剪切变稀液滴撞击不同浸润性壁面的数值模拟研究

基于有限元法,采用水平集方法捕捉相界面的移动,构建了液滴撞击固体壁面的数值模型.通过修正的幂律模型描述流体的非牛顿剪切变稀特性,探讨了剪切变稀特性对液滴撞击固体壁面后铺展行为的影响,分析了撞击不同浸润性壁面时剪切变稀特性对液滴撞击壁面行为的影响差异.研究结果表明:随着幂律指数m的减小,液滴撞击过程中的黏性耗散减小,液滴的形貌变化及无量纲参数变化更为显著.接触角为55°的情况下:当m降低至0.85时,液滴铺展过程中开始出现显著区别于牛顿流体液滴的振荡现象;当m降低至0.80时,液滴在回缩过程中会出现中心液膜断裂的情况.接触角为100°时,剪切变稀液滴均会出现振荡行为,振荡幅度随着m的减小而增大.接触角为160°时,牛顿流体液滴与剪切变稀液滴均会在回缩过程中弹起,但剪切变稀液滴的弹起速度更快.此外,基于数值计算结果,本文提出了接触角为55°情况下剪切变稀液滴撞击壁面后的最大无量纲铺展直径预测模型.     

脱硫废水液滴与飞灰颗粒碰撞特性数值研究

在利用烟道余热喷雾蒸发脱硫废水时,烟道中的飞灰会与喷雾液滴发生碰撞,进而影响废水处理效率.本文利用大涡模拟(LES)和离散相模型(DPM),模拟脱硫废水喷入烟道的雾化过程及粒径分布,重点考察了烟道飞灰与喷雾液滴碰撞时烟道流场分布及液滴空间分布,分析了Stokes数和喷雾角对流场和空间分布的影响规律.研究结果表明,采用空气雾化喷嘴雾化333.33 L·h~(-1)的脱硫废水,喷雾液滴的粒径分布为20～250μm;无飞灰进入烟道时,Stokes小于1时喷雾液滴速度衰减极快,Stokes大于1时喷雾液滴速度衰减最慢,且喷雾角较大时衰减更快;含飞灰进入烟道时,由于动量交换,喷雾液滴速度衰减更快,且碰撞主要发生于速度衰减到35 m·s~(-1)后的位置.     

石墨表面熔融硅的润湿行为研究

熔融硅在石墨表面的润湿规律对于超薄硅片的横向拉模制造尤为重要.本文利用COMSOL软件模拟了理想条件下熔融硅在光滑石墨表面的润湿过程,并借助高温高真空接触角测量仪对高温条件下石墨表面熔融硅的润湿性能开展了实验研究.考察了石墨表面粗糙度(R_a=0.721μm与R_a=0.134μm)、环境温度(1737—1744 K)、恒温持续时间(10—30 s)等因素对润湿角的影响.结合固-液、气-液界面的压力、速度分布图,分析了恒定温度、毛细效应下表面张力变化对润湿过程的影响机制.研究结果表明,相同温度下,石墨表面硅液滴的润湿角随石墨表面粗糙度增大而减小.对同一粗糙度表面,润湿角在相同温度下随保温时间的增加略微减小,且变化的幅度随温度升高而减小.当液滴半径远小于5 mm时,表面张力在润湿过程中起主导作用;当液滴半径大于5 mm时,液滴自身重力的影响不可忽略.     

气体在微细多孔介质中的流动阻力研究

本文对空气、氢气和氦气流过微细多孔介质内部的流动阻力特性进行了实验研究,分析不同气体在不同颗粒直径条件下摩擦因子与等效雷诺数的关系.结果表明:对于空气、氢气和氦气,当颗粒直径为225μm和125μm时,由于可压缩性的影响,摩擦因子略大于经验公式结果.对于空气,当颗粒直径为90μm和40μm时,实验得到的摩擦因子小于经验公式结果.对于氢气和氦气,当颗粒直径为125μm时,经过可压缩性修正的摩擦因子实验值略小于经验公式结果;颗粒直径为90μm和40μm时,摩擦因子小于经验公式结果.因此,对于空气、氢气和氦气,当颗粒平均直径小于90μm时,微细多孔介质中的流动特性存在稀薄气体效应.     

丁二酸钠和硫酸铵混合气溶胶的光镊受激拉曼光谱研究

采用光镊悬浮技术捕获颗粒尺寸3～8μm的丁二酸钠/硫酸铵混合气溶胶液滴,控制湿度条件、温度条件,通过调节不同相对湿度(RH)并采集氢-氧振动带的受激拉曼峰位信息,利用非弹性米氏散射理论计算实时液滴半径尺寸。计算结果表明,当液滴尺寸响应完湿度的变化后在RH恒定时,液滴半径仍持续减小,这说明丁二酸钠和硫酸铵之间发生了反应,释放出氨气使得液滴半径减小。     

超疏水表面上多液滴合并触发液滴弹跳现象的理论分析

超疏水表面上由冷凝液滴的合并触发的液滴弹跳现象在自清洁、强化传热、防结霜等工程领域均有广阔的应用前景。本文建立了一个能量模型以分析多液滴合并触发的液滴弹跳现象。依据本文模型,在液滴弹跳过程中,涉及到表面能、黏性耗散、重力势能、阻滞功、振动动能和平动动能等能量形式的变化及转换,当有更多的表面能转化为平动动能时,液滴弹跳速度会更快。结果表明,多液滴合并能够释放更多的表面能,分布更集中的液滴之间的合并有利于获得更多的平动动能,使液滴弹跳速度更大。此外,存在最小的临界液滴半径和半径比,小于该半径或半径比时,不会发生液滴弹跳。随合并液滴数量的增加,该最小的临界液滴半径和半径比均减小。     

直流电场作用下生物柴油液滴的雾化特性和燃烧特性研究

设计搭建了电场作用下燃油液滴燃烧实验装置,对比了不同电压下生物柴油液滴的形态演变、变形程度、子液滴等行为,分析了不同电压下液滴火焰形貌演变、火焰尺寸等燃烧特性及最高液滴温度变化。结果表明,电压为3 k V和4 k V的电场会诱发生物柴油液滴产生锥射流,其破碎生成子液滴,尺寸范围为20～120μm,速度基本低于2.5 m·s^-1;受电场对火焰和液滴的综合影响,火焰变化主要表现为高度减小、宽度增大,纵横比减小;电压为1 k V和2 k V的电场降低了最高液滴温度,而当电压增加至3 k V和4 k V时最高液滴温度增加。     

液滴合并动力学行为研究

本文采用格子Boltzmann方法和高速显微摄像装置对液液系统中的液滴合并过程进行了数值模拟和可视化实验观测,研究了液滴形貌变化及其液滴合并动力学行为,并重点分析了液滴合并过程中液桥半径随时间的变化。研究结果表明:当两液滴接触开始合并,液桥半径迅速增加至一极值,随后出现振荡波动直至稳定。在液滴合并初始阶段,存在由黏性主导向惯性主导转变的过渡区域。当液滴合并转为惯性主导阶段时,桥半径与时间的开方之间线性相关,实验与模拟得到的桥半径曲线前因数分别为0.92与1.023,两者基本一致,验证了本文所建立液滴合并数学模型正确可靠。     

基于反射太阳光反演气溶胶光学厚度和有效半径

根据太阳光的极化特性,提出了一种利用单波长太阳光遥感反演球形水凝物气溶胶光学厚度和有效半径的方法.根据矢量辐射传输理论,利用累加法,计算了λ=0.75μm(可见光)和3.3μm(近红外)两种波长太阳光入射时气溶胶的反射矩阵.气溶胶的有效半径为0.01—1.5μm,光学厚度为0.05—1.利用计算机模拟了反演过程,结果表明,当粒子的有效半径小于0.4μm时可以利用可见光波段进行反演;当粒子有效半径大于1.0μm时可以利用近红外波段反演;在0.4—1.0μm之间,利用这两个波段均可以得到精确性很 关键词： 光学厚度 有效半径 极化 反演     

腔增强拉曼技术下的过饱和硫酸镁液滴蒸发动力学初探(英文)

本文通过单光束梯度力光学镊子-拉曼光谱系统,对硫酸镁单液滴随着相对湿度变化的反应进行了探究。当硫酸镁单液滴被光镊捕获之后,通过相对湿度的梯度变化探究了捕获液滴的蒸发动力学变化。发生在与耳语回音模相称波长的受激拉曼散射可以用来准确地确定液滴半径,因此,可以通过腔增强拉曼散射得到在不同湿度下处于平衡的液滴半径信息。本研究通过光镊对硫酸镁单液滴的实时监测,阐述了在某个相对湿度范围内该液滴的粒径变化的过程和结果,在此之前的硫酸镁吸湿性研究中没有先例。研究结果表明在相对湿度逐渐降低至40%的过程中硫酸镁液滴半径的变化速率逐渐变小。而当相对湿度低于40%时,液滴半径的减小会被严重抑制。这种现象表示在高浓度条件下硫酸镁液滴中水的蒸发扩散速率会降低。另一方面,在蒸发过程后的相对湿度上升过程中,硫酸镁液滴尺寸的增加明显缓慢于湿度增长速度。这一现象显示液滴的尺寸变化是不可逆的。说明胶态的形成导致了传质受阻,从而阻碍了液滴中水分子的交换。     

锗中大的长寿命电子-空穴液滴的分时研究

我们曾报导过适当加压的Ge中,可能产生单个的电子空穴-液滴(drop),其半径Υ(?)200μm,寿命τ(?)300到600μS,并把它们叫做Υ液滴,以区别于通常在未加压的Ge中观察到的小液滴。小液滴的Υ(?)5μm,τ(?)40μS。由于加压时,电子-空穴液的密度n减少,Υ-液滴的寿命较长从发光线宽度的测量中得到n减少三倍。因为密度下降,Υ-液滴的无辐射衰减也减少了。液滴尺寸大的原因是不均匀的应力梯度使激子受力聚合到晶体中应力最大和能量最小的区域。把液滴象放大,扫过单色仪的狭     

双芯复合格点光子晶体光纤的负色散特性

介绍了一种双芯复合格点负色散光子晶体光纤,其包层是由连续电介质纯硅背景上挖出的两种大小不同的空气孔构成,芯区是由掺锗的高折射率的材料构成。为了实现负色散,还移去了包层中的一圈空气孔。采用频域有限差分法对其负色散特性进行分析表明,通过调整空气孔间距和两种空气孔的尺寸,可以得到不同程度的宽带负色散。当内芯半径取0.95μm,孔间距取2.15μm,大空气孔直径取1.9μm,小空气孔直径取1.1μm时,可在1.55μm处实现宽带负色散,其半峰全宽超过了200 nm。这种光纤的包层中空气孔呈六边形分布,空气孔的尺寸均大于1μm,降低了制作的难度。这种光纤可以用于波分复用光纤通信系统中的宽带色散补偿。     

蜘蛛网上的水珠

液滴的形状是由其界面能和重力共同决定的.当液滴尺度小于毛细长度时,自由状态下的液滴的形状接近完美的球形.当一个小液体同固体表面有接触时,如果液滴同固体表面完全浸润,液滴将铺开;而在部分浸润的情况下,液滴将维持一个由接触角所表征的泡泡状.     

含盐脱硫废水液滴群在低温烟道蒸发特性数值模拟研究

以含盐脱硫废水在某燃煤电厂330 MW机组空气预热器后烟道的喷雾蒸发过程为研究对象,采用离散相模型研究气液两相流动、传热传质和雾化液滴的蒸发,分析了烟气温度、烟气流速、脱硫废水含盐量、液滴直径对蒸发时间,喷雾含水量、蒸发质量的影响。研究表明:含盐脱硫废水蒸发末期,由于水与结晶盐的相互作用,蒸发速率减小;脱硫废水含盐量越高,蒸发越快,盐分由1.0增加至2.0%,蒸发时间减少0.02 s;液滴直径越大,蒸发结晶的固体越大,相同直径下含盐液滴蒸发时间比不含盐液滴蒸发越短;与不含盐液滴相比,液滴直径为60μm时两者完全蒸发时间基本相当,但液滴粒径180μm时,含盐液滴完全蒸发时间比不含盐液滴缩短0.3 s;温度越高,不同含盐量的液滴完全蒸发时间越接近。     

流体在微细多孔介质中的流动阻力研究

本文对空气和水流过烧结微细多孔介质内部的流动阻力进行了实验研究和数值模拟,分析不同颗粒直径条件下摩擦因子与等效雷诺数的关系.结果表明:对于水,实验及数值模拟得到的摩擦因子与经验公式符合很好.对于空气,当颗粒直径为200μm和125 μm时,由于可压缩性的影响,摩擦因子略大于经验公式结果.当颗粒直径为90μm和40 μm时,实验及考虑速度滑移得到的摩擦因子小于经验公式结果.因此,当颗粒平均直径小于90 μm时,空气在微细多孔介质中的流动需要考虑稀薄气体效应.     

莱氏悬浮液滴振动模式及形状阈值探讨

针对液滴的"莱顿弗罗斯特效应",在研究悬浮液滴振动模式基础上,探讨了星星状液滴各发展阶段的阈值半径,发现了悬浮水滴各振动模式与半径区间的对应规律.理论和实验指出悬浮液滴被两个阈值分为三种主要模式;半径小于下阈值,悬浮液滴因表面张力缩成水珠状;半径大于上阈值,液滴内外气压差过零,破坏原有振动,表现为液滴底部产生大气泡的现象.悬浮液滴处于两模式间时,形成"莱顿弗罗斯特星",星星角数随半径的增大而线性增加;多角数星星随蒸发进行转变为少角数星星.     

光纤式微液滴光学检测与计数单元仿真分析

为实现微流控芯片上微液滴的检测与计数，设计了光纤式检测与计数单元，使用TracePro软件进行建模仿真以便为检测信号处理提供依据。根据液滴通过检测区域时引起的光强变化来实现计数，分析了照明光束准直性、液滴尺寸、液滴相对溶液折射率以及接收光纤相距芯片距离对光强变化的影响。仿真实验结果表明，照明光束准直性越差，液滴半径越大，相对溶液折射率越低，接收光纤距离越近，相对光强变化越明显，并且液滴大小决定着光强变化曲线中是否会出现双波谷现象，液滴半径小于13 μm时，液滴检测信号为明显的单波谷，半径大于17 μm时，液滴信号为明显双波谷。根据仿真结果提出了检测信号的处理方法，表明该单元可以实现微流控芯片上微液滴的检测与计数功能。     

流体在微多孔介质内对流换热实验研究

本文对空气流过烧结微多孔介质内部对流换热进行了实验研究,分析了不同颗粒直径下对流换热努谢尔特数随流量的变化.结果表明:当颗粒直径为200～40μm时,实验得到的对流换热努谢尔特数与已有研究结果符合很好;当颗粒直径为20μm和10 μm时,实验结果略小于已有研究结果,说明空气在微多孔介质中的对流换热需要考虑微尺度效应的影响.同时,根据实验结果给出了微多孔介质内对流换热努谢尔特数与雷诺数的经验关联式,并提出了考虑努森数的修正关联式.     

接触角滞后对组合表面液滴运动的影响

本文通过控制NaOH和(NH_4)_2S_2O_8溶液的刻蚀时间,制备了具有不同接触角滞后超疏水区的0.5 mm-0.5mm超疏水疏水组合表面,可视化研究了常压纯蒸汽下液滴脱落半径,冲刷周期,尺寸分布.电镜表征结果表明,刻蚀时间越长,所制备超疏水表面的微纳结构越细,导致液滴接触角滞后增加。在0.5 mm-0.5 mm超疏水-疏水组合表面冷凝过程中,存在两种排液行为:液滴横向抽吸和液滴跨区脱落。随着超疏水区接触角滞后的增加,对液滴的抽吸作用越强。液滴跨区脱落直径随着超疏水区接触角滞后的增加有减小趋势,表面冲刷周期随超疏水区接触角滞后的增加而减小;与完全疏水表面相比,组合表面疏水区域液滴尺寸较小,主要集中在50μm以内。     

作用于水云粒子的太阳辐射压力

根据球形粒子的Mie散射理论和平行平面大气中的辐射传输理论分析了作用于水云粒子的太阳辐射压力。结果表明,一般情况下当云滴半径不大于10μm时,太阳辐射压力可达云滴重力的百分之几;云滴半径在0.3μm附近时,太阳辐射压力达到极大值,约为云滴重力的百分之几十。因此在云物理研究中应考虑作用于云粒子的太阳辐射压力。