倾斜管内低温两相弹状流特性实验研究——液弹运动速度

使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进行了可视化实验研究。对获得的液弹的运动速度进行了统计分析,研究了液弹运动速度的变化规律。结果表明:对于两个不同管径的管路,当倾斜角θ(相对水平方向的夹角)发生变化时,液弹的运动速度随着管径的不同呈现出不同的变化规律;随着倾斜角度的减小,液弹上升速度先增大后减小,在θ=60°和70°处达到最大值,且在管出口处,液弹的上升速度几乎不变。为进一步研究低温液氮沸腾两相弹状流发展过程中弹状汽泡运动速度提供参考依据。     

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.     

管内低温垂直向上两相流弹状汽泡上升速度的实验研究

本文对垂直低温两相流弹状汽泡的上升速度运用高速摄像机进行了可视化实验研究,对所采集的实时图像进行处理.在Moissis等和Takatoshi弹状汽泡上升速度经验公式的基础上,通过对弹状汽泡的上升速度的分析,提出了圆管内弹状汽泡的上升速度的拟合公式,分析研究其变化规律,为进一步探求圆管内液氮弹状汽泡的生成机理提供依据.     

垂直低温两相流管底液氮汽泡上升速度的实验研究

本文对垂直低温两相流管底部液氮汽泡的上升速度运用高速摄像机进行了可视化实验研究,对所采集的实时图像进行处理.在Cole和Mendelson汽泡上升速度经验公式的基础上,通过对液氮汽泡的上升速度的分析,提出了圆管管路底部液氮汽泡的上升速度的拟合公式,分析研究其变化规律,为进一步探求圆管内液氮弹状汽泡的生成机理提供依据.     

35MeV/u36Ar+124Sn反应中类弹产物的同位素分布特性

测量了35MeV/u³⁶Ar+¹²⁴Sn反应中5.3°处类弹产物的同位素分布,观察到随着出射动能的增加,产物的平均中质比逐渐减小而接近弹核的平均中质比.同位旋相关的量子分子动力学计算表明,随着反应时间的增加,类弹产物的平均出射动能逐渐减小而平均N/Z值则逐渐增大.另外,碰撞参数也影响类弹产物的同位素组成:随着碰撞参数的减小,类弹产物的平均N/Z值减小.     

弯管缺陷形状与位置对超声导波传播特性影响*

基于超声数值模拟,研究椭圆形冲蚀缺陷的几何尺寸和位置与接收端超声波能量之间的关系。通过控制椭圆形冲蚀缺陷几何尺寸,研究缺陷在弯管θ= 0°且ψ= 20°位置处,不同几何尺寸的缺陷对接收端压电传感器(PZT)时域信号能量的影响。此外,为研究相同几何尺寸的椭圆形冲蚀缺陷位于弯管不同位置时,对接收端时域信号能量的影响,椭圆形冲蚀缺陷位于弯管以下位置：ψ= 20°且θ取值范围为0°~ 30°,每间隔2.5°取一个值;θ= 0°且ψ取值范围为15°~ 45°,每间隔2.5°取一个值。数值模拟结果表明：缺陷位于弯管θ= 0°且ψ= 20°位置处,随着缺陷面积增加,接收端上侧PZT时域信号能量减少;随着缺陷深度和缺陷深度与面积都增加的两种情况下,上侧PZT时域信号能量均出现先减小,当缺陷深度达到弯管厚度的75%(6 mm)时,上侧PZT时域信号能量再增加;相同几何尺寸的缺陷位于弯管θ= 0°,随着ψ增加,上侧PZT时域信号能量先减小后增加;相同几何尺寸的缺陷位于弯管ψ= 20°,随着θ增加,θ与 呈现出单调递增的关系。通过上述结果可知,椭圆形冲蚀缺陷的几何尺寸和位置与接收端时域信号能量之间存在相关性,基于此可通过能量变化实现对缺陷几何尺寸大小和位置的评估。     

倾斜上升管内气液两相弹状流壁面传质特性研究

采用VOF模型对倾角为45°、80°、85°三种情况下倾斜上升管内弹状流的壁面传质特性进行了研究.传质特性通过其与壁面切应力的类比关系来体现.数值模拟结果表明,低混合物流速时,上管壁面切应力在液膜区有明显波动,而下管壁面切应力分布则比较光滑.随着混合流速的增大,液膜区上下壁面切应力分布趋于一致.管子下壁面切应力平均值大于管子上壁面,在Taylor气泡运动速度较低时较为突出.随着Taylor气泡速度的增大,管子上下壁面的切应力平均值趋于相同.相同的混合流速下倾斜角度越大,上下管壁的切应力分布越趋于近似.下降液膜区的壁面切应力平均值大于Taylor气泡尾迹区域.根据Chilton-Colburn的类比关系,壁面切应力的规律完全适用于壁面传质系数.     

各向异性界面动力学与各向异性表面张力的相互作用对定向凝固过程中深胞晶生长的影响

通过应用匹配渐近展开法和多变量展开法研究了各向异性界面动力学与各向异性表面张力的相互作用对定向凝固过程中深胞晶生长的影响.结果表明:当各向异性界面动力学与各向异性表面张力的偏好方向之间相差角度为θ_0时,θ_0会对深胞晶生长形态产生影响;当0≤θ_0≤π/4时,随着θ_0的增大,深胞晶的指状界面全长减小,深胞晶根部的深度减小,根部附近界面的曲率减小,而曲率半径增大;当π/4≤θ_0≤π/2时,随着θ_0的增大,深胞晶的指状界面全长增大,深胞晶根部的深度增大,根部附近界面的曲率增大,而曲率半径减小.     

一道易解错的题

[例1]一蚂蚁沿一轻杆以v0匀速上爬,同时杆由如图1所示位置绕O点处垂直于纸面的轴以恒定的角速度ω转动,当θ减小到零的过程中,关于蚂蚁的实际速度,下列说法正确的是 A.逐渐减小 B.逐渐增大 C.先减小后增大 D.无法判断     

载能Ni原子斜入射Pt(111)表面的分子动力学模拟

采用嵌入原子方法的原子间相互作用势,利用分子动力学模拟,详细研究不同角度入射的载能Ni原子在Pt(111)基体表面的沉积过程.结果表明,随着入射角度θ从0°增加到80°,溅射产额、表面吸附原子产额、空位产额的变化情况均可按入射角度近似地分为θ≤20°,20° < θ < 60°和θ≥60°三个区域.当θ≤20°时,载能沉积对基体表面的影响与垂直入射时的情况类似,表面吸附原子的分布较为集中,入射原子容易达到基体表面第二层及以下,对基体内部晶格产生-定的影响;在20° < θ < 60°的范围内,入射原子的注入深度有所下降,对基体内部晶格的影响减小,表面吸附原子的分布较为均匀,有利于薄膜的均匀成核与层状生长;当θ≥60°时,所有入射原子均直接被基体表面反射,表面吸附原子产额、溅射产额、表面空位产额均接近0,载能沉积作用没有体现.     

爆炸成型弹丸战斗部不同侵彻着角下的毁伤能力研究

 利用LS-DYNA仿真软件,对爆炸成型弹丸（EFP）毁伤能力与EFP侵彻着角关系进行了研究。结果表明：随着EFP着角从0°增加到40°,EFP侵彻靶板的垂直侵彻深度减小了34.2%,开孔处孔径大小增加了18.2%。侵彻过程中,EFP头部速度与时间呈线性规律变化,并且当EFP着角越大时,头部速度下降趋势越快;EFP垂直侵彻深度与时间先呈线性增长,随后上升趋势变得缓慢;不同侵彻着角下的侵彻参数与时间的关系趋势一致。基于EFP的垂直侵彻理论和杆式弹的斜侵彻理论,结合仿真拟合曲线,得到了EFP垂直侵彻深度与侵彻着角的修正计算公式。     

水平管道中段塞流的跟踪模拟

本文对以unit cell模型为基础建立起来的段塞流跟踪模型进行了改进。利用改进后的模型对水平管道中空气-水段塞流的压降、液塞平移速度、液塞长度等特征参数进行了模拟研究,并将模型预测结果与相应的试验结果进行了比较。结果表明,改进后的模型可以有效地预测以上各参数的演变规律。模拟和试验结果均表明,水平管道中段塞流的液塞平移速度符合正态分布,液塞长度符合对数正态分布。     

水平管内气液两相流中单气泡形态特征实验研究

本文利用双平行探针技术和摄像方法对水平直管内气液两相流中单气泡的形态特征进行了实验研究。实验结果表明气泡头部和气泡体的形态特征取决于气液混合Fr数,而气泡的尾部特征还与气泡长度有关;气泡的头部结构特征决定气泡的移动特性,而气泡的尾部结构特征决定气泡向液塞区的充气特性:小气泡通过单纯水跃面的气泡尾部向液塞区弥散,而具有阶梯状尾部结构的气泡并不向随后的液塞区弥散小气泡,所以气泡尾部的结构特征的变化决定了弹状流与段塞流的转变。     

垂直气液两相流混沌吸引子单元面积分析

为了充分反映吸引子结构随时间延迟的变化规律,在现有吸引子形态描述方法基础上定义了吸引子单元面积,通过仿真发现,吸引子单元面积随时间延迟变化曲线第一个波峰的高度和时间延迟主要由信号中大幅值波动的数量、频率决定,利用此规律对实验采集到的气液两相流电导波动信号进行分析,发现在固定液相流量条件下,改变气相流量会导致泡状流、段塞流和混状流中大幅值波动幅度的改变,但相同流型信号中大幅值波动的频率比较接近.将吸引子单元面积随时间延迟变化曲线第一个波峰的时间延迟和落差比作为特征量,可以实现泡状流、段塞流、混状流的流型分类.     

Compare ultrasound-mediated heating and cavitation between flowing polymer- and lipid-shelled microbubbles during focused ultrasound exposures

This paper compares the efficiency of flowing polymer- and lipid-shelled microbubbles (MBs) in the heating and cavitation during focused ultrasound exposures. Temperature and cavitation activity were simultaneously measured as the two types of shelled MBs and saline flowing through a 3 mm diameter vessel in the phantom with varying flow velocities (0-20 cm/s) at different acoustic power levels (0.6-20 W) with each exposure for 5 s. Temperature and cavitation for the lipid-shelled MBs were higher than those for the polymer-shelled MBs. Temperature rise decreased with increasing flow velocities for the two types of shelled MBs and saline at acoustic power 1.5 W. At acoustic power 11.1 W, temperature rise increased with increasing flow velocities for the lipid-shelled MBs. For the polymer-shelled MBs, the temperature rise increased with increasing flow velocities from 3-15 cm/s and decreased at 20 cm/s. Cavitation increased with increasing flow velocity for the two shelled MBs and there were no significant changes of cavitation with increasing flow velocities for saline. These results suggested that lipid-shelled MBs may have a greater efficiency than polymer-shelled MBs in heating and cavitation during focused ultrasound exposures.     

水平管内栓塞流气力输送的动理学模拟

波状栓塞流是气力输送中的一种典型流型。为了发展更为准确和细致的栓塞流数学模型,本文引入动理学理论建立气-固两相波状栓塞流动的数学模型,对管道内的波状栓塞流动进行了三维数值研究,再现了流动过程中栓塞和堆积层的形成、运动过程,得到了压力降、空气速度、栓塞长度和堆积层厚度等重要的流动参数;栓塞长度、堆积层体厚度随空气表观速度的变化等一些细微流动特征得到了体现,表明动理学理论能够反映出栓塞流这种非连续高浓度气-固流动的物理本质,具有很好的适用性。本文的研究为栓塞流数值模型的发展引入了一种新的数学工具和思路。     

表面活性剂添加对水平管内气液两相流含液率的影响

应用电导断层测量技术研究表面活性剂添加对水平管内气液两相流含液率的影响,实验工质为空气/水、空气/100 mg/kg十二烷基硫酸钠(SDS)水溶液。结果表明,空气/水气液两相流动在光滑分层流型区,表面活性剂添加对平均截面含液率基本没有影响。随着液体流速的增加,空气/水气液两相流动进入波状分层流型区域,添加表面活性剂可以抑制或消除界面波动,增大平均截面含液率。表面活性剂的添加使弹状流含液率下降,气液流速较低时这一现象尤为明显。     

集输管路上升管系统严重段塞流实验和理论模拟

严重段塞流的实验研究表明,在气泡进入上升管底部到运动至出口的过程中,上升管中气泡头部以下流型为弹状流型;当气泡头部流出上升管后,上升管中的流型可看作块状流型。根据实验结果,本文提出了采用漂移流模型简化计算上升管中两相流动、上游管道中气体膨胀满足质量守恒,同时考虑上升管内液体动量守恒的严重段塞流计算模型。计算值与测量值比较表明,模型可以正确预测出气体膨胀流动过程,气体流动时间不受入口气液流量的影响。模型可以准确计算出严重段塞流周期、液塞长度和倾斜管中液柱最大长度等参数。