微通道内单颗粒周围微观流场的直接定量观测

本文基于显微粒子图像测速技术(μPIV),对微通道内处于惯性聚焦状态下单颗粒的动力学行为及其诱导的微观二次流动进行了可视化定量研究.通过引入坐标平移法、平方函数法和图像叠加法等图像处理方法,实现了对含有运动边界的微小流动区域内流场结构的直接观测。研究表明,颗粒的运动速度和转速与Re数呈正比例关系;而一定范围Re数下,颗粒相对壁面的距离随Re数变化基本不变;随着Re增大,颗粒同侧前方的涡状流动显著增强。     

竖直管末端凸弯月面热毛细流的数值研究

蒸发弯月面附近的传热传质过程具有非常广阔的应用背景而得到人们的广泛关注。但另一方面,由于相变现象及微尺度现象的存在,又使得该过程的研究具备相当的复杂性。近年来,Gazzola等人在边界条件对称的情况下,观测到在竖直管中,蒸发的凸弯月面下存在有非对称流动。而根据以往人们针对蒸发液面的研究,对称的边界条件下产生的流动往往应...     

针对蒸发弯月面附近微颗粒运动的数值模拟

蒸发弯月面附近存在复杂的流动结构.该文建立数值模型以精确模拟蒸发弯月面附近的传热传质过程并描绘液体中微小颗粒的运动轨迹.一方面,将弯月面上的蒸发、气相中的蒸汽扩散以及蒸发导致的界面冷却效果耦合求解.同时利用离散元方法(DEM)对颗粒在流体中的运动及其对流场的反作用进行耦合求解.通过与实验对比,该计算方法能够准确地描述弯月面附近的微颗粒运动轨迹.     

微通道内椭球颗粒惯性聚焦行为数值研究

基于浸没边界-格子Boltzmann方法,对方形截面微通道内椭球颗粒的惯性迁移与旋转动力学行为进行数值研究,发现微通道内椭球颗粒的惯性迁移存在两种主要的运动状态：①翻转状态,即椭球颗粒前进过程中长轴始终在中心对称平面内;②滚动状态,即椭球颗粒前进过程中长轴始终垂直于中心对称平面.研究表明：在低Re数（Re=10）下颗粒以两种状态随流体迁移至平衡位置;在较大Re数（50≤Re≤200）下最终均以翻转状态随流体迁移,随Re数增加,平衡位置先逼近壁面后远离壁面.通过对不同运动状态下椭球颗粒周围的微观流场进行分析,提示该微观流动在颗粒惯性聚焦行为特征中有重要影响,并从流体和颗粒的惯性角度对颗粒不同运动状态的转换机理给出解释.     

Y型微通道内气泡非对称破裂行为的数值研究

基于微通道两相流的微流控技术已得到广泛的应用,精确控制通道中气泡或液滴的尺寸对相关微流控系统的设计起到至关重要的作用.本文基于流体体积法重构Y型微通道内的气泡破裂行为,系统研究了气泡无量纲尺寸(1.2—2.7)、出口流量比(1—4)以及主通道雷诺数(100—600)对气泡破裂行为的影响.发现气泡非对称破裂过程分为3个阶段:延伸阶段、挤压阶段和快速破裂阶段.在气泡初始尺寸较小或出口流量较大的情况下,气泡不破裂,只经历延伸阶段和挤压阶段.进一步针对不同尺寸和出口流量比揭示了气泡的4种破裂模式:隧道-隧道破裂、阻塞-阻塞破裂、隧道-阻塞破裂和不破裂.随着出口流量比的增大,气泡的破裂过程逐渐变为非对称破裂,其破裂模式沿隧道-隧道破裂/阻塞-阻塞破裂、逐渐向隧道-阻塞破裂和不破裂方向转变.在此基础上获得了不同雷诺数和初始气泡尺寸下,气泡破裂的临界流量比以及气泡破裂后子气泡体积比随出口流量比的变化规律并提炼了相应的准则关联式,可为精确调控破裂后子气泡的尺寸提供理论指导.