周期壁面电势调制下平行板微管道中的电磁电渗流动

研究了平行板微管道中二维磁流体(MHD)电渗流(EOF)在zeta电势调制下的流动.流体的流动是由两个外加水平电场和垂直磁场所产生的Lorentz力和电场力的组合驱动的.在滑移边界条件下,得到了流函数以及速度分布的解析解.详细讨论了速度随Hartmann数Ha、滑移长度B、电动宽度K等相关的无量纲参数量级变化的变化规律.结果表明,调制的壁面电势会产生一个垂直速度分量,从而导致涡旋的形成.此外,可以观察到,速度的大小随着滑移长度B和电动宽度K的增大而增大.值得注意的是,速度的大小随着Ha值的增大而减小,这与一维流动中Ha值存在临界值的情况不同.     

微通道内电渗压力混合驱动幂律流体流动模拟

为了研究微通道内电渗压力混合驱动幂律流体的流动特性,建立了微通道内电渗压力混合驱动幂律流体的计算模型,其双电层电势、流体的流场分布分别由Poisson-Boltzmann(P-B)方程和Navier-Stokes(N-S)方程描述.讨论了无量纲Debye(德拜)参数K、壁面ζ*电势和幂律指数n对流体流动特性和Poiseuille数的影响.结果表明,当压力梯度与外加电场方向一致(Γ0)时,剪切变稀流体的速度大于剪切变稠流体;压力梯度与外加电场方向相反(Γ0)时,结果相反.Poiseuille数是无量纲Debye常数K、壁面ζ*电势和幂律指数n的增函数.     

柔性圆柱形微管道内的电动流动及传热研究

研究了在纯压力驱动下,流体通过壁面带有某种电荷的聚电解质层（PEL）的微管道，即柔性微管道的电动流动和热传输特性.基于先前得到的电势和速度的解析解以及流向势的数值解,在热充分发展的情况下, 假设壁面热流恒定,利用有限差分法求解了包括黏性耗散和Joule(焦耳)热影响下的能量方程，获得了无量纲温度数值解.通过数值计算，给出了相关的无量纲参数对速度、温度以及Nusselt(努赛尔)数的影响.研究表明,当其他参数固定时,无量纲速度和温度随着无量纲聚电解质层厚度d的增大而减小,随着聚电解质层中等效双电层厚度与双电层厚度之比K_λ的增大而增大；Nusselt数随着Joule热系数S的增大而减小,随无量纲聚电解质层厚度d的增大而减小,随着K_λ的增大而增大.     

微极流体蠕动泵经由滑移边界管道输送的Stokes流动

计及管道边界条件滑移的影响,研究微极流体蠕动泵,经由圆柱形管道输运的Stokes流动.壁面运动的控制方程为正弦波方程.使用润滑理论,得到了轴向速度、微转动向量、流函数、压力梯度、摩擦力和机械效率的解析数值解.用图形表示出构成参数,如像耦合参数、微极参数和表征蠕流泵特性的滑移参数、摩擦力和俘获现象的影响.数值计算表明,当耦合参数较大时,需要蠕动泵的压力更大,而微极参数和滑移参数正相反.俘获团块的大小随耦合参数和微极参数的减小而缩小,而随滑移参数的增大而缩小.     

滑移垂直壁面驻点附近的混合对流边界层流动

就粘性不可压缩流体,研究垂直壁面的滑移,对壁面驻点附近稳定混合对流边界层流动的影响.假定表面温度和外部流动速度与到驻点的距离呈线性变化.首先,将偏微分的控制方程,转变为常微分方程组,然后应用打靶法进行数值求解.对不同数值的控制参数,按分顺流和逆流两种情况,分析和讨论了流动特性和热传导特征.结果表明,逆流时,在浮力参数的某一范围内出现双解;顺流时,解是唯一的.一般而言,速度滑移导致壁面热传导率增大,而热滑移使之减小.     

DTM-BF方法和可渗透收缩壁面上带滑移速度的非稳态磁流体力学流动

研究了运动的粘性导电流体中可渗透收缩壁面上非稳态磁流体边界层流动,利用解析和数值方法对问题进行了研究,并考虑了壁面速度滑移的影响．提出了一个新的解析方法（DTM-BF）,并将其应用于求解带有无穷远边界条件的非线性控制方程的近似解析解．对所有的解析结果和数值结果进行了对比,结果显示两者非常吻合,从而证明了DTM-BF方法的有效性．另外,对不同的参数,得到了控制方程双解和单解的存在范围．最后,分别讨论了滑移参数、非稳态参数、磁场参数、抽吸/喷注参数和速度比例参数对壁面摩擦、唯一解速度分布和双解速度分布的影响．     

基于二阶滑移边界的MHD在可渗透延伸壁面上的驻点流研究

研究了多孔介质中带二阶滑移边界的不可压缩MHD粘性流体在可渗透指数延伸壁面上的驻点流问题.通过相似变换将描述驻点流的控制方程转换为非线性常微分方程,并利用MATLAB的bvp5c函数求解非线性问题.分析并讨论了一、二阶滑移参数,抽吸/喷注参数以及渗透参数对速度分布和壁面剪切力的影响.结果显示在多孔介质中当壁面延伸速度小于外界主流速度时,随着一阶滑移参数、二阶滑移参数绝对值、抽吸/喷注参数以及渗透参数的增大,速度增大,壁面剪切力减小且均为正数;而当壁面延伸速度大于外界主流速度时形成一个反边界层,速度减小,壁面剪切力绝对值也减小且均为负数;二阶滑移参数对速度剖面和壁面剪切力的影响略大于一阶滑移参数的影响,抽吸/喷注参数对速度剖面和壁面剪切力的影响明显大于渗透参数或磁场参数的影响.     

三维PTT黏弹性液滴撞击固壁面问题的改进SPH模拟

基于光滑粒子动力学(smoothed particle hydrodynamics, SPH)方法,对三维Phan-Thien Tanner(PTT)黏弹性液滴撞击固壁面问题进行了数值模拟.为了有效地防止粒子穿透固壁,且缩减三维数值模拟所消耗的计算时间,提出了一种适合三维数值模拟的改进固壁边界处理方法.为了消除张力不稳定性问题,采用一种简化的人工应力技术.应用改进SPH方法对三维PTT黏弹性液滴撞击固壁面问题进行了数值模拟,精细地捕捉了液滴在不同时刻的自由面,讨论了PTT黏弹性液滴不同于Newton(牛顿)液滴的流动特征,分析了PTT拉伸参数对液滴宽度、高度和弹性收缩比等的影响.模拟结果表明,改进SPH方法能够有效而准确地描述三维PTT黏弹性液滴撞击固壁面问题的复杂流变特性和自由面变化特征.     

电渗流中传热传质过程与熵的分析

在壁面存在恒定热通量条件下,分析微通道内电渗流中传热传质过程与熵的生成.建立数值计算模型,分别采用Poisson-Boltzmann方程、Navier-Stokes方程、Nernst-Planck方程和能量方程来描述微通道内双电层电势、流场、离子浓度和温度的分布情况.引入熵产生,进一步研究不同流动参数对流体传热过程的作用,讨论不同流动参数下各热效应的变化规律,并具体分析热效应参数对流体总熵增加及各部分热效应对总熵比重的影响.结果表明,动电参数与Joule(焦耳)热系数的增大会使得传热性能减弱,动电参数对传热性能影响更为明显;流体的总熵为动电参数、传质系数和质量弥散系数的增函数.     

矩形纳米管道中的电动能量转换效率

利用分离变量法,研究了矩形纳米管道内流体的流向势及电动能量转换效率.通过求解电势满足的Poisson-Boltzmann(泊松-玻尔兹曼)方程和速度满足的Navier-Stokes(纳维-斯托克斯)方程,得到了矩形纳米管道内流体的流向势和电动能量转换效率的解析表达式.通过数值计算,分析了电动宽度K(矩形管道的宽度与双电层厚度的比值)、纳米管道高度与宽度的展向比α以及壁面Zeta势ζ等无量纲参数对流向势及电动能量转换效率的影响.结果表明,当其他参数固定时,流向势随K的增加而减小.当K较小时,电动能量转换效率随K的增大而增大;当K较大时,电动能量转换效率随K的增大而减小.此外,流向势随展向比α的增大而变大.对于较小的K,电动能量转换效率随α的增大而变大;当K较大时,电动能量转换效率随α增大而减小.最后,当壁面电势ζ增大,流向势变大,相应的电动能量转换效率有显著的增加.     

四阶流体在一个倾斜有局部滑移的非对称通道中作有热交换的蠕动流

分析研究滑移和热交换对四阶流体作磁流体动力学蠕动流的影响.首先建立模型的控制方程,然后在长波长的假设下,采用标准的摄动法近似值求解;给出的解包括:流函数、速度、压力梯度、温度和热交换系数的显式表达式;分析了滑移参数增大时泵输送性质的变化,及其潴留现象.进而对所出现的变化参数,得到了温度分布曲线和热交换系数;讨论了这些参数对所考虑流动特性的影响;并与以往发表的无滑移情况相比较,结果基本一致.     

微通道中电渗流及微混合的离子浓度效应

电渗流广泛应用于微流控芯片中的流体输运与混合.该文提出了一种离子浓度梯度对电渗流及微混合产生影响的变量模型,采用有限元分析方法对微通道中电渗流及微混合的离子浓度效应进行了数值模拟,分别讨论了zeta电势、介电常数等对微通道内流场和浓度场的影响规律,定量分析了微混合效率.结果表明,当zeta电势和介电常数随浓度变化时,微通道中流场分布不均匀,离子分布不对称.当溶液浓度趋近1 mol/L时,溶液基本无法进入微通道.微混合效率随溶液间浓度差的增大而减小,而且浓度差越大越能在较短距离内到达充分混合.     

温差影响下的局部滑移接触行为的研究

针对不同温度装配件间接触界面的局部滑移问题,建立了三维稳态热弹性局部滑移接触的半解析求解模型.基于热弹性理论与热传导方程,构建了半空间受热流载荷和力载荷作用下的频响函数并建立了相应的影响系数矩阵.借助离散卷积-快速Fourier变换等数学工具,实现了针对高温压头与热弹性半空间局部滑移接触问题的高效求解.接触界面间的热量传递满足Fourier热传导定律,并且黏/滑状态由Coulomb定律确定.基于该半解析模型分析了不同荷载及温差对表面法向压力分布、摩擦力分布、刚体位移及接触区黏/滑演化行为的影响.研究结果表明,当法向荷载和切向荷载一定时,温差的上升会导致接触区域的减小,引起接触面法向压力及摩擦力的峰值增大,并且会显著影响黏着区与滑移区的分布情况.     

计及Hall和离子滑移电流的旋转流体在与时间相关初值条件下的MHDCouette流动

考虑Hall和离子滑移电流的影响,在旋转系统中研究导电流体非稳定的MHD Couette流动．在小数值磁场Reynolds数假定下,推导出基本的控制方程,使用著名的Laplace变换技术,数值地求解该基本方程．分两种情况:磁场相对于流体或者移动平板固定时,得到速度和表面摩擦力统一的闭式表达式．用图形讨论了问题的不同参数,对速度和表面摩擦力的影响．所得结果显示,主流速度u和次生速度v随着Hall电流而增大．离子滑移电流的增大,也会导致主流速度u的增大,但会使次生速度v减小．还给出了旋转、Hall和离子滑移参数的综合影响,确定了次生运动对流体流动的贡献．     

High Accuracy Numerical Simulation of Non-Isothermal Viscoelastic Polymer Fluid Past a Cylinder北大核心CSCD

采用同位网格有限体积(coupled and linked equations algorithm revised,CLEAR)方法求解黏性和XPP (eXtended Pom-Pom)黏弹性流动的控制方程,基于延时修正方法构造了动量和本构方程对流项的高精度AVLsmart格式。首先,为了验证该文方法的有效性,对不同Reynolds数下不可压黏性流体圆柱绕流问题进行了模拟。随后,对等温及非等温不可压XPP黏弹性流体圆柱绕流问题进行了有效模拟,给出了速度矢量、应力分量、拉升量以及温度的分布规律,分析了We数对水平速度、法向应力及拉升量的影响。该文研究成果能为精确预测复杂型腔纤维增强黏弹性聚合物熔体动态充填过程提供理论基础。     

直角坐标系下层状黏弹性地基Biot固结解析刚度矩阵解

基于直角坐标系下Biot固结的基本控制方程,并考虑软土土骨架的黏弹性特性,通过Fourier-Laplace积分变换、解耦变换、微分方程组理论和矩阵理论,推导了黏弹性地基Biot固结三维空间问题和平面应变问题在积分变换域的解析解,进而得到对应问题的单元刚度矩阵.然后根据对号入座原则组装得到层状黏弹性地基Biot固结对应问题的总体刚度矩阵.通过求解总体刚度矩阵形成的线性代数方程,得到层状黏弹性地基Biot固结对应问题在积分变换域内的解答.最后应用Fourier-Laplace逆变换得到其物理域内的解.对比求解黏弹性Biot固结问题退化的弹性Biot固结问题与已有解答,验证了刚度矩阵计算方法的正确性,为层状黏弹性地基Biot固结问题提供了理论基础.     

广义Burgers流体中电渗流动的精确解

就微型平行板间的非Newton流体,给出了其随时间周期电渗流动的精确解.在数学公式化中,利用了广义Burgers流体的构成方程.按Fourier变换方法求解了所得到的问题.最后,用图形画出并讨论了所关注参数的不同变化.     

微极流体薄膜层通过以滑移速度移动的可渗透无限平板时流体特性变化和热辐射对流动和热传导的影响

微极流体薄膜层通过按滑移速度移动的可渗透无限竖直平板时,研究热辐射对混合对流薄膜层流动和热传导的影响.假定流体粘度和热传导率变化是温度的一个函数.对一些典型的可变参数值,应用Chebyshev谱方法,数值求解流动的控制方程.将所得结果与已发表文献的结果进行比较,结果是一致的.绘出并讨论了可变参数对速度、微旋转速度、温度分布曲线、表面摩擦因数和Nusselt数的影响.     

均匀自由流动的非牛顿流体中连续表面上的磁流体动力学流动和热传递

分析在平行自由流动的非牛顿黏弹性导电流体中,连续平展表面移动时的稳态流和热传递特性,该流动处于横向均匀磁场作用下.以二阶流体构建它的本构方程,得到了速度分布和温度断面图的数值结果.讨论了诸如黏弹性参数、磁场参数和Prandtl数等不同物理参数对诸种动量和热传递特性的影响,并给出相关图示.     

滑移和感应磁场对Johnson-Segalman流体蠕动传输的影响

存在感应磁场和滑移条件下,研究Johnson-Segalman(J-S)流体在平面通道中的蠕动流.通道中的流动认为是对称的,并在剪切应力项中考虑了速度的滑移条件.首先给出问题的数学公式,然后在长波长和低Reynolds数近似下,求解该方程组得到摄动解,确定沿管道截面的压力增量、轴向速度、微转动分量、流函数、磁力函数、轴向感应磁场和电流密度分布公式.导出了小数值Weis-senberg数时解的表达式,分析并勾画出诸流动物理量的有趣变化.