Janus颗粒撞击气泡的行为特征

为更好地在相变传热中应用双亲性Janus颗粒,用铜球制备了亲水-超疏水Janus颗粒,其粒径为1.0 mm,气泡直径为3.0 mm.研究了不同高度下带小气泡的Janus颗粒撞击气泡的行为特征.结果表明:Janus颗粒不同润湿性表面撞击气泡时的行为特征存在明显差异,当超疏水侧接触气泡时,会沿着气泡表面无旋转地滑到气泡底部;当亲水侧接触气泡时,会先沿着气泡表面滑行一段距离,随后发生旋转,对气泡造成强烈扰动;而亲水-超疏水分界面接触气泡时,颗粒会在接触的瞬间开始旋转.当Janus颗粒具有一定的高度撞击气泡时,一般以亲水面首先与气泡接触,随高度的增加, Janus颗粒拉扯气泡变形的程度增加.基于受力分析发现:Janus颗粒发生旋转的主要原因是不同润湿性表面所受毛细力作用点和方向的不同,相应地产生旋转力矩.     

排烟增湿脱硫活化反应器内液滴──脱硫剂颗粒碰撞的数值模拟

排烟增湿脱硫活化反应器内液滴──脱硫剂颗粒碰撞的数值模拟唐庆，徐旭常（清华大学热能工程系北京１０００８４）关键词液滴－颗粒碰撞，脱硫，数值模拟要有效的控制ＳＯＺ的污染，降低燃煤电厂排烟中ＳＯＺ的浓度显得尤为重要。在众多的烟气脱硫技术中，排烟增湿活化脱...     

液滴碰撞不同接触角线缆表面的模拟

针对常见的液滴输电线缆搭建对应的计算模型,通过Fluent内置的VOF对不同疏水性表面进行计算,讨论液滴与线缆的接触时间、铺展半径与接触角度之间的关系,并分析不同接触角下液滴的压力云图和速度矢量图。模拟计算结果显示：液滴与壁面接触的运动状态受壁面接触角的影响,液滴铺展面积和接触时间与壁面接触角呈反比关系;提高壁面接触角会降低铺展面积、减少接触时间,加快液滴的回缩、回弹,运动液滴最终滑落离开壁面;小接触角壁面铺展面积增大、接触时间增加,液滴最终完全铺展停留于壁面上。研究结果对探究不同疏水性下液滴在线缆壁面结冰的原理及特性具有一定的指导和参考意义。     

液滴在不同润湿性表面上蒸发时的动力学特性

基于润滑理论,采用滑移边界条件建立了二维液滴厚度的演化模型和移动接触线动力学模型,利用数值计算方法模拟了均匀加热基底上固着液滴蒸发时的动力学特性,分析了液-气、固-气和液-固界面张力温度敏感性对壁面润湿性和液滴动态特性的影响.结果表明,液滴的运动过程受毛细力、重力、热毛细力和蒸发的影响,重力对液滴铺展起促进作用,而毛细力、热毛细力则起抑制作用;通过改变界面张力温度敏感性系数,可使液滴蒸发过程中的接触线呈现处于钉扎或部分钉扎模式,且接触线钉扎模式下的液滴存续时间低于部分钉扎模式;提高液-气与液-固界面张力温度敏感系数均可改善壁面润湿性能,加快液滴铺展速率;而增大固-气界面张力温度敏感系数则导致壁面润湿性能恶化、延缓液滴铺展过程;通过改变固-气界面张力温度敏感系数更有利于调控处于蒸发状态下的液滴运动.     

等直径微液滴碰撞过程的改进光滑粒子动力学模拟

运用一种改进光滑粒子动力学(SPH)方法模拟了相溶和不相溶两种情况下的等直径微液滴碰撞动力学过程. 为提高传统SPH方法的数值精度和稳定性, 采用一种不涉及核导数计算的核梯度改进形式; 为处理液滴界面张力采用修正的van der Waals表面张力模型. 通过模拟牛顿液滴碰撞聚并变形过程并与相关文献或试验结果进行对比, 验证了改进SPH 方法模拟微液滴碰撞过程的可靠性. 随后, 研究了基于van der Waals模型相溶聚合物微液滴碰撞聚并变形过程及不相溶微液滴碰撞后的反弹、分离过程, 讨论了碰撞过程中碰撞速度、碰撞角度、密度比等参数对碰撞变形过程的影响, 分析了流体桥、旋转角度等因素的变化情况. 关键词： 光滑粒子动力学 微液滴 聚合物液滴 碰撞     

颗粒碰撞率的实验研究

本文采用一种新的研究思路,以高速摄像作为手段,结合各种新颖的PTV算法,在毫秒级时间尺度和毫米级空间尺度上(颗粒尺寸)来对颗粒碰撞率做实验研究,对长期以来一直沿用的描述颗粒碰撞率的关系进行检验与修正。通过对实际颗粒碰撞率与颗粒浓度、平均相对速度的关系进行测量研究,发现理论关系与实验存在较大的差别,理论关系较大地高估了碰撞率。指出了需要进一步深入和完善描述颗粒碰撞率的实验规律,这些规律可直接应用于气固两相流动的数值计算与理论分析中。     

气固两相流中颗粒-颗粒随机碰撞新模型

本文提出一种气固两相流中计算颗粒－颗粒碰撞新模型．该模型提出一种碰撞概率新概念,与已有模型相比,新模型对碰撞概率的思考另辟蹊径,由所得公式可以确定影响碰撞概率大小的因素．此外,该模型提出在所研究控制体中选择虚拟颗粒的方法,特别是对虚拟颗粒的粒径、速度和随机数之间提出相关性准则．它弥补了以往模型的缺陷．经过计算,验证了新模型的合理性．     

结构高度对纳米液滴碰撞壁面过程的影响

液滴与壁面的碰撞过程广泛存在于自然界以及各类生产生活中,探究其传热传质作用机理以及形态演变对发展表面自清洁、喷墨打印、强化滴状冷凝、抗结冰结霜等技术都具有重要意义。为了探究结构高度在碰撞过程中的作用,本文通过分子动力学模拟对纳米液滴与壁面的碰撞过程进行了研究。构建了具有方柱状结构的粗糙表面模型,研究了壁面上纳米柱状结构的高度对碰撞过程的影响,记录了液滴的变形过程,并对相关的动力学特征以及能量变化进行了分析。     

简单剪切流条件下液滴破碎和碰撞模拟

利用耗散粒子动力学(DPD)对简单剪切流条件下液滴的破碎和碰撞分离过程进行了模拟.液滴由多颗简单的DPD粒子构成,液滴与周围流体的不互溶性由提高它们之间的保守力系数获得.通道的上下壁面沿着相反方向运动从而使流体产生简单剪切流动.计算结果表明,在简单剪切流条件下,当界面张力数超过临界界面张力数后,液滴不稳定;液滴将被拉长并破碎成数个较小的稳定的液滴.当两个液滴相互碰撞并分离的现象发生时,两个液滴的质心在速度梯度方向上的距离与整个碰撞过程相关,碰撞之后的δz值比碰撞前的δz大.     

弹跳液滴与超疏水表面的换热特性研究

了解弹跳液滴在固体表面的动力学和传热特性对于促进自清洁、防冰和热管理等领域的发展是至关重要的。本文通过数值模拟的手段研究了冷液滴撞击热超疏水表面的过程。本文中提出了一种混合相场格子玻尔兹曼模型来描述液滴动力学和液固传热过程,并通过单个液滴在固体表面的铺展过程和定量冷却效率验证了所提出模型的正确性。随后对单个液滴碰撞超疏水表面的动力学行为和换热过程进行了模拟,结果表明热流密度不仅与液固接触面积有关,还与液滴与基体之间的温差有关。此外增大液滴的韦伯数对换热过程有促进作用,而增大液滴的雷诺数反而会抑制换热。     

Hydrodynamics of passing-over motion during binary droplet collision in shear flow

A combined experimental and numerical study is undertaken to investigate the hydrodynamic characteristics of single-phase droplet collision in a shear flow. The passing-over motion of interactive droplets is observed, and the underlying hydrodynamic mechanisms are elucidated by the analysis of the motion trajectory, transient droplet deformation and detailed hydrodynamic information (e.g., pressure and flow fields). The results indicate that the hydrodynamic interaction process under shear could be divided into three stages: approaching, colliding, and separating. With the increasing confinement, the interaction time for the passing-over process is shorter and the droplet processes one higher curvature tip and more stretched profile. Furthermore, the lateral separation Δy/R₁ exhibits larger decrease in the approaching stage and the thickness of the lubrication film is decreased during the interaction. As the initial lateral separation increases, the maximum trajectory shift by the collision interaction is getting smaller. During the collision between two droplets with different sizes, the amplitude of the deformation oscillation of the larger droplet is decreased by reducing the size ratio of the smaller droplet to the bigger one.     

液滴溅落问题的光滑粒子动力学模拟

对传统的光滑粒子动力学方法进行了改进, 改进的光滑粒子动力学方法对传统粒子方法中的核近似式和粒子近似式进行了修正, 采用Riemann 算法求解光滑粒子动力学流体控制方程, 添加了表面张力的计算程序, 考虑了表面张力对液滴溅落的影响. 应用改进的光滑粒子动力学方法对液滴静止状态下冲击液面的飞溅过程进行了数值模拟. 计算结果表明, 改进的光滑粒子动力学方法能够有效地描述液滴溅落液面的动力学特性和自由表面变化特征, 能够得到稳定精度的结果.     

有结构壁面上液滴运动特征的耗散粒子动力学模拟

本文采用耗散粒子动力学方法, 研究了恒定外力驱动下液滴在有结构壁面上的运动过程. 通过研究液滴在通过壁面结构时前缘接触点和前进角的变化, 分析了液滴的运动特征. 研究结果表明, 在不同润湿性或不同外力驱动下, 存在使液滴运动最快的“最优”壁面结构, 并对其机理进行了讨论. 本文还探讨了壁面润湿性、热涨落以及外力对液滴运动状态的影响. 关键词： 微流体 有结构壁面 润湿性 耗散粒子动力学(DPD)     

基于大密度差多相流SPH方法的二维液滴碰撞数值模拟

该文结合了Ott提出的修正连续性方程和Adami改进的动量方程, 对空气中的液滴碰撞问题进行了二维数值模拟. 为有效提高计算精度, 推导了适用于大密度差多相流的人工黏性和人工应力方程. 通过表面张力作用下方形液滴自然变化和空气中两液滴互溶的算例, 验证了算法的有效性; 对不同韦伯数 (8.8, 19.8)、不同碰撞参数 (0, 0.5)下的液滴碰撞过程进行了数值模拟, 并与VOF方法对比,取得了较为一致的结果; 进一步计算多个韦伯数、多个碰撞参数下的液滴碰撞, 得到了空气中二维液滴碰撞结果分布图,与实验结果相符合. 结果表明, 该算法对于求解涉及大密度差多相流的液滴碰撞破碎问题十分有效,而且该方法容易拓展到三维, 从而为进一步模拟火箭发动机的二次雾化过程奠定了基础. 关键词： 光滑粒子流体动力学 大密度差 多相流 液滴碰撞     

粒子束在气体系统中的碰撞频率和反应速率系数

利用统计的方法,系统研究了粒子束与气体系统中粒子的碰撞频率分布和总碰撞频率;分析了气体系统粒子间的碰撞频率以及反应速率系数与特征速率的关系.     

液滴冲击液膜问题的光滑粒子动力学模拟

本文对传统的光滑粒子动力学方法进行了改进．改进的光滑粒子动力学方法对传统粒子方法中的核梯度进行了修正,采用了一种新型的耦合边界条件,添加了表面张力和人工应力的计算程序．应用改进的光滑粒子动力学方法对液滴冲击液膜问题进行了数值模拟．得到了不同时刻液滴内部的压力变化特征,精细地捕捉了不同时刻的自由面,从机理上分析了液滴产生飞溅的条件,探讨了韦伯数,表面张力对液滴冲击液膜问题的影响．计算结果表明,改进光滑粒子动力学方法能够有效地描述液滴冲击液膜的动力学特性和自由表面变化特征,能够得到稳定精度的结果．     

Collective diffusion in a two-dimensional liquid composed of Janus particles

The collective diffusion of anisotropic particles in liquids plays a crucial role in many processes, such as self-assembly. The patchy particle, which is usually nearly spherical in shape, is an important anisotropic particle with different properties from other anisotropic particles like the ellipsoid liquid crystal particles. In the present study, molecular dynamics simulations are performed to study the collective diffusion of a two-dimensional anisotropic liquid system composed of Janus particles. The static structures and diffusion behaviours of anisotropic and isotropic Lennard-Jones liquids are compared. The long-time diffusion behaviour of an anisotropic liquid of nearly spherical Janus particles is found to be similar to that of an isotropic liquid because the orientation of the particles disappears over long-term averaging. The anisotropic properties of the Janus particles are mainly reflected in the spatial correlation of particle orientations and mid-time diffusion behaviour. The difference between nearly spherical anisotropic particles and rod-like particles is also discussed in this paper.     

Collision geometry and particle production in high energy heavy ion collision experiments

An overview of research status of soft physics in high energy heavy-ion collision experiments and recent experimental results are presented. This paper includes four parts: 1) Theoretical predictions of quark-gluon plasma and introduction for high energy heavy ion collision experiments. 2) Experimental status on collision     

润湿性梯度驱动液滴运动的格子Boltzmann模拟

运用考虑了固体与液体间分子作用力的格子Boltzmann方法,数值研究了由于固液界面上表面张力梯度引起的Marangoni效应驱动的液滴运动.当表面张力梯度较小时,计算结果和前人的理论预测符合较好.而表面张力梯度较大时,由于液滴不变形和准平衡态等假设不再满足,理论预测的液滴运动速度高于数值模拟的结果.计算结果显示,在向亲水端运动过程中液滴内部出现旋涡结构,当润湿性梯度较大时,其前进速度和接触角随时间变化出现振荡. 关键词： 润湿性 格子Boltzmann方法 Marangoni效应 液滴