湿颗粒堆力学特性的离散元法模拟研究

利用基于线性黏聚接触模型的离散元法对不同颗粒系统的堆积过程进行了数值模拟研究,分析了颗粒形状和湿颗粒间液桥力对颗粒堆积形态的影响机理,获得了球形和块状湿颗粒堆基底表面所受的法向力以及堆中颗粒间的法向力和切向力"中心凹陷"式的分布规律,讨论了颗粒形状和黏聚能量密度对基底表面作用力和颗粒间作用力的影响.研究结果表明,颗粒形状和液桥力对颗粒堆的堆积形态具有显著的影响.堆积角随着黏聚能量密度的增加而增大,并且相同条件下的块状颗粒堆积角大于球形颗粒.颗粒形状和黏聚能量密度对基底表面所受作用力和堆中颗粒间的作用力变化及最大幅值均有影响作用.当黏聚能量密度值逐渐增大时,颗粒堆的作用力最大幅值均逐渐增大,并且块状颗粒堆的作用力最大幅值大于球形颗粒堆.当黏聚能量密度值过大时,颗粒堆力学特性更加复杂,液桥力对颗粒堆积特性的影响作用大于颗粒形状的影响.     

对流梯形微通道内气液两相流动的数值研究

采用VOF方法,对梯形微通道内不可压缩气液两相流动进行了数值模拟研究,详细分析了气泡形成过程,以及当量直径、截面形状、液体表面张力和粘度等对气泡液柱形成过程和长度的影响,拟合出微通道气泡液柱长度计算公式。结果表明:气泡液柱的长度受表观气速和表观液速的影响较大;表面张力对气泡尺寸的影响较小,当液体粘度增加为水粘度的10倍时,形成的气泡形状不规则。增大表面张力,形成气泡的时间增加;增大粘度,形成气泡的时间减小。     

微重力下液封对液桥内热毛细对流影响的研究

本文建立了具有液封的液桥（不相溶混的双层同轴液柱）内热毛细对流的物理模型和数学模型。采用涡量－流函数法对微重力条件下具有液封的液桥内热毛细对流进行了数值模拟，得到了双层液柱主流区的温度场和流场，证实了液封能够削弱液桥内热毛细对流，从而提高浮区晶体生长质量，并得到液封厚度对液桥内热毛细对流的影响规律。     

基于对轴对称液桥边缘轮廓拟合的液体表面张力系数测量研究

基于Yang-Laplace公式与液桥平均曲率的关系,研究两平行板间液桥的形貌与表面张力系数的关系,探索出通过对液桥边缘进行轮廓拟合来测量液桥液体的表面张力系数的方法.搭建了一套可以拍摄液桥的边缘放大图的实验平台,利用sobel算子提取边缘信息的Matlab算法,对液桥轮廓进行边缘提取,进而拟合得到液体表面张力系数,计算结果显示表面张力系数的相对误差在5%以内.     

矩形毛细微槽横截面上气液分界面形状理论分析

对背面有热流输入的矩形毛细微槽群横截面上的气液分界面形状进行了理论分析,在一定条件下对Wayner蒸发模型进行简化,根据等壁温条件推出蒸发薄液膜区域热流密度近似为定值,通过流体动力学理论推导出了微槽横截面薄液膜区域液膜厚度变化的关系式,并与Wayner蒸发模型的计算结果进行了比较。进一步提出了全新的交界线区域长度的判定方法,根据蒸发薄液膜区域总换热量计算得到蒸发薄液膜区域的长度,交界处接触角,以及固有弯月面区域的曲率半径,从而最终得出了微槽横截面整个气液分界面的形状曲线,理论分析表明:槽宽、热流密度、过热度等因素对蒸发薄液膜区域长度、接触角以及固有弯月面曲率半径等参数有较大的影响。     

Si纳米线的固-液-固可控生长及其形成机理分析

以Au膜作为金属催化剂,直接从n-(111)Si单晶衬底上制备了直径为30—60nm和长度从几微米到几十微米的高质量Si纳米线.实验研究了Au膜层厚、退火温度、N2气流量和生长时间对Si纳米线形成的影响.结果表明,通过合理选择和优化组合上述各种工艺条件,可以实现直径、长度、形状和取向可控的纳米线生长.基于固-液-固生长机理,定性阐述了Si纳米线的形成过程.     

水平管中段塞流的发展特性

气液两相段塞流是液塞和长气泡在空间和时间上的交替,在流动过程中表现出发展特性.本文对段塞流单元中的液塞、长气泡的速度和长度以及长气泡的合并沿流动方向的特性进行了分析.结果表明:液塞速度分布符合正态分布,液塞与长气泡的平均速度在同一点是相等的,它们随离管道入口距离的增加而缓慢增加.液塞长度分布符合对数正态分布,液塞的平均长度基本保持不变,而长气泡的平均长度则增加.长气泡长度增加是因为气体膨胀的结果,气泡的合并率由液相折算速度和离管道入口的距离决定.     

湿颗粒分离中的液桥力作用及临界分离初速度

利用液桥理论研究了湿颗粒分离过程中在液桥力作用下颗粒速度的变化规律,运用组合的4/5阶龙格-库塔-芬尔格算法求解了液桥拉伸过程颗粒的运动方程,计算了分离100种等径湿颗粒以及从平面上分离湿颗粒所需的临界分离初速度.研究表明:湿颗粒的分离引起粒间液桥的拉伸,使颗粒分离速度随着颗粒表面间距的增加而迅速衰减,在液桥断裂前若颗粒速度衰减为零,则湿颗粒不能实现分离.湿颗粒的分离需要一临界分离初速度,在工业上可通过碰撞、振动、气力等方式施加.水分的增加使得湿颗粒难分的主要原因是液桥的断裂变难,并非增大的液桥力.     

激光标线的原理和实验

根据几何光学知识分析了激光标线原理.理论和实验表明:激光标线长度与激光光束形状、光学元件形状及材料折射率有关.并讨论了激光标线向两侧扩展的原因.     

液体闪烁体衰减长度和光产额的测量

简要介绍了用于反应堆中微子实验的液体闪烁体的成分, 描述了液闪衰减长度和光产额的测量原理、方法、装置及过程, 给出了不同配比的液闪的光产额和衰减长度的测量结果, 并对液闪光产额和衰减长度的性能及影响因素进行了研究. 测量结果表明, 这些液闪可以满足中微子实验的需求.     

直流电场作用下油中异性水滴聚并特征

采用显微实验与理论分析相结合的方法,对直流电场作用下异性水滴聚并过程中的界面和体相演变进行了系统研究。结果表明,水滴间的界面张力梯度不仅导致了液桥的不对称性,而且引发了蘑菇头形状射流,导致了水滴的混合。不对称液桥的演变可以通过一个包含界面张力梯度的特征时间来描述。增加水滴界面张力差可以增加射流深度和速度,强化水滴的混合,并基于能量转化关系,提出了异性水滴的混合机理。     

倾斜管内低温弹状汽泡和液弹长度实验研究

用高速动态分析仪对低温倾斜上升管内不同位置处弹状汽泡和液弹长度分布进行了实验观测,对获得的观测结果进行统计分析,研究弹状汽泡和液弹长度的变化规律.结果表明:相同的倾斜角下,弹状汽泡平均长度随着x/D的增大而增大.在相同的x/D下,随着倾斜角度的减小弹状汽泡平均长度先增大后减小,在60°处最大.液弹长度的整体分布规律同弹状汽泡长度分布规律有明显差异.对于各种倾斜角度下,平均液弹长度随着x/D的增大而增大;同一x/D下,随着倾斜角度的减小,平均液弹长度先增大后减小,在60°处最大,说明管子从竖直倾斜后,有助于汽泡的聚合,使液弹长度增大,在45°角处,汽泡聚合减小使液弹长度减小.该文为进一步研究低温两相弹状流特性提供了依据.     

条形耦合波导对光子晶体耦合缺陷模的影响

光子晶体的耦合缺陷模可以通过透射谱形状来表征,而透射谱形状则与连接缺陷的条形耦合波导相关.不同于直接耦合时信号相移只依赖于缺陷模的共振频率,当存在耦合波导时信号相移也决定于波导的长度和色散关系.随着波导长度的增加,透射谱形状发生从三峰到两峰,再到平项,最后又回到三峰的周期性变化.时间耦合模的分析表明,在缺陷模频率附近理论结果与时域有限差分法的计算结果完全一致,表明在此复杂情况下理论模型依然有效.     

液滴撞击圆柱壁面后液膜最大扩展长度的理论分析

液滴撞击圆柱壁面后,液膜的最大扩展长度是液滴动力学行为的重要方面之一.本文基于能量守恒原理,考虑液滴撞击圆柱壁面前后的动能、重力势能和表面自由能的变化以及液膜扩展过程中的黏性耗散能,建立理论分析模型,获得液膜在圆周方向和轴向上最大扩展长度之间的关系;结合相关文献由实验获得的液膜在轴向上最大扩展长度的经验关联式,进一步求解得出液膜在圆周方向上的最大扩展长度,最后将其计算值与实验测量值进行对比,发现其偏差在7％内,从而验证了模型的可靠性.     

起伏管线中的多相流液弹发展特性研究

采用差压法对起伏管线中的多相流液弹长度进行了实验测量和分析,通过对实验数据的统计分析发现,液弹长度按正态分布规律分布,在上升段液弹长度比水平段液弹长度有所减小,而在下降段,液弹长度又会有所恢复。液弹长度的减小和增加会相应地造成液弹速度的增加和减小。     

蜡烛熄灭顺序及原因探索

针对苏科版物理教材上"哪支蜡烛先灭"问题,在无液封、用水封和用油封3种条件下,分别观测并记录了小、中、大及球形玻璃罩内几种不同长度蜡烛熄灭的先后顺序,并由此分析了影响蜡烛熄灭顺序的原因.在相同密封程度下,蜡烛的熄灭顺序不仅跟玻璃罩的大小有关,还与形状有关;形状不同比大小不同造成的差异更大;在液封条件下,较小的玻璃罩内的蜡烛按照由高到低的顺序熄灭,较大的玻璃罩内中较矮的蜡烛容易熄灭,且密封性越好效果越明显;底层蜡烛受到密封程度的影响更大.     

水平均质表面上液滴聚合过程的可视化实验研究

对水平均匀表面上液滴的聚合过程及特性进行了可视化实验研究,获得了液滴半径和液滴物性等参数对液滴聚合过程中液滴液桥半径和接触角变化特性的影响规律。实验结果表明:液滴聚合中液桥半径和接触角都呈衰减振荡变化; 聚合前液滴半径越小,液桥半径振荡频率越大,振幅越小,振荡时间越短;液滴的粘度越大,液桥半径的振荡频率越小, 振幅越小,振荡时间越短;液滴聚合前的接触角明显大于聚合液滴静止后的接触角,其差值与固体界面状况和气、固、液物性相关。     

光纤台灯的包络面

由变分原理推导了重力场中弹性杆的形状方程.得到了竖直放置光纤开始弯曲时临界长度的数值结果.数值模拟给出了光纤末端形成的包络曲面,并讨论了它与光纤长度的关系.     

膨胀球面运动时的形状问题

算出了膨胀球面运动时的形状,从而说明光的波前为什么不因为长度收缩而成为椭球面.     

湿颗粒聚团碰撞解聚过程的离散元法模拟

基于线性接触模型、库仑滑移接触模型以及平行黏结三种接触模型的组合, 利用离散元法对包衣结构的湿颗粒聚团与壁面碰撞解聚的物理过程进行了数值模拟, 研究了碰撞过程中湿颗粒聚团解聚模式、解聚过程中聚团内各颗粒的速度变化以及颗粒间液桥断裂的规律, 分析了聚团的碰撞速度、黏附小颗粒的重力以及中心大颗粒的旋转对聚团解聚的影响. 研究发现: 聚团的碰撞解聚呈现出碰撞式、重力-碰撞式和剪切-碰撞式三种解聚模式. 湿颗粒聚团与壁面的碰撞打破了聚团内颗粒速度的一致性, 颗粒间出现相对运动而使颗粒间的液桥发生拉伸断裂. 液桥的断裂由聚团的碰撞点向外、由底部向上、由内层向外扩展. 聚团内液桥的断裂经历了缓慢断裂、快速断裂和完全断裂三个阶段. 碰撞速度越大, 黏附的小颗粒质量越大、大颗粒的转速越高, 湿颗粒聚团的缓慢断裂阶段越短暂且解聚程度越高. 模拟结果和实验符合.