分离压作用下波纹状基底上含活性剂液滴铺展稳定性

针对波纹状基底上含不溶性活性剂液滴的铺展过程,引入受活性剂浓度影响的分离压模型,应用非模态稳定性理论分析液滴铺展稳定性.研究表明:与不计及分离压情形相比,分离压作用下的液滴铺展前沿高度明显下降,液滴铺展速率加快;长波扰动有利于增强液滴的演化稳定性,且随扰动波数增大稳定性增强;然而随短波波数增加,液滴演化稳定性逐渐减弱甚至转变为不稳定;较小波数下(k=3)减小引力强度系数α₁和提高斥力强度系数α₂液滴铺展稳定性增强;而较大波数下(k=30)增大α₁和减小α₂有利于液滴铺展稳定性.     

多相分散体系中气泡/液滴聚并和破碎的群平衡模拟

多相分散体系中气泡/液滴聚并和破碎过程的模拟对于过程工业中离散相粒径分布的调控具有极为重要的意义。群平衡模型（population balance model, PBM）是模拟离散相聚并和破碎的常用方法。然而由于多相分散体系的复杂性,PBM中现有的聚并和破碎模型通常基于现象模型、统计分析、经验关联式或半理论半经验方法,尚未有模型能够全面地考虑流场和物性对聚并或破碎过程的物理约束,从而使准确预测各类工况的聚并与破碎现象成为挑战性的课题。本文总结了目前针对气-液/液-液体系破碎和聚并过程的机理分析、主流模型、群平衡方程的求解方法以及PBM在气-液和液-液体系中的应用,并评述了各种模型的研究现状和未来发展方向。     

倾斜壁面浸润性梯度驱动液滴运动过程的格子Boltzmann模型研究

基于介观模型的多组分伪势格子Boltzmann方法,模拟了倾斜壁面浸润性梯度驱动液滴的运动过程,研究了壁面浸润性梯度、壁面倾斜角度对液滴运动过程的影响．结果表明,对于一定倾斜角度的壁面,当壁面上浸润性梯度足够大时,液滴能够克服重力的作用实现“爬坡”;液滴在运动过程中,其前进及后退接触角与当地静态接触角间存在差值;增大壁面浸润性梯度时,液滴能够获得更快的加速,并且前进及后退接触角与当地静态接触角之间的差值也随之增大;增大壁面倾斜角度时,液滴的运动受到阻碍,前进及后退接触角与当地静态接触角的差值小幅减小．     

基于表面力模型的液滴冲击弹性基底SPH模拟

采用光滑粒子动力学SPH方法建立液滴冲击弹性基底的流固耦合数值模型,给出描述粘性流体和弹性固体运动的SPH离散方程和数值处理格式,引入人工耗散项来抑制标准SPH方法的数值震荡。为模拟液滴的表面张力效应,通过精确检测边界粒子,采用拉格朗日插值方法计算表面法向量和曲率,结合界面理论中的连续表面力CSF方法,建立了适用于自由表面液滴的表面力模型,方形液滴变形的模拟结果与拉普拉斯理论解吻合较好。随后,采用SPH流固耦合模型模拟1.0 mm直径水滴以不同速度(0.2 m/s～3.0 m/s)冲击两种薄板型基底,分析了基底弹性变形对液滴铺展、收缩以及回弹行为的影响。     

液滴蒸发对周围气相场的影响域特性分析

液滴在气体中运动蒸发的过程中,两相间会发生相互作用。为了弄清液滴对气相场的影响,基于液滴在气体环境中蒸发过程的现象和机理解释,提出液滴蒸发的影响域的概念,定义了影响域半径,并通过数值计算分析了不同条件下的影响域特性。结果表明,影响域内,由于液滴的存在使得其周围气相场参数变化较为剧烈;其他条件相同时,无量纲影响域半径几乎是一个定值。提出的影响域概念,对于研究气液两相间的相互作用机制具有重要意义。     

基于微流控双水相液滴流酶促反应的尿素检测

以简单、快速的微流控酶促反应方法实现了尿素浓度的可视化检测。 在微流控双水相液滴流动中,利用脲酶水解尿素生成碳酸铵使液滴内的中性红指示剂变色,并对液滴颜色强度进行分析来确定待测样品中尿素的浓度,检测范围可达到0~50 mg/mL。 双水相体系克服了传统油水分析检测平台生物相容性低的缺陷。 液滴流以较少的试剂消耗、极大的比表面积、微米级的扩散距离大大提高了反应速率,导致了较快的分析检测速度,将检测时间缩短为20 s左右。 为应用化学领域的尿素快速分析检测提供借鉴和参考。     

均匀液滴的形成机理及实验研究

 在均匀液滴O₂(¹Δ)发生器的研制过程中,发生器中液流受到外界扰动后,扰动沿着液流表面呈指数增长,最终导致液流破段成液滴。在液滴的形成过程中,各种参数的改变都将对液流的状态产生影响,最终影响O₂(¹Δ)发生器的总体性能。分别从理论和实验两部分对液滴的形成过程进行了对比分析:理论部分论述了液滴形成的理论依据及在发生器中,外界扰动频率、液流喷射流速的改变对扰动增长率的影响及影响趋势;实验部分以成像的方式着重分析了在相同条件下,分别改变扰动频率、液流喷射流速,液滴流的状态及趋势。实验结合理论,寻求可控参数范围,为均匀液滴发生器的液流研究提供依据。     

基于CPV电池散热的射流冲击分形微通道换热器的结构优化

针对聚光光伏(CPV)电池高热流密度散热问题,本文提出了射流冲击与分形微通道散热相结合的解决方案,对其流动和换热进行了模拟.首先对分形微通道的分形级数进行分析,四级相比三级分形微通道换热系数只增加了4.62%,压降却升高了54.37%;接着对管道截面形状进行优化,对圆形截面,方形渐缩截面和扁管截面内流体的流动进行了模拟,结果表明在换热量相近的情况下,扁管拥有最低的压降;随后对比分叉处倒圆角、倒角和Y形三种布置形状,结果表明Y形布置有效地减少了内部流体的涡旋区,能够在牺牲较少的换热面积的条件下,将压降降低85.51%.最后在相同水力直径条件下研究单个喷嘴、均匀喷嘴阵列、非均匀喷嘴阵列射流冲击分形微通道的换热性能,模拟结果表明,非均匀喷嘴阵列分形微通道拥有最佳的换热性能,且压降降低了25.99%.     

脉冲电场O/W乳状液破乳的分子动力学模拟

采用分子动力学方法研究了水包油(O/W)型乳状液体系中重油油滴在脉冲电场中的聚集行为.通过改变电场占空比的模拟参数,探讨了一定电场强度下的油滴聚集行为,以及电场破乳时电场强度参数与占空比参数之间的联系.同时利用静电势分布、相互作用势能以及结合构象统计等分析方法,从微观角度说明在电场作用下油滴的电荷分布与聚集机制.模拟结果表明,在近0.40～0.75 V/nm范围内电场强度下,距离一定的重油滴聚集,低电场强度可通过增加占空比促使油滴聚集,且占空比随电场强度的增大而减小;油滴在电场中发生形变,油滴电荷出现两极化分布,带负电沥青质分子引导油滴朝电场反方向移动;无电场下聚集过程中沥青质处于两油滴界面,范德华作用力为油滴聚集的主要作用力,同时油滴界面沥青质分子与周围分子形成π-π结合构象,增强了油滴间的相互作用力.     

均匀液滴氧发生器液流破断的线性分析

在均匀液滴氧发生器的研究过程中,液滴的形成是关键技术。利用压电换能器对液流施加扰动,初始扰动沿液流表面呈指数增长,直到将液流夹断生成液滴。通过理论分析,发现在影响液流表面增长率的诸多参数中,碱性过氧化氢溶液(BHP)表面张力的增加和液体分配板板孔直径的减小能够增大扰动增长率,其他参数的改变对增长率的影响非常小。通过分析还发现,BHP液体的喷射流速不同,要取得最大增长率的外界扰动频率也随之变化,外界施加扰动的频率随液流喷射流速的增大而增大。这些结果为均匀液滴氧发生器的实验研究提供有力的参考依据。