粗糙微通道内液体流动的多尺度耦合模拟

采用分子动力学与有限容积法多尺度耦合算法对粗糙微通道内的液体Poiseuille流动进行了模拟。分析了粗糙元高度、分布以及几何形状对通道内流动速度和边界滑移长度的影响。结果表明：随着粗糙元高度的增加,流动速度和粗糙元间隙底部壁面上滑移长度均减小;粗糙元分布越密或不同几何形状粗糙元所对应的固壁原子数越多,滑移长度越小,但...     

FV-MD耦合算法在微通道流动研究中的应用

本文采用有限容积(FV)-分子动力学(MD)耦合算法对微通道内的液体流动进行了模拟研究.分析了通道宽度以及流固作用势强度对流体流动形式和壁面滑移速度的影响.结果显示:通道宽度减小与流固作用势的减弱都会使速度分布与宏观尺度下的分析解出现更大偏离,滑移速度与滑移长度明显增加.对于流体为液体氩,壁面为金属铂的工况条件,当通道宽度超过约0.6μm时,滑移速度不足最大流速的0.5%,滑移长度不足通道宽度的0.2%.     

微细通道内蒸发薄液膜区壁面滑移及微流动特性

基于扩展Young-Laplace方程和动力学理论研究微通道中蒸发薄液膜区固液界面附近流动和传热特性,考虑压力特征、壁面滑移和温度跳跃建立物理模型.利用边界层近似,提出一种计算固液界面吸附微液层热阻的方法,导得固液界面的热阻和温度.数值模拟结果表明,壁面微流动会降低毛细压力梯度,增加壁面热阻,降低液相过热度,恶化液膜铺展和传热性能,在薄液膜区不可忽略.阐明壁面微流动含义,指出滑移系数与吸附流动微液层厚度的关系.     

过渡区微尺度流动的有效黏性多松弛系数格子Boltzmann模拟

为提高采用二维九速离散速度模型的格子Boltzmann方法 (LBM)模拟微尺度流动中非线性现象的精度和效率,引入Dongari等提出的有效平均分子自由程对黏性进行修正(Dongari N,Zhang Y H,Reese J M2011 J.Fluids Eng.133 071101);并针对以往研究微尺度流动时采用边界处理格式含有离散误差的问题,采用多松弛系数格子Boltzmann方法结合二阶滑移边界条件,对微尺度Couette流动和周期性Poiseuille流动进行模拟,并将速度分布以及质量流量等模拟结果与直接模拟蒙特卡罗方法模拟数据、线性Boltzmann方程的数值解以及现有的LBM模型模拟结果进行对比.结果表明,相对于现有的LBM模型,引入新的修正函数所建立的有效黏性多松弛系数LBM模型有效提高了LBM模拟过渡区的微尺度流动中的非线性现象的能力.     

带凹槽的微通道中液滴运动数值模拟

运用改进的耗散粒子动力学方法模拟了液滴在由凹槽所构成的粗糙表面微通道内的运动行为.改进的耗散粒子动力学方法采用新近提出的一种短程排斥、长程吸引相互作用势能函数,从而可以模拟带有自由面的流体,如液滴等.模拟了新势能函数下液滴与固体壁面的静态接触角,并用2次多项式拟合了"接触角-a_wf/a_f"变化曲线.研究了液滴在带凹槽的微通道中运动时,微通道壁面浸润性、外场力、液滴温度对液滴流动特性的影响.研究表明壁面浸润性和外场力对液滴流动特性的影响较大,液滴温度对液滴流动特性的影响较小.研究结果对运用耗散粒子动力学方法模拟并分析微流体在复杂微通道的流动有一定的参考价值.     

微通道流动沸腾气泡受限特性实验研究

本文利用可视化手段实验研究矩形截面微通道(1 mm×0.5 mm)内发生流动沸腾时气泡的生长及受限现象。实验使用去离子水为工质,气泡受限过程由高速CCD相机观察并记录。研究发现,气泡高度方向通道壁面的存在对气泡在该方向的生长产生强烈的限制作用,气泡生长后期顶端气液界面在并未与限制壁面接触时其曲率便明显减小,壁面对气泡生长的限制作用通过其对气泡界面施加一个壁面限制力而体现.通过对比不同运行工况条件下的气泡受限现象,分析讨论了气泡受限过程中其界面形状变化规律及影响因素。     

间断型波纹微通道内沸腾换热特性研究

本文通过MEMS技术设计并加工出一种间断型波纹微通道。采用丙酮为工质,借助高速同步测量系统对间断型波纹微通道内的流动沸腾换热特性进行了实验研究。通过与传统的矩形直通道对比,分析了两种微通道的流型、换热系数和底面温度分布。实验结果表明:间断型波纹微通道的出口处能维持稳定的环状流,有效推迟了局部干涸。由于特殊的壁面结构能提升沸腾换热性能,所以间断型波纹微通道的换热系数要高于矩形直通道,增幅接近70%。相同工况下,间断型波纹微通道底面温差更小,提供了更好的温度分布均匀性。     

微通道气液同向流动中气泡射流特性

利用高速CCD成像技术,本文研究了梯形横截面微通道内的气泡喷射流动.通过调节同向流动时空气和水流量,研究了气泡形成的大小和频率等变化特性;以及微通道内的流型变化.实验结果表明,气泡喷射频率随空气流量的增加而增大,同时随水流量的增加而上升,且上升幅度渐趋平缓.     

微通道中流体流动的分子动力学模拟

本文建立了周期外力作用下流体在微通道间流动模型.以此模型为基础,模拟计算了氩在亲水性和憎水性平行平板壁面间的流动过程,并对速度分布、温度分布等进行了统计.模拟结果表明在憎水性壁面附近,易观察到速度滑移和温度阶跃现象,而亲水性壁面上则反之.与N-S方程和能量方程的解进行了比较,亲水性通道速度和温度的模拟结果与分析解吻合较好,憎水性通道的模拟结果与分析解相差较大.同时,对300℃下不同密度水的流动进行了模拟,随着密度的增大,在壁面附近流体流动特性发生了变化.     

直接模拟蒙特卡罗方法在微通道流动模拟中的应用

直接模拟蒙特卡罗方法是一种求解稀薄气体流动换热新的数值方法。本文采用该方法对Kn数跨越速度滑移区和过渡区的三个微通道内的流动进行了数值模拟,给出了通道内速度、压力及局部阻力系数的变化曲线.为了表明通道横纵比对流动的影响,还对每个算例在不同的横纵比下进行了比较。结果表明,微通道内的流动特性不仅与Kn数有关,而且与通道的横纵比也有很大的关系。     

FVM-MD耦合算法在碳纳米管绕流中的应用

本文采用有限容积法(FVM)-分子动力学(MD)耦合算法,模拟研究了碳纳米管绕流现象.在液体流动方向和垂直于流动的方向同时用非周期性边界条件处理,相比于传统的周期性边界条件,更准确地描述了液体流动.耦合方法与纯MD方法进行比较的结果显示耦合方法不但可以节省计算时间,而且在保证精确刻画局部微观细节的前提下,能更加准确地描...     

耦合方法在超高速碰撞数值模拟中的应用

 相比于传统的数值方法，无网格光滑粒子法（Smoothed Particle Hydrodynamics，SPH）更适合模拟超高速碰撞问题，它能够清晰地模拟材料界面，并且能够克服中网格大变形导致的数值不稳定。然而在SPH方法中，为了得到t时刻一个节点上的物理量，需要先找出与它相互作用的临近节点，导致计算速度很慢，计算所需的时间远远大于有限元方法所需的时间。采用SPH与Lagrange法相耦合的方法对3D超高速碰撞过程进行了模拟研究。计算结果表明：SPH与Lagrange法耦合方法的计算结果与SPH计算结果精度接近，并且能够大大地节省计算时间。     

粘性不可压流的变分多尺度数值模拟

在变分多尺度的理论框架内,将待求解的各个物理量分解到"粗"、"细"两种尺度上.在"细"尺度上采用"泡"函数作为近似函数,通过Petrov-Galerkin方法得到"细"尺度上的近似解;然后引入求解"粗"尺度方程所需的稳定项及与其相适应的稳定化因子;最后运用有限元方法求解"粗"、"细"两种尺度耦合的整体变分多尺度方程,得到有限元近似解.数值算例表明,该处理方法成功地消除了数值求解粘性不可压Navier-Stokes方程过程中,由对流占优和速度-压力失耦引起的数值伪振荡;所引入的稳定化因子适用于结构网格及非结构网格上的数值计算.     

温度对微通道CH4/O2/H2O自热重整暂态特性的影响

利用计算流体力学软件CFD和化学反应动力学软件CHEMKIN研究了微通道内催化壁面温度、反应混合气体初始温度对镍基催化剂上CH₄/O₂/H₂O自热重整反应暂态特性的影响。结果表明,微通道内的甲烷自热重整反应暂态特性与温度关系密切。温度越高,反应趋于平衡所需的时间越短;当反应器壁面温度较高时,提高反应混合气入口温度对反应影响不大;在相同的温升下,提高反应器壁面温度比提高反应混合气体初始温度对反应过程中氢气的产生和甲烷的转化更有利。     

高剪切率的Couette流下液氩流体热导率的分子动力学模拟

基于平衡分子动力学(EMD)模拟方法,对Lees-Edwards周期性边界条件作一修正并成功地应用其形成具有高恒定剪切率的Couette流动,最后通过Green-Kubo公式计算得到了剪切流下液氩流体的热导率。计算结果,表明在剪切流下液氩流体的热导率仍然表现为各向同性,同时还发现流动方向的热导率不随流动剪切率的增加而发生变化,并且该值跟静态下液氩的热导率(λ=0.132 Wm~(-1)K~(-1))基本一致。     

Numerical Simulation of Two-Dimensional Flow over Three Cylinders by LatticeBoltzmann Method

The numerical simulation using the multiple relaxation time lattice Boltzmann method (MRT-LBM) is carried out for the purpose of investigating the two-dimensional flow around three circular cylinders. Among these three circular cylinders, one of the three cylinders on which a forced in-line vibrating is used to do this research and attempt to find out the effects of the movingcylinder and the other two rigid cylinders on the wake characteristics and vortex formation. As a benchmark problem to discuss the problem of lift coefficient r.m.s for these cylinders with spacing ratios T/D between other rigid side-by-side cylinders, and the calculation is carried out with two compared cases at Reynolds number of 100, two of the cylinders are rigid and the other one is an in-line vibrated cylinder lying downstream, in addition, forced vibrating amplitude and frequency are A/D= 0.5 and f_ν=0.4 (where A is the forced amplitude, D is the cylinder diameter, and f_ν stands for the vibrating frequency, respectively). The calculated results not onlyindicate that the spacing ratios T/D (T is the center-to-center spacing between the two upstream cylinders) have influence on the wake patterns and the formation of vortex shedding, but also analyze the lift coefficient r.m.s for the three cylinders with the spacing ratios S/D (where S is the center-to-center spacing between the center of upstream two side-by-side cylinders and downstream cylinder).     

激光线聚焦驱动平面银靶的二维数值模拟

介绍新研制的二维非平衡辐射流体力学程序XRL2D的物理方程以及计算方法,并对神光Ⅱ上典型的类镍银X光激光实验条件,用3种ALE计算方法模拟了预主脉冲线聚焦驱动银平面靶的流体运动.几种方法模拟给出的物理图像清晰且相似,类镍离子丰度分布呈弯月形,同实验上XRL场图呈弯月形分布一致.对3种计算方法给出的结果进行了细致的比较分析.     

二维GEL耦合方法的研究及对爆炸容器的数值模拟

 将以Euler方法为基础的MF PPM（Piecewise-Parabolic Method）程序和以Lagrange方法为基础的DEFEL（2-D Finite Elements Code,二维流体弹塑性动力有限元）程序,根据压力和法向速度连续准则进行耦合,发展了基于Level Set的GEL（Ghost-Fluid Euler-Lagrange）方法。该方法在处理大变形流场与小变形结构以及复杂流动与多物体相互作用等问题具有优越性。通过二维算例的计算结果与文献比较,检验了GEL方法和耦合程序的正确性,并对球形和椭球封头的爆炸容器进行了数值模拟,通过与实验结果的比较分析,表明本研究程序可以比较好地处理内爆引起的壳体流固耦合问题。     

升球法测量变温液体粘滞系数

将传统落球法测定液体粘滞系数改为升球法进行试验,很好地控制小球上升匀速段,提高精度;同时配以激光光电计时器计时,使测量结果更加精准。另外,本套装置中配设水循环系统,室温和变温下的液体粘滞系数均可测量。     

胶体中排空作用的耦合效应

通过Monte Carlo模拟和接受率方法研究了限制在圆柱形管道中大胶球之间以及大胶球与管壁之间排空作用的耦合效应.研究发现,当两个大胶球靠近时,大胶球之间的排空作用因与大胶球与管道壁之间的排空作用耦合而得到加强,同样当大胶球与管道壁靠近时,大胶球与管道壁之间的排空作用也因与另一大胶球之间排空作用的耦合而得到了加强.此外,研究还发现,随着圆柱形管道直径的减小,胶球之间、胶球与管道壁之间的排空作用的耦合效应是增强的. 关键词： 排空作用的耦合效应 接受率方法 Monte Carlo模拟