饱和下降液膜的稳定性研究

通过简化表面张力、蒸汽压力和液膜波动之间的关系,用线性理论分析了饱和液膜在等温竖壁上的流动稳定性,讨论了雷诺数、波数、壁面和液膜温差及流体物性变化的影响。     

下降液膜层流换热发展段中的积分分析

对等温竖直壁面上层流液膜发展段的流动换热进行了理论分析 ,用积分法得到并求解了速度和温度边界层的积分方程式 ,求得了发展段的流动和换热特性的变化规律 ,讨论了进口流态和普朗特数对换热的影响。     

饱和蒸发和热毛细力作用下低雷诺数液膜在波纹竖壁上的流动

考虑表面蒸发压力和热毛细力作用情况下,对饱和蒸发状态下低雷诺数自由降落液膜在小波幅正弦型波纹壁面上的流动进行理论分析。对控制微分方程及边界条件进行量纲一化并引入流函数,对微分方程及边界条件进行摄动展开,得到了这种情况下液膜流动的简化分析模型,求出了近似解析解。讨论了壁面波纹、表面张力、蒸发压力、热毛细力对液膜流动的影响。研究表明:液膜的波动幅度随蒸发强度和热毛细力的增大而增大;液膜波动与壁面波纹的相位差随蒸发强度增大而增大,随热毛细力增大而减小。     

下降液膜在逆向流动空气作用下的换热

以下一代核电站反应堆安全壳非能动冷却为背景，对竖直管内过冷下降液膜在逆向空气．水蒸汽流动作用下的换热提出了一个分析模型，对液膜采用边界层近似理论，对空气．水蒸汽混合气采用由热质传递比拟理论引出的关联式进行分析，考察了各种条件下液膜的厚度、温度、吸收热量与蒸发热量沿流向的变化，与相关研究进行了对比，表明了模型的合理性。     

等热流密度加热垂直下降液膜的研究

利用等热流密度加热条件下降膜流动的三维模型方程进行线性稳定性分析和数值模拟。线性稳定性分析表明,模型方程在小到中等Reynolds数下都适用,并且流向不稳定性增长率随着Reynolds数和Marangoni数增加而增加,展向不稳定性增长率则随着Marangoni数增加而增加,随着Reynolds数增加而减小,流向和展向对扰动波数都存在一个不稳定区间。三维数值模拟表明,在等热流密度加热条件下,液膜在随机扰动的情况下最终会形成带孤立波的三维溪流状结构,液膜与气体的换热也因溪流状结构的出现而加强;在随机扰动的基础上引入占优势地位的展向最不稳定扰动会使得换热增强,液膜会提前破裂;在随机扰动的基础上引入占优势地位的流向最不稳定扰动时,液膜的换热会增强,但不会提前破裂;在随机扰动的基础上同时引入占优势地位的流向和展向最不稳定扰动时,换热会加强且液膜会提前破裂。     

流体动力润滑油膜破裂的热力学失稳机理

分析了流体动力学润滑过程中的热量传递及对润滑剂流变特性的影响,得出了流体动力润滑油膜发生热力学失稳的条件,建立了描述润滑剂温度非牛顿效应的本构方程数值计算结果表明,由于温度的影响,流体动力润滑油膜存在最大承载能力;在临界状态,微小的扰动将会引起油膜失稳而丧失承载能力。初步揭示了流体动力学力润滑膜破失效的内在力学机制。     

热毛细对流的液桥几何位形及浮力效应

本文讨论重力对不同高度、直径比液桥的热毛细对流的影响。当液桥高度、直径比增大时,液桥中的等流函数线呈双涡结构,这种流动图样并不必然与热毛细振荡流相联系。在地面热毛细对流实验中模拟空间微重力情况,液桥高度需小于1.5mm。在微重力环境中,液桥内的流场和温度分布介于地面相同参数液桥的上部加热和下部加热两种结果之间。因此,可以用地面实验结果估计空间液桥的对流和热输运情况。     

液桥中不同Prandtl数流体的热毛细对流

本文研究从上面加热的液桥中不同 pr 数流体的热表面张力驱动对流。在 Ma 数相同的条件下,不同 pr 数流体液桥中的温度分布和流场结构定性相似,但定量结果不同。小pr数(pr<<1)流体液桥中的粘性边界层远小于热边界层,最大流函数所在位置向冷端偏移,有较大的流动速度。结果表明,Ma 数是描述这种流动的敏感参数。     

液封液桥内热毛细对流的数值模拟

建立了液封液桥(不相溶混的双层同轴液柱)内热毛细对流的物理数学模型,采用涡量-流 函数法、利用有限差分格式对微重力条件下液封液桥内热毛细对流进行了数值模拟,得到了 双层液柱主流区的温度场和流场,证实了液封技术能削弱液桥主流区的热毛细对流,从而提 高浮区晶体生长质量,找出了液封厚度以及内、外层流体物性参数比对液桥内热毛细对流的 影响规律.     

横向交流电场下液膜参数不稳定性分析

当将运动的平面液膜置于横向的交流电场之间时会产生参数振荡现象.为了得到交流电场下平面液膜的色散关系并为液膜的破碎行为分析提供理论基础,本文基于漏电介质模型对液体的电学特性进行假设,对平面液膜在直流和交流电场下的参数不稳定性进行了分析.由于主流是基于时间的流动,在稳定性分析中引入了Floquet理论.在文中,将电场定义为...     

Experimental Study of the Linear Stability of a Falling Liquid Film in the Presence of a Turbulent Gas Stream

Using the local electrical conductivity method, the parameters of the linear waves generated on the surface of a falling liquid film in the presence of a co- or counter-current gas stream are measured. The Reynolds numbers of the fluid and the gas were varied from 24 to 125 and from 0 to 8000, respectively. The results are presented in the form of dispersion relations. In the case of the absence of a gas stream, the results are compared with calculations based on a linear integral theory. It is shown that a gas stream increases the instability of the film and a counter-current gas flow has a greater effect on the wave phase velocity than a co-current flow.     

Stability of a Falling Liquid Film with a Non-Equilibrium Adsorbed Sublayer of Soluble Surfactant

The hydrodynamic instability of a falling film of a dilute solution of a volatile surfactant is studied.The flow of the liquid-gas (vapor) two-phase three-component system is accompanied by surfactant mass transfer across the free surface and is described by a system of five evolutionary equations for five functions depending on time and a spatial coordinate. These functions are the thicknesses of the film and the diffusion boundary layer, the concentrations of the free surfactant and the bound surfactant in the adsorbed sublayer, and the fluid velocity on the film surface. The dispersion equation determining the eigenvalues and the corresponding instability modes is solved numerically in the space of ten free nondimensional governing parameters. Main attention is focused on examining the role of the parameters controlling the influence of the surfactant on the Marangoni effect and the film instability at finite adsorption-desorption rates.     

Jet Formation in Gravitational Flow of a Heated Wavy Liquid Film

Jet formation was studied in the region of two-dimensional and three-dimensional waves in a heated liquid film flowing down a vertical surface. Jet-to-jet spacings were measured versus the film Reynolds number and the heat flow density. Three-dimensional waves on the film surface were formed naturally or by artificial perturbations. In addition to the thermocapillary mechanism of jet formation, a thermocapillary–wavy mechanism was found to exist.     

平面液体层碎裂过程实验研究

小宽厚比喷嘴喷射出的平面水膜进入静止空气中,在不同气流流速环境下对水膜碎裂过程进行了实验研究。结果表明,静止空气中的水膜表面波呈现对称波形,射流的碎裂长度随雷诺数的增大而增大,喷射压力对射流碎裂长度没有直接影响。空气助力作用使平面射流表面波的上、下气液交界面出现相位差。水膜的碎裂长度随空气助力气流速度的增大而减小;空气助力对于低雷诺数水膜射流具有很强的促进碎裂作用,所以会极大地改善低雷诺数射流的一次雾化效果。随着水流雷诺数的提高,空气助力作用对水膜碎裂长度的影响大为减弱;即使在高速助力空气的作用下,水膜仍长期保持较稳定的射流流态,没有出现明显的水膜撕裂现象。说明在小宽厚比喷嘴的瑞利(Rayleigh)模式射流中,高雷诺数射流是水膜的稳定因素。与气液流速比、气流马赫数等无量纲参数相比,液体喷射的雷诺数是射流碎裂的主要影响因素。     

波纹竖板层流降膜蒸发传热的分析

对高粘度液体在等温正弦形波纹壁面上的自由降落与蒸发建立了摄动分析模型。得到了流动的分析解和蒸发传热的数值解。考察了壁面波纹的波幅和波数、液膜表面张力及贝克利数对流动与传热的影响,结果表明,加大波纹的波幅、适当选择波数、减小贝克利数可增强传热,而表面张力对蒸发传热的影响较小。     

氮化钛硬质薄膜在不同种类润滑油下的摩擦学性能研究

采用球-盘摩擦试验机分别考察了氮化钛硬质薄膜与轴承钢和氮化硅陶瓷组成的摩擦副在不同种类润滑油条件下的摩擦学性能,并表征了其磨痕表面形貌与元素成份.结果显示:与Ti N硬质薄膜干摩擦性能相比,润滑油可显著降低摩擦系数,延长磨损寿命,且具有较长烷基碳链的润滑油性能较优;当上试球材料不同时,其油润滑条件下的性能亦不同.相同润滑油条件下,氮化硅球作为摩擦副时,其润滑性能优于轴承钢球.磨痕表面形貌及能谱分析结果表明:具有较长烷基碳链的润滑油在摩擦副研磨滑动过程中起到油性剂的作用,而短碳链硅油分子结构中含有氯元素,虽通过摩擦化学反应生成边界润滑膜,但不完整致密,以致短时间内润滑失效.