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．     

壁面效应对纳米尺度气体流动的影响规律研究

采用分子动力学方法研究了过渡区纳米通道内的壁面力场对气体剪切流动的影响规律.在纳米尺度下,壁面力场对流场的主导作用更加显著,流动物理量对于壁面条件和系统温度的变化也更加敏感.壁面原子的运动采用Einstein模型模拟,结果表明随着壁面刚度的增加,气体在近壁面区域的速度峰值减小,气体分子与壁面的动量适应性变差.壁面粗糙度通过金字塔形模型来研究,发现无论是主流区域还是近壁区域,壁面粗糙度对流动的影响都非常明显.当粗糙单元高度增大时,气体分子在壁面处的聚集现象明显,与壁面完全动量适应.本文还研究了系统温度对纳米通道流动的影响,结果表明温度的影响是全局性的,温度的升高导致整个通道内流速降低,近壁区域气体密度减小,气-固动量适应性变差.     

粗糙度对微细圆管内流动特性影响的摄动分析

本文以粗糙度为小参数,采用正则摄动法求解了微细圆管内的层流流动.计算结果表明,壁面相对粗糙度和粗糙元的无量纲间距是影响微细通道内部流场的主要因素.壁面相对粗糙度仅影响扰动流函数的峰值但不影响流场受扰区域的大小;而粗糙曲线空间波数对扰动流函数的峰值和扰动区域的大小都有影响.当粗糙度相同增大空间波数时,流函数的扰动峰值和受扰区域都将减小,这为合理设计粗糙元同时抑制摩擦阻力增大提供了理论依据.     

壁面粗糙度对水平后台阶气粒两相流动影响的PDPA实验研究

用相位多普勒颗粒测速仪(PDPA)测量了颗粒的平均与脉动速度,研究了壁面粗糙度对水平后台阶气粒两相流动的影响。研究结果表明,壁面粗糙度减小颗粒纵向平均速度,增大颗粒纵向和横向脉动速度。壁面粗糙度对流场中不同位置处颗粒运动影响的强弱不同,其中逆流区处较弱,下游处较强。壁面粗糙度对不同粒径颗粒运动影响的强弱不同,其中对细颗粒的影响较弱且被局限在壁面附近,对粗颗粒的影响较强且扩散到整个流场。     

粗糙度对大高宽比槽道内流动影响的数值模拟

基于确定表面粗糙结构形状的PML模型模拟表面粗糙度对大高宽比小槽道内流动特性的影响,并与3-D模拟结果对比,结果较为一致.基于该模型对不同的流速和不同的粗糙度进行模拟,结果表明:表面粗糙度导致槽道内出现速度线性分布的流动底层.Re数相同时,单位长度压降与相对粗糙度成二次方关系.粗糙单元高度相同时,压降随Re线性增加.     

表面粗糙度的分形特征及其对微通道内层流流动的影响

基于分形几何学,研究了表面粗糙度的分形特征.采用Weierstrass- Mandelbrot函数对多尺度自仿射的表面粗糙度进行了描述;建立了微通道内层流流动的三维模型并对表面粗糙度的影响进行了数值模拟,分析了雷诺数、相对粗糙度和分形维数对流动阻力特性的影响.研究结果表明,与常规尺度通道不同,粗糙微通道的Poiseuille数不再是常数,而是随雷诺数近似线性增加;相对粗糙度越大,流动产生的回流和分离所导致的流动压降越明显.在相同的相对粗糙度下,粗糙表面的分形维数越大,表面轮廓变化就越频繁,这也将导致流动阻 关键词： 粗糙度 层流阻力系数 微通道 分形     

非设计工况下低比速泵叶轮内不稳定流动和湍流度试验

采用两维激光流速仪，在非设计工况下对三种泵叶轮不稳定流动和湍流度进行了测试，结果表明：叶轮内不稳定流动和湍流度受旋转和曲率及入流状态的综合影响，呈十分复杂的空间分布，偏离设计点时湍流强度和流动脉动与叶轮内流场相互关联，相对于设计工况都更要高些。     

无阀微泵腔内气泡对周期驱动压力的影响

气泡的存在使无阀微泵的工作性能和使用寿命大大降低, 甚至无法正常工作. 为了合理地预测无阀微泵腔内气泡对周期驱动压力的影响, 给出了用来描述收缩管/扩张管型无阀压电微泵的数学模型, 包括泵腔体积变化、连续性方程、流体有效体积弹性模量以及锥管阻力系数的计算. 同时, 分析了腔内不同气泡体积对无阀微泵周期驱动压力的影响, 并对两个气泡进入无阀微泵泵腔时压力脉动过程进行了仿真和试验研究. 通过仿真结果与试验数据的比较表明, 所提出的存在气泡时无阀微泵数学模型及仿真方法是合理的. 关键词： 无阀微泵 气泡 压力脉动     

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...     

壁面粗糙度对油-水-固三相接触线的影响

本文建立了十二烷-水-石墨壁面系统的分子动力学模型,通过分析微观接触角、油水分子在壁面的吸附特性及水分子吸附能研究了壁面粗糙度对油-水固三相接触线的影响。模拟结果表明,壁面凸起的存在会减弱其对油水分子的吸附强度,因此水侧壁面有凸起时水侧接触角增大,而油侧壁面有凸起时水侧接触角减小;壁面吸附油分子平行于壁面排列,壁面凸起结构对其影响不大;凸起结构的存在使壁面吸附水分子的定向排布趋势减弱,吸附强度和稳定性降低。     

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.     

微结构阵列对近壁面层液体运动规律的影响

表面微结构阵列可用于调控微间隙中液体的流动行为、运动阻力和混合特性等.本文采用石英晶体微天平实验研究了微凹坑和微圆柱阵列以及微结构表面形貌对近壁面层液体运动行为的影响.石英晶体微天平的系统频移和半带宽变化与近壁面层液体的运动行为密切相关,研究显示,表面微凹坑倾向于受限液体的运动,因此微凹坑表面引起的频移绝对值明显大于与其具有相同特征尺寸的微圆柱表面,且均大于光滑表面.粗糙表面结构会明显地增加近壁面区域液体运动的紊乱程度,因此具有粗糙顶部的二级微圆柱表面引起的半带宽变化明显大于与其具有相同特征尺寸的微圆柱表面,且均大于光滑表面.该研究为微流道表面阵列微结构形式的选择提供了实验依据.     

基于壁面磨损的渣浆泵内固液两相流动分析

为探究渣浆泵内固液两相流动与过流部件磨损之间的关系,结合计算流体动力学与离散元方法,加入磨损模型,对泵内固液两相流动和过流部件的磨损进行模拟;借助试验结果验证数值模拟方案的物理有效性;考虑固体颗粒尺寸和固相质量分数的影响。结果表明:所建立的数值模拟方案可以较准确地预测泵内磨损的位置及磨损程度;随着固相质量分数和固体颗粒平均直径增加,叶轮和压水室表面的磨损加剧,磨损严重的区域集中在叶片进口边附近和叶片工作面出口处,磨损位置受固相质量分数的影响不明显;法向累积接触能量是导致磨损的关键因素;压水室的磨损程度较叶轮轻,且磨损量分布不均匀。     

壁面反应对微小通道内燃烧影响的数值模拟

对微小通道内氢气／空气预混火焰进行了数值模拟。通过对比考虑壁面反应和不考虑壁面反应的微通道内燃烧特性的差异,考察了壁面反应对微通道内燃烧状况的影响,揭示了壁面附近自由基行为和壁面反应、气相反应的相互关系,并探讨了不同尺度下壁面反应效应的程度。结果表明,壁面反应改变了微火焰结构,近壁面附近的自由基被吸附,在径向上出现了明...     

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。     

流动参数对混输泵全流道内气液相间作用特性的影响

为了解流动参数对混输泵内气液相间作用特性的影响,针对不同进口含气率(3%、9%、15%)、不同流量(0.75Q_d、Q_d、1.25Q_d)和不同进口气泡直径(0.1 mm、0.4 mm、0.7 mm、1.0 mm)条件,利用ANSYS CFX对一叶片式气液混输泵进行了全流道数值模拟。计算结果表明:不同进口含气率下,泵内气液相间作用力中均是阻力起主导作用,湍流弥散力大小可忽略;随进口含气率增加,各相间作用力逐渐增大,且叶轮内相间作用力的增大幅度大于导叶。当Q=0.75Q_d时,叶轮进口处阻力、附加质量力、升力以及叶轮内阻力均出现了明显增大。同时,进口气泡直径增加,叶轮内阻力、附加质量力和升力均增大,而导叶内相间作用力的变化相对较小。     

局部热壁面多孔介质方腔内自然对流的数值研究

本文对上下壁面绝热、左侧壁面长度为b的嵌装加热器部分维持恒定温度T_h而剩余部分绝热,且右侧壁面维持恒定温度T_c的多孔介质方腔内的自然对流换热进行了数值研究.在热壁面无量纲长度B=0.5(B=b/L)的条件下,综合研究了左侧壁面受热部分中心距上壁面的无量纲长度D(D=d/L)、Da数、Ra数和孔隙率对腔体内自然对流换热的影响.数值计算结果表明,左侧壁面受热部分位置的不同对腔体内自然对流换热有很大的影响,D在0.6附近取值时,Na数最大.Da数、Ra数对腔体的自然对流换热影响较大,而孔隙率对换热的影响较小.     

超声速边界层中壁面抽吸对流动分离的抑制作用

当超声速或高超声速来流经过压缩折角时，由于壁面的位移效应，折角附近往往出现较强的逆压梯度，进而很可能导致流动分离，并伴随着激波与边界层干扰问题的出现.在工程应用中，流动分离会带来诸多不利因素.一个抑制流动分离的有效措施是在折角的上游引入定常的壁面抽吸单元.基于大Reynolds数渐近理论框架下的三层结构理论，文章研究了壁面抽吸抑制层流边界层分离的机理.研究发现，只要抽吸元被安置在折角上游O（R-3/8L）范围内，决定抑制效果的关键参数是抽吸的流量，而与抽吸元的位置无关；同时改变抽吸元的宽度和抽吸速度而保持抽吸流量不变并不影响其对分离区的抑制效果.      

基于DEM-CFD耦合的泵内颗粒流动特性研究

随着我国加快深海、深地资源的开发力度,对此类应用环境下的液体提升泵的可靠性提出了更高的要求。而泵内固体颗粒引起的磨损破坏是其中一个严重问题。本文基于DEM-CFD耦合方法,针对自开发的两级混流泵研究了颗粒在泵内部与流体相互作用下的流动特性和对泵的磨损规律,并基于该泵分析了不同颗粒形状、颗粒浓度下的运动特性和泵磨损分布,发现颗粒主要沿着叶轮工作面以及导叶凹面运动,且随着浓度增加,磨损速率会逐渐达到一个饱和值。本文分析探讨了颗粒在泵内的流动特性、颗粒与叶轮导叶发生碰撞的形式及磨损严重区域,对设计抗磨损多级混流泵提供了理论支撑。