滴状模式下液桥形成及断裂的电流体动力学特性研究

对电场作用下微通道荷电液滴脱落过程中液桥形成及断裂的显微演变特征进行了可视化实验研究.借助时空分辨率较高的高速摄像技术精确捕捉了电场作用下液桥形成及断裂的界面演化过程,研究了液桥的界面结构变化及其断裂的动力学显微演变行为,获得了时间特征数、电邦德数及半月面形成角对液桥长度及断裂顺序的作用规律.实验结果显示,液桥断裂长度取决于黏度与表面张力之比,而受荷电弛豫时间的影响甚微,低电压工况下各实验介质液桥相对长度的变化并不明显,而在较高电压工况下相对液桥长度的增长速度加快.随着电邦德数的不断增加,液桥长度的变化在较高邦德数下更为明显且存在突变区,此时伴随着雾化模式的转变,表明液桥的突变恰恰是雾化模式过渡的信号.不同物性介质的射流过渡行为由于液桥上下游形成角的变化而存在较大差异.对于无水乙醇介质,电邦德数的增加使滴状模式首先过渡到纺锤模式,而对于生物柴油,滴状模式后会首先出现脉动模式而非纺锤模式.      

重力影响下板间液桥断裂距离研究

运用实验测量和数值模拟两种方法对两平板间特征尺度为毫米量级的液桥断裂距离进行了研究,定量地给出了在有重力和无重力两种条件下,液桥断裂距离随着液桥体积和固体表面润湿性质变化的规律。结果显示,重力对液桥断裂距离的影响随着液桥特征尺寸的增大而增大,当特征尺寸达到毛细长度时,重力对亲水表面间液桥断裂距离的影响可达11%以上,对于疏水表面间的断裂距离影响更增加到20%以上。通过Surface Evolver软件可以很好地模拟准静态液桥拉伸-断裂过程,得到准确的液桥断裂距离。结果表明,即使在液桥特征尺寸小于毛细长度的条件下,液桥断裂距离也不能完全忽略重力的影响。     

阿姆斯特朗电解液液桥的实验现象及断裂机理研究

阿姆斯特朗液桥是电流体力学领域中的一种有趣现象,它悬在空中抵抗重力流动的神奇状态引起了人们的广泛关注.近十几年来,去离子水液桥已经通过理论和实验得到深入研究,但是对于电解液液桥的研究依然十分有限.本文以Na2SO4电解液作为形成液桥的实验液体,利用高速摄相机和红外热像仪研究了电解液液桥的形成过程、焦耳效应、流动中的热气泡产生及其破碎导致的液桥断裂等现象,提出了不同于去离子水液桥的断裂机理,有助于进一步加深人们对液桥这一复杂现象的理解.     

原子力显微镜轻敲模式下由液桥引起的能量耗散

轻敲模式下的相位像反映的是探针样品间接触分离过程的能量耗散, 大气环境下的能量耗散主要由液桥引起. 因此为理解成像机理, 本文分析轻敲模式下液桥的形成和破碎的动力学过程, 得到此种模式下的耗散能.     

Marangoni效应下的液桥自由面

改进Ｏｓｈｅｒ的ＬｅｖｅｌＳｅｔ方法用来计算考虑Ｍａｒａｎｇｏｎｉ效应的液桥自由面及内部的涡流．提出以双调和函数来作为Ｌｅｖｅｌ函数,从而避免了它们的奇性．求出的自由面的波纹形状以及二次涡远比简化算法所得要小．     

冻融循环作用下沥青混凝土分形断裂特性研究

沥青混凝土作为一种主要的路面材料,暴露于外部寒冷环境下冻融损伤是不可避免的。通过对经历不同冻融循环次数的沥青混凝土试件进行CT扫描,采用数字图像处理技术对CT灰度图像进行处理分析,可获得其内部冻融损伤情况。基于分形理论量化表征了冻融循环作用下内部裂纹扩展的几何特征。沥青混凝土经过冻融循环后的断裂韧性被认为是决定其力学性能损伤程度的关键指标,建立了考虑分形特征的临界裂纹应力、应力强度因子和断裂韧性方程。研究发现：平均分形维数反映了冻融循环过程中的波动特征;断裂韧性由裂纹几何参数决定;弹性模量、临界开裂应力及断裂韧性等力学参数随冻融循环次数的增加而逐渐减弱。

     

液电冲击波的实验研究

本文用水下电火花微爆炸产生重复性极佳的球形冲击波,用双曝光全息干涉法测量了液电冲击波的传播,并观察到冲击波与水下电极之间的相互作用.实验结果表明此法适用于液电冲击波的测量,特别适用于由冲击波波前位移来确定其峰值压力分布.     

爆炸与电磁加载下无氧铜环、柱壳的断裂模式转变

考虑断面收缩率、局域断裂应变以及平均断裂应变,并基于电磁膨胀环、爆炸膨胀环(柱壳)实验平台,研究了高纯无氧铜(TU1)环及柱壳在高应变率载荷下的膨胀断裂行为。采用高速摄影技术拍摄柱壳外壁的膨胀断裂形貌演化过程,用于确定柱壳平均断裂应变;利用激光干涉测速技术获得样品径向膨胀速度历史,用于确定加载应变率;利用样品的全回收测量及微观表征,确定了无氧铜环、柱壳的局域断裂应变及断裂模式。实验表明,随着应变率的增加,TU1材料的平均断裂应变增加,断面的收缩程度加剧,并在应变率约为1.0×104 s-1附近会出现明显的断裂模式转变,断面收缩率出现量级上的跳跃,从100变化至约103,局域断裂应变呈现明显的分区现象。     

液粘离合器摩擦特性及热负荷特性研究

本文针对新型液粘离合器的摩擦系数和热负荷进行试验研究,其中摩擦系数是液粘离合器特性的核心衡量指标,通过摩擦学理论研究,确定液粘离合器的摩擦状态,找到适用的试验方法对其进行了测试计算,根据结果进行分析,得出液粘离合器在不同转速差、不同入口油温以及不同正压力的摩滑状态时摩擦系数的变化趋势,并得到不同转速差对摩擦系数的影响公式;应用润滑油流量和摩擦功率损失计算液粘离合器的热平衡温度,并通过试验对摩擦片的热负荷进行了研究,对比分析液粘离合器热量散失的方式,发现液粘离合器摩擦片摩滑状态的热负荷计算公式有待改进;针对摩擦片轴向温度分布不平衡,制定了润滑流量的匹配结构优化方案.     

纳米颗粒多相流体动力学研究及应用

纳米颗粒多相流研究是目前多相流研究中新的研究方向及重点发展领域. 为探索纳米尺度多相流相间作用机理及内部存在机制,采用理论分析及数值计算手段,对一般动力学方程的封闭处理、颗粒碰撞率宏观模型的有效构建、颗粒凝并系统动力学演变特性的机理分析、非稀相问题碰撞率的求取、双变量问题求解方法的建立以及一些实际应用进行了系统研究,提出了新的针对纳米尺度颗粒动力学演变的一般动力学方程求解方法,并将其应用于实际工业过程问题的研究. 该文对上述研究工作进行了综述.     

压缩载荷作用下岩石类材料的断裂模式研究

为了解岩石类材料在压缩条件下的裂纹扩展规律,本文对含有内部倾斜裂纹的石膏板试件进行了双轴压缩实验. 研究表明:在通常情况下岩石裂纹按I 型张拉模式扩展,但随着裂纹表面摩擦系数μ和围压与纵向荷载比值λ的提高,翼裂纹扩展的偏转角随之减少.当裂纹表面摩擦系数和围压与纵向荷载比值足够大时,例如,μ=0.83和λ=0.315,岩石裂纹按Ⅱ型剪切模式扩展.然而,当裂纹表面摩擦系数和围压与纵向荷载比值进一步增加时,石膏板试件将发生强度破坏.本文提出了一个理论模型用以解释和描述这一实验现象.     

单个液滴碰击表面时的流体动力学特性

本文从实验上和理论上研究了液滴和固体表面碰击时的流体动力学特性,测定了液滴在表面上的瞬时扩展半径,利用能量分析法建立了液滴碰击后的扩展模型。由数值解得出的计算值与实验结果能较好地符合。     

增强聚丙烯的力学性质及断裂模式的研究

本文通过拉伸及松弛实验,研究了温度和形变速度对材料强度的影响,重点探讨了材料的时温等效关系,并通过电子显微观察,分析了材料形变及断裂过程的特点,断口类型及其影响因素。     

微重力下液封液桥内振荡热毛细对流的数值模拟

对微重力条件下液封液桥(流体采用KF-96硅油和FC-70氟化物,桥高1.4~4毫米,内层直径2或3毫米,外层直径5毫米)和单层液桥(流体采用KF-96硅油,桥高1~1.6毫米,直径2毫米)内的热毛细对流进行了数值模拟,模拟条件与Majima等的实验条件相同。从理论上证实了大温差条件下将出现振荡热毛细对流,确定了发生振荡的临界条件并与相关实验结果进行了对比,同时还计算了振荡频率。     

电流变液滑动轴承的数值研究

基于油膜内屈服面位置可能出现的4种情况，Tichy提出了用于Bingham流体滑动轴承特性及其屈服面位置的计算方法，在将该计算方法推广到电流变液滑动轴承的计算时，发现随着外加电场强度的变形，出现了轴承风屈服面位置不变的非物理结果，而且Tichy的方法只能适用于无限宽滑动轴承，为了对有限宽度的电流变液滑动轴承进行数值研究，采用了类Bingham模型，通过差分离散和超松驰迭代的方法对雷诺方程进行求解，计算结果表明：电流变流滑动轴承内的压力分布可以通过外加电场强度来控制，轴承间隙内屈服面位置随电场强度变化而产生的移动是使轴承润滑性能得以改变的重要力学机制；在轴承以高剪切速率运转时，由于电流变液表观黏度随电场强度的变化已经很小，该机制在轴承的设计中尤为重要。     

复合材料桥连的断裂动力学模型

复合材料产生裂纹后，其纤维处形成“桥连”，这是一个不可避免的现象。由于桥连问题很复杂．在数学方法的处理上有很大困难，至今人们研究大多是桥连的静力学问题．而对其动力学问题研究得很少。为了便于分析复合材料的问题，将桥连处用载荷代替，当裂纹高速扩展时．其纤维也连续地断裂。只有建立复合材料的桥连动力学模型，才能更好地研究复合材料的断裂动力学问题。通过复变函数论的方法，将所讨论的问题转化为Riemann—Hilbert问题。利用建立的动态模型和自相似方法，得到了正交异性体中扩展裂纹受运动的集中力P及阶跃载荷作用下位移、应力和动态应力强度因子的解析解，并通过叠加原理，最终求得了该模型的解。     

岩石蠕变断裂特性的试验研究

以一类红砂岩为例对蠕变条件下岩石裂纹的起裂和扩展的机理、准则进行了试验研究和理论分析．试验结果表明，岩石裂纹常常在初始应力强度因子KI小于断裂韧度KIC的情况下，经过一段时间的持续蠕变变形产生裂纹起裂和扩展．当然，初始应力强度因子KI小于断裂韧度KIC是有限度的，KI不得小于另一固定值KIC2，KIC2表征了岩石在蠕变条件下抵抗裂纹起裂和扩展的能力，而且其值小于KIC，可称之为蠕变断裂韧度．在岩石工程的设计和计算中，KIC2是一个重要参数．     

微焊点电致损伤与断裂的实验及数值研究

本文制作了微焊点试件,并通过施加较大的电载荷使其发生了电迁移。对微焊点在电迁移过程中的微观组织形貌及其演化进行了观察。结果发现,高温和常温条件下的电致失效模式都是阴极处的界面断裂,但是低温条件下的迁移试件会在阳极处形成凸丘,而高温下则没有。此外,本文还测试了微焊点在电迁移过程中的电阻、温度场以及塑性变形,以期找到微焊点电致损伤的表征方法。实验表明,红外方法可以快速准确地发现焊点表面和内部的缺陷,而电阻值对微焊点的电致损伤并不敏感。最后本文采用有限元方法分析了微焊点的电致应力及空位浓度,较好地解释了微焊点电致失效的机制。     

撞击载荷下充液双层结构响应特性的试验研究

为研究充液双层结构在碰撞过程的动力响应特性,对简化的双层板结构开展了系列碰撞试验,并对比了在有无充水条件下被撞结构的动态响应。研究结果显示,液体在碰撞过程中对顶板的缓冲和保护作用。最后通过分析有无充水条件下撞头加速度和内部扰动压力等试验数据,研究了充水与结构的流固耦合效应对碰撞响应的影响。

     

海洋工程流体动力学的模拟实验研究

在人们探索海洋利用海洋的同时,海洋工程流体动力学应运而生。它通过理论分析,现场观测和模拟实验,掌握海洋现象的基本规律,确定海洋环境的动力学性质,从而给出有关海洋工程结构研制及运行的基本依据。