液滴在固体平表面上均匀蒸发过程的格子Boltzmann模拟

通过格子玻尔兹曼(lattice Boltzmann method,LBM)数值模拟,研究了液滴在固体平表面上蒸发过程形状变化的机理.揭示了不同静态接触角下液滴蒸发过程中重力对其形状变化的影响规律.结果表明,重力的影响随着液滴尺度的减小而减弱,达到某一临界点后,重力对蒸发过程的影响可以忽略.模拟定量确定了液滴尺寸的这一临界值,并分析了蒸发过程中几个典型时刻液滴内部的流场分布,进一步研究了重力的影响.     

具有蒸发液滴两相介质近壁流动的数学分析

在双连续介质理论框架下，采用匹配渐进展开方法导出并求解了具有蒸发液滴的汽雾流中层流边界层方程，给出了控制汽雾流的相似判据。对于沿曲面的流动，边界层方程的形式取决于是否存在液滴的惯性沉积。给出了热钝体驻点附近蒸汽－液滴边界层的数值计算结果。它们表明：由于蒸发，在边界层内近壁处形成了一个无液滴区域；在该区上边界处，液滴半径趋于零而液滴数密度急剧增高。液滴蒸发及聚集的联合效应造成了表面热流的显著增加，甚至在自由来流中液滴质量浓度很低时此效应依然存在。     

乙醇液滴撞击高温壁面蒸发过程的模拟预测研究北大核心CSCD

采用CLSVOF方法,引入描述壁面润湿特性的动态接触角,建立了乙醇液滴撞击高温壁面的数值模型,对乙醇液滴撞击高温壁面后的沸腾蒸发过程展开了研究,并与实验数据进行了对比验证.研究表明:在相同液滴温度下,壁面温度越高,亲水性越强,乙醇液滴的撞击速度越快,液滴的沸腾时间越早,蒸发完成所用时间也越短.在此研究基础上,基于机器学习算法,建立了液滴蒸发预测模型,对乙醇液滴撞击高温壁面后蒸发剩余量随时间的变化进行了预测研究,并通过将不同机器学习算法的预测结果与模拟结果对比,选出最优预测模型.     

线张力作用下微纳米尺度液滴的非线性粘附

三相接触线上的线张力对微纳米尺度液滴的粘附行为有至关重要的影响．首次在由表面张力、线张力和液滴尺度组成的全参数空间中研究了液滴粘附的非线性行为．研究表明:液滴粘附解空间可以被归纳为4个特征区;在每个特征区内,液滴的粘附行为是相同的;在具有高度非线性的特征区中,给定材料体系,存在着多重粘附态;液滴粘附解空间中存在着两个公共不动点．这些新结果,与数值计算和实验观测相符合．     

液滴碰撞和聚合模型研究

建立了描述液滴碰撞和聚合过程的数学模型,设计了一种高效的计算液滴碰撞对搜索算法,并在已有研究成果的基础上对液滴碰撞的结果做了进一步的发展．借助平滑粒子流体动力学方法两种实现方式各自的优点,将液滴间的相互作用局限在其周围一定数目的液滴之间,并采用积分核函数定义了液滴间碰撞的概率,通过数值模拟探讨了模型的特性．结果表明,所建模型对所采用的计算网格没有明显的依赖性,具有较高的计算精度和计算效率,不但能很好地维持系统动量的守恒性,而且对液滴初始尺寸分布没有明显的依赖性．     

新型显示薄膜喷墨打印技术的数学建模与分析

本文将新型显示薄膜喷墨打印技术的关键工艺过程“喷墨打印-干燥/烘烤成膜”中多组分聚合物溶液在压电作用下从喷管内喷出均匀液滴、液滴在基板上着床并融合成均匀的液体薄膜、液体薄膜经过蒸发留下溶质(如有机发光二极管OLED (organic light-emitting diode))形成均匀显示薄膜的3个核心科学问题,在数学上提炼为多组分聚合物流体带移动接触线和动态接触角以及带有蒸发条件的固-液-气多相耦合的自由界面问题.本文首先对这些问题的Newton流的数学模型进行热力学自洽的系统综述和完善,然后对包含相分离、溶剂蒸发和非Newton黏弹性等多物理现象的同类自由界面问题进行成体系的数学建模,对模型的理论分析和数值模拟提出一些研究思路.本文希望通过解决这些数学问题突破新型显示薄膜喷墨打印工艺的关键技术瓶颈,提高打印的良品率,推进产业化,促进数学在解决国家重大需求难题中的应用.本文以新型显示薄膜喷墨打印技术核心科学问题为背景,给数学工作者提出了一些新的重要的数学问题,同时也为相关材料科学家提供了可行的数学方案,为双方搭起了良好的沟通桥梁.     

复合超疏水表面制备及其上液滴运动特性研究

采用光刻法制备出微米尺度的硅微方柱结构,并利用化学气相沉积的方法在其上可控地生长定向碳纳米管,由此制备出具有可控比例微纳二级结构的超疏水表面.通过扫描电子显微镜(SEM)测量和接触角、滚动角测试的方法对具有不同微纳结构比例及尺寸的表面形貌和性能进行探查和测试,对制备过程中参数的选择做出了优化处理.得到了表面性质均匀、稳定的二级结构超疏水表面.通过粒子图像测速(PIV)的方法测量在结构表面滚动液滴的内部流动形态,并与一级结构表面进行对比.分析并总结了该文中表面的疏水机理及表面微纳结构比例、形态、尺寸等因素对疏水性能的影响.     

T型微通道内液滴在幂律流体中运动机理的格子Boltzmann方法研究北大核心CSCD

采用非Newton不可压两相流格子Boltzmann模型研究了T型微通道内Newton液滴在非Newton幂律流体中的运动过程.研究了非Newton流体幂律指数n、主管道毛细数Ca、两相流量比Q、两相黏度比M以及主管道壁面润湿性θ对液滴在T型微通道内的形成尺寸、形成时间和变形参数(DI)的影响.研究结果表明:首先,主管道流体幂律指数n从0.4增加到1.6时,液滴的形成尺寸近似呈线性减小,而液滴的形成时间和变形参数先快速减小,然后缓慢减小;其次,黏度比对液滴形成尺寸、液滴形成以及变形参数的影响与幂律指数的影响基本一致;再者,随着Ca和主管道壁面润湿性的增加,形成液滴的尺寸近似呈线性减小,形成液滴的时间和变形参数先快速减小然后缓慢减小,且减小趋势随幂律指数的增加而减缓;最后,研究结果还表明主管道和子管道的流量比Q越大,液滴形成时间越长,液滴形成尺寸和变形参数越小.     

相场方法模拟液滴的动态润湿行为

液滴的动态湿润现象广泛存在于自然界和工业生产中,该现象数值研究的建模需要解决接触线附近的奇异性并引入合理的接触角描述.基于相场方法,结合Yokoi动态接触角模型,建立了考虑动态润湿效应的两相流数值模型,并在OpenFOAM开源平台上实现相应程序.针对液滴撞击壁面的动态湿润过程,数值模拟和对比研究了不同的接触角模型.结果表明:接触角模型的选择对液滴动态润湿过程的模拟结果具有较大的影响,其中基于改进动态接触角模型的结果与文献中的实验结果具有很好的吻合度,反映了提出的数值模型在液滴的动态润湿行为模拟的有效性.     

基于格子Boltzmann方法的液滴撞击具有不同润湿性孔板的研究

基于格子Boltzmann方法,对液滴撞击不同湿润性节流孔板表面进行了数值模拟.主要研究了在液滴撞击过程中,Weber数(We)、孔板表面湿润性和孔板尺寸对液滴通过孔板时不同状态的影响.数值模拟结果表明:孔板为亲水特性时,在较低We下,液滴不会与孔板表面脱离,而是附着在孔板下表面,并且在毛细作用下液滴会在孔道中上升一段...     

二元海水液滴对心碰撞过程数值模拟

为研究海水循环冷却系统中液滴碰撞的基本规律及碰撞结果预测模型,采用流体体积函数(volume of fluid,VOF)方法捕捉两相交界面,利用动态网格自适应技术提高求解精度,对二元海水液滴的对心碰撞过程进行直接数值分析与模拟.首先对氮气中正十四烷液滴的碰撞实验进行数值模拟,验证了数值模型的可靠性.开展了常温常压下等尺寸二元海水液滴对心碰撞数值研究,分析了液滴碰撞过程流场结构及流动机理,研究了不同液滴直径和不同海水浓度对碰撞过程的影响规律,得到了聚合和自反分离两种碰撞结果类型以及二者的临界Weber数.总结出不同Ohnesorge数下海水液滴碰撞结果诺模图.     

Lattice Boltzmann Study on the Motion of Dual Droplets in Microchannels With Contact Angle Hysteresis北大核心CSCD

接触角滞后表现为流体在非理想固体表面上运动时前进接触角和后退接触角不同,是两相流体在润湿表面上流动的重要现象.该文采用改进的伪势格子Boltzmann(LB)多组分模型,并与几何润湿边界条件相结合,研究了两个液滴在具有接触角滞后性微通道表面上的运动行为,主要研究了通道内特征数、通道表面性质以及液滴初始参数的影响.研究结果表明：毛细数的增大有助于液滴的移动,然而并不利于液滴的排出,且毛细数的增加对上游液滴的影响大于其对下游液滴的影响;另一方面,接触角滞后性窗口越大,液滴运动和形变更迟缓,但形变程度更明显,两液滴更早地发生合并,但更晚地排出管道;液滴间距的增加使液滴的运动行为在不同阶段表现为不同的模式,但都导致通道中残留小液滴,使得液滴排出通道的时间增加.研究结果还表明：上游液滴和下游液滴的相对尺寸差距越大,越不利于液滴排出管道.     

弹流润滑条件下表面形貌对摩擦噪声的影响

研究了弹流润滑状态下表面形貌对摩擦噪声的影响.通过激光微加工方法在金属圆盘试件表面上制造了两种沟槽型织构表面形貌,在双盘摩擦磨损试验机上对不同表面形貌进行了摩擦噪声和摩擦特性试验,分析了线接触弹流润滑条件下不同工况和表面形貌影响摩擦噪声的机理,并结合有限元分析对结论加以验证.结果表明:载荷和转速的变化对线接触摩擦噪声有明显影响,由于线接触副工作在部分膜弹流润滑状态下,所以摩擦噪声的特性与干摩擦时类似,摩擦因数较大的表面会辐射出更强的摩擦噪声;特定结构的表面形貌能改善表面润滑特性,有效降低摩擦噪声声压级,沟槽型织构的存在可以打断接触区域应力分布,减轻接触面微凸体碰撞作用,从而降低了表面自激振动,同时合适的表面形貌结构也有利于润滑油膜的形成,减小了系统的摩擦能量,达到降低摩擦噪声的效果.     

液滴平壁铺展过程中的滞后效应及力学机制研究

研究了液滴平壁铺展过程中的接触角滞后效应,从接触线附近流体的压力、速度以及能量分布等角度考虑滞后效应的成因和变化规律.在此基础之上分析了固体表面粗糙度对滞后效应的影响,并借助部分三维形貌参数(ISO 25178)建立了固体表面形貌与接触角滞后效应之间的量化关系.为了研究以上内容,应用数值仿真软件建立了液滴铺展动力学模型,并结合固体表面上的滞后性实验进行了相关验证.研究结果表明:由于表面粗糙度的存在,液滴铺展至平衡位置时,位于铺展前沿的液体分子被钉扎在固体表面的凹坑或低谷中,使得前沿接触角逐渐增大,后沿接触角逐渐减小,接触角发生滞后;驱动液滴铺展的Laplace压力和自身重力与阻碍液滴铺展的黏性阻力之间的平衡关系,是接触角发生滞后的主要力学机制.另外,实验结果表明接触角滞后效应与固体表面形貌密切相关,具有相同表面粗糙度(Sa)的固体表面,由于表面形貌不同接触角滞后效应可能存在明显的差异.     

Minkowski空间中定向曲面上的第二类松弛弹性线

在Minkowski空间中,定义了定向曲面上的第二类松弛弹性线,推导了在定向曲面上的第二类松弛弹性线的Euler-Lagrange方程．进一步阐明了,这些曲线是否落在曲率线上,最后给出相关的实例．     

基于表面阻抗张量的界面滑移波动态失稳分析

基于Stroh公式和表面阻抗张量理论,提出了研究界面滑移波动态失稳问题的一种新的方法．该方法将表面阻抗张量概念推广到复波速域,并将摩擦接触界面上的边界条件以表面阻抗张量表示．最终将边值问题化归为求解一个复多项式在单位圆内的根．以弹性半空间与刚体平面相对稳态摩擦滑移为例进行了详细的分析,导出了一个4次复特征方程并讨论了方程在单位圆内解的特性,给出了滑移界面波失稳条件的显式解析表达式．     

一般Hopf曲面上的一类全纯线丛的上同调维数的计算公式

研究了具有任意基本群的非主Hopf流形上的全纯线丛．我们利用推广了Douady序列，利用群作用的方法，具体给出了一类具有非交换基本群的Hopf曲面上全纯线丛上同调维数的计算公式。     

土壤非光滑表面电渗粘附的试验优化技术研究

阎备战等．土壤非光滑表面电渗粘附的试验优化技术研究．数理统计与管理，１９９８，１７（２），１７～２１．本文应用正交多项式试验优化技术，对非光滑表面电渗原理进行了试验设计，探讨了非光滑表面电渗技术的两个重要影响因素对土壤粘附产生的影响作用，揭示了一定条件下直流电渗电压与电渗时间对粘附力的影响规律。     

Investigation on the 2D Contact of Multilayer Functionally Graded Piezoelectric Material Coating Under Conducting Indenters北大核心CSCD

考虑了材料参数可按照任意函数形式变化的功能梯度压电材料(FGPM)涂层在不同形状导电压头作用下的接触问题,研究了梯度系数对功能梯度压电涂层接触力学行为的影响.建立了多层功能梯度压电材料涂层模型,运用了Fourier积分变换和传递矩阵将多层功能梯度压电材料涂层的接触问题转化为奇异积分方程.利用GaussChebyshev数值计算方法,得到了多层功能梯度压电材料涂层-基底结构在刚性导电平压头和圆柱形压头作用下的表面应力分布和电荷分布.利用数值解,分析了材料参数按照不同变化形式的FGPM涂层对最大压痕和电势的影响,还分析了功能梯度压电涂层内部的应力和电位移分布.研究结果表明,功能梯度压电材料参数的不同变化形式对结构的接触性能具有重要的影响.