乳状液中的水滴

两种不可溶的液体（如油与水）会组成乳状液,这种乳状液体在食品、制药等工业中是极其常见的,尽管这种乳状液已经使用了上百年,但人们对它的成形机理并不太了解,一般乳状液（如沙拉酱等）中都含有许多水滴,水滴在乳状液中会连续地合并,从而在乳液内形成一些“非混合”区域,由于这个聚集过程是介于宏观与微观的尺度范围,因此科学家们一直无法捕捉到水滴发生聚集的完整物理过程。     

高频脉冲电场中水滴运动规律研究

基于水滴在脉冲电场中的受力分析,建立了高频脉冲电场中液滴运动模型及轨迹方程。采用高速显微摄像系统研究了油中水滴的运动规律,分析了脉冲电场形式、强度及频率对水滴运动轨迹和速度的影响规律。模拟结果表明,在直流脉冲电场中,场强主要影响单液滴运动的速度,频率主要影响单液滴的加速及减速时间。试验表明,单液滴运动平均速度随频率的升高而加快;双液滴相对运动速度随场强增加,在直流脉冲电场中减小,在方波电场和交流脉冲电场中变大;双液滴在脉冲电场中的相对运动速度由高至低依次为:交流脉冲电场、方波电场和直流脉冲电场。     

乙醇蒸汽氛围中水滴蒸发热动力学特性实验研究

为了探究异质蒸气氛围对附壁液滴蒸发过程的影响,采用实验观测的方式分析了低压乙醇蒸气氛围中水滴蒸发热动力学特性。实验结果表明,液滴蒸发冷却效应诱导产生气液界面处的切向温度梯度及液滴内部的法向温度梯度。液滴蒸发初期,切向温度梯度诱导产生的Marangoni流动占据主导地位,自由界面近三相线处温度分布呈齿轮状。随着蒸发的进行,齿轮状热流型逐渐演变为多流胞状结构,并逐渐脱离三相线朝自由界面中心处移动。随着液滴高度的降低,法向温度梯度逐渐占据主导地位,浮力效应诱导产生Bérnard-Marangoni流胞。在低压乙醇蒸气氛围中,乙醇在液滴界面生成溶解热,使得界面热质传递过程更为复杂,观察到多类不稳定流型演化过程。随着初始时刻乙醇蒸气压力的降低,液滴蒸发速率增加,流动不稳定性增强。     

冷空气中水滴的冷却与冻结过程研究

本文通过实验和数值模拟手段研究冷空气中水滴的冷却和随后的冻结过程.微小水滴被黏附在热电偶感温点上并置于冷空气中,测量了水滴冷却和冻结过程中的温度变化.用显微镜观察了冻结过程的现象,建立了水滴冻结的相变动力学模型.在此基础上的数值模拟结果基本与实验相符.     

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。     

戊醇/生物柴油喷雾微观与宏观特性可视化研究

戊醇掺混生物柴油是非常具有潜力的可再生高活性替代燃料,但其掺混后喷雾雾化特性是制约其能否清洁燃烧关键因素。本研究在可视化定容燃烧弹中借助分光镜,将装配了长焦镜头和长工作距显微镜头的两台高速数码相机垂直布置,搭建了长焦高速阴影成像和长工作距离显微高速阴影成像同步测量平台,同步实时捕捉多个喷射循环内宏观和微观喷雾图像,开展了戊醇/生物柴油喷雾宏观和微观特性的可视化试验。针对微观喷雾液滴直径和瞬时速度特征,开发了基于液滴分离和液滴追踪的颗粒追踪测速方法;针对宏观喷雾特性,基于最大类间方差法,获得喷雾贯穿距和喷雾锥角。本文定量表征了远场离散液滴回卷过程中直径(分布)和瞬时速度(分布),回卷平均速度约为轴向平均速度的1/20。     

三维机翼表面水滴撞击特性计算

系统研究机翼结冰计算中水滴轨迹和撞击特性的计算方法,将网格扇形分区和单元拓扑结构思想应用于水滴轨迹计算,引入欧拉法、预估-校正、四步Runge-Kutta法离散求解水滴运动方程.基于三维NACA 0012机翼模型,讨论水滴所在位置判断、速度插值和表面收集系数的计算方法,分析方程离散格式、水滴释放位置对计算结果的影响.采用三维机翼计算收集系数分布,并与试验结果进行对比,分析水滴直径对收集系数的影响;最后,将水滴计算模块DROP3D集成于结冰软件计算平台,计算不同工况参数下,机翼表面的气流流场和水滴撞击特性及结冰冰形,进-步验证程序的运行性能.     

流场中W/O乳状液分散水滴的聚并特性

为更好地认识流场中W/O乳状液分散水滴的聚并规律,利用涡轮式搅拌槽结合显微摄像技术,对水滴中位粒径变化与相关准则数的关系进行了深入研究,提出了表征惯性力与湍流场力关系的新准则数T数,并探讨了其与分散相水滴聚并特征的关系。结果表明:当含水率为20%,Re=2500~3000时,水滴中位粒径变化显著;各含水率下,对聚并最为有利的We=750~1050;随T变化,水滴中位粒径变化可分为3个区域。通过对准则数T的研究发现合理控制W/O乳状液的含水率、物性条件及流场参数可以有效克服外界条件的不利影响,促进油中水滴的聚并。     

冷表面上水滴冻结过程的研究

本文对冷表面上的水滴冻结过程进行了研究.用显微成像系统对该过程进行了现象观察,采用热电偶对水滴中心温度进行了测量.实验发现,水滴温度随冷表面温度下降而下降,稍低于0℃时没有显著相变.水滴温度继续降低到约-5℃时发生明显相变,同时,水滴中心温度迅速回升并维持在稍低于三相点温度,冻结锋面到达热电偶所在的水滴中心位置后又逐渐下降,直到非常接近冷表面温度.建立了该过程的数学模型并进行了数值模拟,结果与实验基本符合.     

合成双射流控制机翼水滴撞击特性

在低速来流条件下,针对前缘位置嵌有合成射流/合成双射流激励器的机翼的水滴撞击特性开展了数值模拟研究,基于Fluent软件,采用Euler气液两相模型和欧拉壁面液膜（Eulerian wall film,EWF）模型,得到的计算结果表明:在合成射流或合成双射流的主动控制下,阻挡了机翼前缘等积冰重点防护区域内的水滴撞击,从而大幅降低了该区域的结冰强度.其机理是:在高频合成射流的作用下,机翼前缘上游附近形成了一对稳定的闭合回流区,形成了水滴的"真空区域".由于回流区内部水滴速度和质量分数较低,改变了机翼前缘水滴运动轨迹和水滴收集率分布,能够减少机翼前缘结冰程度并改变冰形,起到了虚拟气动外形的作用.      

静止水滴生成气体水合物的动力学研究

作为喷雾强化方式制备气体水合物的初步研究,本文通过研究静止水滴形成气体水合物过程的传热传质机理,建立气体水合物的生成动力学模型。研究结果表明强化气相与水合物颗粒之间的接触传热对提高水合物的生成速率具有十分重要意义。     

电场作用下纳米流体液滴在超疏水热表面蒸发特性的研究

本文研究了平行电场中超疏水热表面上氧化石墨烯纳米流体液滴的蒸发特性.利用可视化技术捕捉了液滴接触角、接触直径及瞬态相界面的变化.实验发现平行电场能够将液滴沿电势梯度方向拉伸成椭球状,并可以调控蒸发过程中液滴接触直径的变化过程及大小.当液滴接触直径收缩比减小至某一临界值后,将出现一种新的蒸发模式:接触角与接触直径均保持不...     

过冷水滴碰撞结冰的实验与模拟研究

以宏观结冰/霜过程中过冷水滴的碰撞结冰现象为背景,实验对比了亲水和超疏水表面上常温水滴碰撞、常温水滴碰撞结冰和过冷水滴碰撞结冰的过程,建立了过冷水滴碰撞结冰过程的数值模型,研究了We数和接触角对碰撞结冰的影响。结果表明:相比于常温水滴的碰撞及其碰撞结冰过程,过冷水滴碰撞结冰过程的稳态铺展系数更大;随着过冷度和We数的增大以及接触角的减小,过冷水滴的碰撞结冰与常温水滴的碰撞在水滴形态和铺展系数上的差异逐渐增大。     

荷电液滴脉动变形特性的实验研究

为探讨荷电液滴的变形机理,对滴状模式下荷电液滴的脉动变形特征进行了实验研究。综合考虑毛细管经、荷电电压及液滴的物性参数,采用带有显微变焦镜头的高速数码相机对荷电液滴进行了微距拍摄,并结合图像处理技术研究了荷电液滴的脉动变形问题。实验结果表明:随着电压的增加,液滴的最大变形率逐渐增大,但其脉动变形周期却逐步减小。对于导电性液体,电导率对荷电液滴的变形率及脉动周期影响微弱。表面张力与荷电液滴的最大变形率呈反比,与其脉动变形周期呈正比。     

微小水滴撞击深水液池空腔运动的数值模拟及机理研究

为了探究微米级微小水滴撞击深水液池运动中空腔的成长过程与机理,采用自适应网格技术和流体体积方法对撞击速度为2.5–6.5 m/s的微小水滴撞击深水液池的运动进行数值模拟研究,考察不同撞击速度下水滴撞击深水液池后的水体混掺、毛细波传播、空腔变形规律以及气泡截留过程,并深入探究空腔运动的动力学机制.研究结果表明,不同撞击速度下,在忽略毛细波作用、空腔深度h∈（D,h_max）的前提下,空腔深度随时间的成长仍满足t∝h^5/2的关系;液滴撞击产生的空腔形状有U形和半球形两种,前者一般向V形转变,后者空腔底部会变为圆柱形,产生细长射流,并有可能发生气泡截留现象;在撞击速度较低时,低压区首先在空腔侧壁与底部交界处产生,随后在靠近液面以及空腔底部靠近中心区域各产生一个较大的涡环;在撞击速度较高,产生细长射流时,涡环的生成被抑制,低压区首先在波浪底部与侧壁上交界处产生,随后空腔底部变为圆柱状,空腔侧壁首先坍塌形成气泡截留.