不同壁面取向下超疏水平面直轨道上的气泡滑移

利用特定几何分布的超疏水表面实现气泡定向输运在矿物浮选和生物孵化等领域具有广阔的应用前景, 对平面直线超疏水轨道而言, 其壁面取向是相关工程结构的关键参数, 但超疏水壁面取向对倾斜壁面气泡滑移的影响尚不明确. 本文采用高速阴影成像系统研究了不同壁面取向($-90^\circ\leqslant \beta \leqslant 90^\circ$)及轨道倾角($45^\circ\leqslant \alpha \leqslant 75^\circ$)下, 气泡($D_{eq}=2.4$ mm, $Re=500$ $\sim$ 700, $We=7$ $\sim$ 13)在轨道宽度为2 mm的超疏水直线轨道上的运动特性. 气泡在轨道上的滑移近似为匀速, 形状为具有多脊的半子弹型. 根据气液界面波动程度的不同, 滑移气泡可分为波动型和稳定型, 稳定型气泡只在较小倾角且较大方位角时出现($45^\circ\leqslant \alpha < 70^\circ$, $| \beta | \geqslant 45^\circ$). 根据倾角不同, 滑移速度关于$\beta $有2种变化规律: 当$\alpha \leqslant 65^\circ$, 气泡滑移速度近似为关于$\beta =0^\circ$ 的单峰分布($\beta =0^\circ$时, 气泡滑移速度最大); 当$\alpha \geqslant 70^\circ$, 气泡滑移速度在不同的方位角下基本保持稳定. 气泡的最大滑移速度可达0.66 m/s ($\beta =0^\circ$, $\alpha =70^\circ$), 远大于相同尺度的自由上升气泡($\approx0.25$ m/s), 这主要是壁面浸润性分布和惯性力的耦合效应所致. 轨道取向(方位角$\beta )$及轨道倾角($\alpha )$通过改变气泡沿轨道方向的驱动力和气泡迎风面积影响气泡的滑移速度和气液界面稳定性.      

Effect of Molecular Interactions between the Solid Wall and Liquid on the Flow Properties in Microtubes

The flow properties in microtubes, such as velocity profiles and pressure distributions, are different from those in macrotubes. We attribute this phenomenon to the molecular interactions between the solid wall and inner liquid. The apparent viscosity, which takes into consideration the molecular interactions, is introduced in the present study and the Navier-Stokes equations are solved. Water is adopted in the calculation. For the hydrophilic material wall, the water is more like to adhere to the wall. The velocity near the wall is smaller than that of conventional theory, while the centerline velocity and pressure gradients are much larger. Such a phenomenon becomes much more obvious with the decrease in tube diameter.     

超声对近壁微气泡溃灭过程的影响*

近壁微气泡溃灭特性的深入研究对靶向给药和基因治疗等技术具有较好的指导作用。该文基于数值模拟技术,采用有限体积法结合流体体积模型对超声作用下的近壁微气泡溃灭特性进行了研究,分析了超声对近壁微气泡溃灭动力学过程的影响。结果表明气泡溃灭最大射流速度与近壁距离无量纲参数在1.1~1.6范围内时成正比,与超声频率在10~60 Hz范围内时成正比,与气泡初始半径在50~100μm范围内时成反比;近壁气泡的二次溃灭最大射流速度大于一次溃灭,二次溃灭的作用更加明显。超声参数对近壁气泡溃灭过程存在较大影响,该研究为超声在医学上的应用提供了依据。     

生物过滤器中非均匀性流动的数值研究

生物过滤技术因其具有有效性、低成本和环境友好等优点引起了人们的广泛关注.该技术主要通过生物过滤器去除含有H2S等废气的有毒有害气体.运用格子Boltzmann方法对三种生物过滤器模型中多孔介质的非均匀性流动进行了数值模拟.数值模拟结果表明,多孔介质的性质和进口流动条件对临界Rayleigh数有显著影响,临界Rayleigh数随着多孔介质的孔隙度和Darcy数的增大而逐渐变小,并随着进口Reynolds数的增大而逐渐变大.所得结果可望为生物过滤器的优化设计提供一个合理的理论依据.     

“两相流原理及测试技术”研究生课程案例库初建与教学实践

随着社会发展，对研究生的政治素养、科学精神和创新能力的培养要求日益提高。“两相流原理及测试技术”课程教学目标要求学生理解两相流动规律，掌握常用两相流动测试方法，践行工匠精神；论文提出了课程案例库建设的必要性，以课程内容发展现状、数值模拟求解结果和两相参数测试方法作为材料建立了案例库，探索了案例库的教学方法。旨在为研究生课程阶段的培养提供参考，以满足专业能力和思政素养的培养要求。     

双柱状颗粒在线性剪切流场中的动力学分析

为研究柱状颗粒在线性剪切流场中的运动状态和受力情况，本文以颗粒长径比为2，颗粒之间的初始距离ΔS_Py=4D为例，基于直接力浸入边界法数值模拟了双柱状颗粒在三维线性剪切流场中的运动过程。根据模拟结果分析了柱状颗粒周围流场参数分布，在考虑壁面对颗粒的影响和颗粒之间相互影响的条件下，研究了颗粒的受力和运动的变化，探索了流体曳力导致柱状颗粒迁移和转动的规律。研究结果表明，双柱状颗粒在线性剪切流场中易向速度大的流体区域运动；前后两颗粒运动状态和轨迹不同，颗粒之间距离较近时，曳力会产生较大的波动；只有当颗粒在壁面附近时，滞后颗粒才能追上领先颗粒，两颗粒发生牵引、翻滚和分离过程。