微尺度气体流动特性实验研究

现有关于微尺度下气体流动特性的文献结果差异很大,甚至互相矛盾.文中提出入口效应以及充分发展段的流动特性与常规尺度的差异可能是影响微尺度下气体流动特性的关键因素.搭建了单相气体流动特性实验研究系统,针对这一影响因素对气体流动特性的影响规律进行了系统分析,证实了上述结论,发现微尺度下充分发展段流体的摩擦阻力明显小于常规理论预测值.针对微尺度下气体流动特性进行了系统分析.     

磁电耦合效应对微纳米尺度热辐射的影响研究

当材料中的电(磁)偶极子在电场或者磁场中产生磁(电)的交叉响应时,磁电耦合效应即被建立起来。为了研究此效应对微纳米尺度热辐射的影响,本文在涨落电动力学的框架下,利用并矢格林函数方法和涨落耗散原理,建立了热辐射的宏观电磁模型。研究表明:磁电耦合能够强烈调制表面波,从而对热辐射产生较大影响。此研究有望对于利用这种介质(作为热源或热沉)进行纳米尺度的热管理以及能量转换,起到积极的推动作用。     

偏工况下壁面粗糙度对泵腔内流动规律的影响

本文将结合雷诺时均方程、RNG k-ε湍流模型和等效沙粒粗糙度模型,研究一离心泵泵腔内的流动规律与壁面粗糙度和运行工况的关系。研究表明:壁面粗糙度对离心泵外特性的影响存在一个峰值,此时绝对粗糙度的值为0.2mm;随着流量的增加,壁面粗糙度对叶轮前、后盖板所受扭矩的影响增加、对离心泵轴功率的影响减小。设计工况下,前泵腔中存在无量纲切向速度α值不变的核心流动区域。在核心流动区域内,随着粗糙度的增加,α值先减小,达到极小值后趋于稳定,稳定值为0.51。在前盖板附近,极小值往粗糙度较大的方向移动。小流量工况下,湍流核心区域消失,动、静壁面附近α值随流量的变化规律相反。大流量工况下,湍流核心区域减小,且更加靠近静壁面。     

粗糙度与气体稀薄性对微尺度流动特性的影响

对氮气和氦气在粗糙微通道以及光滑微通道内流动进行了阻力特性实验研究。实验结果表明,即使在较小的相对粗糙度高度下,由于微通道中的粗糙度分布密集,会极大地增加流动阻力,这是导致文献中微通道流动阻力系数实验值相互偏差的主要原因之一;而对于滑移区的气体流动,气体稀薄性使流动阻力明显减小而导致流量增加。     

微尺度下壁面粗糙度对面向导热影响研究

随着空间尺度的缩小,界面对导热的影响就会越来越明显。本文采用非平衡分子动力学模拟方法模拟了壁面的粗糙度对面向导热的影响,并给出微尺度下的粗糙度定义。在模拟中构造了不同的壁面粗糙度,得到了面向热导率随着壁面粗糙度增加而减小的结果。分析认为壁面的镜面反射率随着粗糙度增加而减小,而镜面反射率减小将导致热导率下降．     

理想量子气体的尺度效应

根据欧拉-麦克劳林(Euler-MacLaurin)公式,导出有限理想量子气体的热力学量表达式,揭示系统尺度和边界形状对其性质的影响.结果表明,有限尺度效应导致了一系列与热力学极限条件下不同的性质特征,如系统的非广延性和压强的各向异性等.     

纳米尺度流动速度计算的新方法

采用流体力学中流量与流速的计算和分子动力学相结合的方法,模拟液态氩在纳米通道内的三维Poiseuille流动和驱动方腔流动,计算流体流速.结果表明:平板形纳米通道内,该方法求得的流速与传统分子动力学方法所求流速基本吻合,可以用该方法计算不同壁面情况下的流速;对于纳米方腔通道内的流体,在不同模型下两种方法计算出的流速分布大致相同,但是其边界速度差别很大,在边界的速度计算方面新方法的精确度更高,收敛速度比传统方法快.     

考虑壁面接触效应的微流动数值模拟

使用level set和volume of fluid(VOF)方法对考虑壁面接触效应的不可压缩两相微流动进行数值模拟.对于level set方法,计算基于MAC网格,使用二阶投影算法求解二维Navier-Stokes(N-S)方程和level set函数方程;对于VOF方法,通过引入计算网格内的体积分数,将流场的参数转化为体积平均值,界面的形状由体积分数连续方程的解决定.给出一些计算实例,并和现有的实验结果进行比较.     

气体在微圆管内层流换热的壁面效应的研究

微通道内流体流动与换热规律不同于常规尺度，这可归因于“贴壁层”流体分子与壁面相互作用的影响．当通道尺度小到与分子自由程可比时，贴壁层影响就不能忽略，贴壁层内流体的输运性质将不同于贴壁层以外流体的输运性质.在已求得贴壁层内气体粘度变化的基础上也同样可求得贴壁层内气体导热系数的变化．以此为基础，求解了微圆管内气体完全发展的层流换热。     

纳米尺度下气体导热的DSMC模拟

本文采用直接蒙特卡洛方法(DSMC),对三维空间内纳米尺度下氩气的导热现象进行了数值研究。研究发现:当Kn较大时,气体的导热具有明显的尺度效应,热流密度分布呈抛物线形状;由于没有考虑Kn层内分子自由程的分布情况,现有的理论预测公式高估了纳米尺度下气体的热导率;如要准确预测纳米尺度下气体的热导率,需要对预测模型中气体分子自由程进行修正。     

壁面结构对非定常薄膜流动表面波特性的影响

采用VOF方法,在入口处引入周期扰动,对沿矩形结构底板下落的二维非定常薄膜流动进行直接数值模拟.计算结果表明,不同频率的外加周期扰动在流场中激发出不同波长的自由表面波.当壁面结构的波长与之相比较小时,由于壁面结构引起的静态波骑行在外加扰动形成的行进波上.若这两个波长相近,非线性效应将促进附近的表面波之间的合并.当薄膜无...     

纳米尺度下毛细流动的分子动力学模拟

采用分子动力学模拟研究纳米尺度下壁面润湿性对毛细流动的影响,主要考虑纳米通道两侧壁面润湿性相同与不同两种情况。研究表明：两侧壁面润湿性相同条件下,毛细流动随着壁面润湿性增强而加快, 毛细高度随时间的变化早期偏离Lucas-Washburn理论,但后期与其预测符合。在纳米通道两侧壁面润湿性不同的情况下,液面会发生振荡,两侧壁面毛细高度也不相等,且液面振荡的幅度和两侧壁面毛细高度差都随着两侧壁面润湿性差异的增大而增大。基于能量转化分析,提出两侧壁面湿润性不同情况下纳米通道中毛细流动发生的条件以及毛细流动快慢的判别依据。研究结果加深了对纳米尺度下毛细流动机理的认识,并为相关工程应用提供理论参考。     

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。     

微尺度型腔内液态金属流动规律模拟研究

修正了传统的Navier-Stoke方程,并利用修正后的方程与Fluent软件对微尺度型腔内Zn-Al合金微流动规律进行了数值模拟.模拟结果表明：液态金属在微尺度管道内的流动规律在管径为0.5mm时出现临界状态,管径越细,速度附面层相对厚度就越大.同时,微管流动存在着宏观流动中没有的“凸进效应”,且随着入口压力增大,流动前沿自由液面的凸进效应减弱.在流动前沿区域和上游区域之间出现负压力梯度区,且管径越细越明显. 关键词： 微管道 微流动 Zn-Al合金     

壁面涂层构型对垂直降膜流动特性的影响

利用特种表面涂层材料对实验管壁进行改性,使液膜形成沟流,实现液膜的内外表面溶液重新掺混;管外涂层的不同构型形成表面张力梯度表面,在吸收过程中可引导液滴向液膜方向运动,促进液膜扰动,从而达到强化传质的目的.通过液膜流动的可视化照片和液膜波动特性的实验结果,对不同状况下的流动形态进行初步分析.     

纳米流体多相流动的多尺度模拟方法

针对纳米流体多相流动的微观特征,提出一种基于格子Boltzmann的多尺度耦合方法,在速度和悬浮纳米粒子分布变化比较剧烈的区域采用细网格多相模型,在其它区域视纳米流体为均匀混合的单相流体,使用粗网格单相模型.为保证不同尺度区域之间的物理信息(参数)的准确传递,运用质量和动量守恒原理,建立跨区域的边界耦合模型.几个算例表明,该方法既可以反映纳米流体流动的微观特征,又能提高计算效率,与单纯使用多相模型相比,节省大量时间.     

纳米尺度下流体剪切流动的分子动力学模拟

利用分子动力学方法模拟流体在两无限大平板间剪切流动过程。研究通道内加入不同体积分数纳米颗粒、体积分数相同纳米颗粒数目不同以及剪切速度对流体密度、速度以及界面滑移的影响。结果表明:近壁区流体数密度呈衰减振荡分布,由近壁区到主流区振幅逐渐减小,颗粒和流体的整体数密度在中心主流区呈抛物线分布。流体剪切应变率随颗粒体积分数的增加逐渐减小,同时剪切应变率和滑移速度之间呈近似线性分布。体积分数相同颗粒数目不同,颗粒在运动过程中呈线,性排列时,剪切应变率最大。随剪切速度的增加,流体滑移速度和滑移长度随之增大,但滑移长度增加量相对较小。     

微通道内气体流动的三维效应

本文使用直接模拟Monte carlo法对三维直微通道内的气体流动进行了数值模拟,对比了不同截面形状的通道 不同驱动压差的情况,探讨了截面形状对微通道内气体流动三维效应的影响以及三维效应对流量-压差关系的影响。     

纳米尺度物质的生物效应和安全性

纳米尺度的物质包括碳纳米管、纳米二氧化碳、纳米三氧化铁和四氧化三铁等，它们与包括氨基酸在内的生物分子和细胞以及动物整体的相互作用受到广泛关注和研究．结果表明这些纳米材料都能和这些生物成分和生物体相互作用，具有明显的生物效应，能够影响生物分子的结构或构象、细胞的生长，且它们的毒性都较小．但从我们获得的资料看，有些纳米物质对生物的整体特性和人的健康有较重的影响．这是我们应该引起严重注意的．