不同工质中汽泡周围电场特性研究

为探明外加电场作用下,不同工质对强化沸腾换热的影响,本文采用了FC-72、R11、R113和R123四种工质,定量研究了两相系统中汽泡周围电场分布特性,探讨了工质介电常数对汽泡的作用规律．结果表明:随着工质介电常数的增加,电场非均匀性增强,电场对汽泡的作用加剧．这为不同工质对EHD沸腾强化效果不同提供了理论依据．     

稀薄等离子体中超辐射的发展过程及相干特性

用量子Ｍａｘｗｅｌｌ－ＢｌｏｃｈＣ－数方程讨论了存在均匀消相阻尼的一维稀薄等离子体系统中电场和极化的发展过程及相干特性，给出了线性阶段的解析结果和非线性阶段的数值结果。数值结果显示了电场和极化的发展过程及随机源对它们的影响。最后给出了电场和极化的相干度及自由电子对相干度的影响。当等离子体频率远小于辐射频率时，自由电子的作用可以忽略。     

基于Schwarz-Christoffel变换的平板电容器电场电荷分布仿真

本文利用施瓦兹-克里斯多菲（S-C）变换,得出并讨论了计及边缘效应的平行板电容器的电场、电荷分布函数.利用离散化与数值迭代的方法,通过Matlab数值仿真得出了其电场和电荷分布的较精确的可视化结果.     

由BaTiO3晶体结构相变时的介电特性研究其电场作用下的偶极子偏转路径

在不同频率和偏置电场下测量了BaTiO3晶体从三方相到正交相再到四方相相变过程中的介电温谱.基于BaTiO3晶体在电场作用下的偶极子偏转假设和介电特性实验结果,提出BaTiO3各结构相在电场作用下的偶极子偏转路径可以由其相邻相的介电常数随温度的变化特性表现出来.推断出各结构相的偶极子偏转路径,以及偏置电场对偶极子偏转路径的影响.     

摄动有限体积算法及其在两相流中应用

采用一种全新的摄动有限体积(PFV)算法和水平集(Level Set)技术对液液两相系统中液滴坠落进行数值模拟,数值结果表明,PFV新算法具有节点少、精度高,效率高,编程方便等优点,能成功模拟液液两相流动,为两相流动数值模拟提供了一种新的途径.     

双辉光放电静电场数值模拟及场分布边角效应分析

根据双辉光放电3个电极极板上的电势,利用边界元积分方程建立以面电荷密度为未知量的离散方程,通过求解线性方程组计算3个电极极板上面电荷的不均匀分布.由极板上的不均匀面电荷分布计算在真空状态下空间任意一点的电势和电场的空间分布,利用数值解对真空状态下双辉光离子渗金属实验装置场分布边角效应进行了分析.     

胆甾相液晶电控螺旋畸变导致的布拉格反射特性

研究了平面织构胆甾相液晶在垂直于螺旋轴方向施加电场后,引起螺旋畸变导致布拉格反射光强度变化特性,利用液晶矩阵光学,琼斯矩阵法与Matlab矩阵计算软件对有螺旋畸变情况下的布拉格反射光谱特性进行了分析和数值计算.从数值计算和实验结果可知,胆甾相液晶在其垂直螺旋轴方向施加不同电压电场时,布拉格反射光中心波长不随电压改变,而布拉格反射光强会随电压的增大而减弱.提出一种电致螺旋畸变模型,对实验结果和数值计算结果给出了合理的解释,认为利用电场改变胆甾相液晶螺距进而设计电控颜色变化液晶器件的原理是不可靠的.     

风沙运动的电场-流场耦合模型及气固两相流数值模拟

沙尘暴和尘卷风等风沙运动的静电场是空气流场中沙粒间的碰撞摩擦带电及沙粒粒径的分层效应引起的, 本文耦合沙粒摩擦荷电模型和风沙运动气固两相流模型, 提出了离散单元法与计算流体动力学结合的数值方法. 数值模拟计算表明电荷呈中性的沙粒临界直径为300 μm; 在充分发展的水平风沙流中, 细小的沙粒带负电, 较大直径的沙粒带正电, 所模拟的沙粒带电的荷质比及水平风洞试验段的电场强度与实验测量值一致, 验证了风沙运动的电场-流场耦合模型及数值计算方法的合理性. 本文基于沙粒摩擦荷电机理的风沙运动气固两相流模型提供了理解风沙运动静电场产生的一种物理机理.     

Comparison between level set and phase field method for simulating bubble movement behavior under electric field

In this study, based on different numberical simulation methods, the gas-liquid two-phase flow is taken as the research object. By coupling the continuity equation of incompressible fluid, Navier-Stokes equation, electric field equation and other control equations, a multi-field coupling model for rising bubbles in viscous fluids is established, and numerical simulations are carried out. The two-phase popularity of coupled electric field is studied, and the effect of electric field on bubble motion is analyzed.The Level-set and phase field method are used to track the changes of deformation and rupture during the rising of the bubble. The accuracy and validity of the two methods are verified by mass conservation. At the same time, the calculation area is determined for the accuracy of calculation, and the optimal mesh size is calculated by using mesh independence test. Compared with the level set method, the phase field method has a certain improvement in the calculation efficiency and accuracy. Among them, the calculation efficiency of the phase field calculation method in the same grid is increased by 5 times, and by 3 times in the vertical electric field environment. Moreover, using the phase field method is easier to capture the bubbles slight changes while they are rising, and the quality of the simulation results is better.The simulation analysis of bubble rising process under coupled electric field by two methods shows that under the interaction of electrostatic force, buoyancy and surface tension, the bubble is stretched into an ellipsoid along the direction of the electric field line, and the ratio of the length to the short axis is proportional to the applied electric field strength. In addition, the bubble rising velocity is affected by the electric field, and the vertical electric field accelerates the rising of the bubble.     

目标场法在悬浮超导球体的球形线圈设计中的应用

文中把目标场法引入到悬浮超导球体的球形线圈设计中,根据目标场法产生均匀磁场的原理,通过离散化绕组来近似处理球形线圈在超导球体和球形线圈的间隙内产生均匀磁场的电流密度分布规律。利用有限元分析和验证,在超导球体与球形线圈之间的间隙内产生了具有很好均匀性的悬浮磁场,这会明显提高超导球体悬浮的刚度和稳定性。     

基于Talbot效应的可调位相差二维六角位相阵列器的理论研究和数值模拟

系统研究了基于Talbot效应的光栅阵列器,利用数值模拟方法开展了阵列器的理论研究,对二维振幅型与固定位相差型阵列器进行了分析,通过外加电场调制位相差可以很好的解决二维振幅型与固定位相差型阵列器后z处光强分布不可调节和工作易受温度影响的问题.推导了外加电场调制位相差位相型阵列器实现均匀光强分布的理论模型,并验证了Paturz等人的实验结果,为此种新型阵列器的研究提供了基础.     

电场对协流式微流控装置中乳液液滴生成行为的调控机理

建立了直流电场作用下协流式微流控装置中单乳液液滴乳化生成过程的非稳态理论模型,并开展了数值模拟研究,揭示了电场对液滴乳化生成动力学行为的调控机理,阐明了流场/电场参数对液滴乳化生成特性的影响规律.研究结果表明:沿流体流动方向施加静电场可在电物性参数不同的两相流体界面法线方向上产生指向内相流体的电场力,进而强化了内相流体界面的颈缩和断裂,提升了液滴生成速率和形变程度,减小了液滴生成尺寸;在同一毛细数下,随着电毛细数的增大,乳液乳化流型由每周期仅有单一液滴生成的滴式流型转变为每周期有一个主液滴并伴随有卫星液滴生成的滴式流型;随着毛细数和电毛细数的增大,黏性拖曳力以及电场力作用增强,使内相流体颈缩过程后期更容易形成细长型液线,从而有助于诱发液线上产生Rayleigh-Plateau不稳定现象,继而促进卫星液滴的形成.     

Effect of a uniform magnetic field on dielectric two-phase bubbly flows using the level set method

In this study, the behavior of a single bubble in a dielectric viscous fluid under a uniform magnetic field has been simulated numerically using the Level Set method in two-phase bubbly flow. The two-phase bubbly flow was considered to be laminar and homogeneous. Deformation of the bubble was considered to be due to buoyancy and magnetic forces induced from the external applied magnetic field. A computer code was developed to solve the problem using the flow field, the interface of two phases, and the magnetic field. The Finite Volume method was applied using the SIMPLE algorithm to discretize the governing equations. Using this algorithm enables us to calculate the pressure parameter, which has been eliminated by previous researchers because of the complexity of the two-phase flow. The finite difference method was used to solve the magnetic field equation. The results outlined in the present study agree well with the existing experimental data and numerical results. These results show that the magnetic field affects and controls the shape, size, velocity, and location of the bubble.