基于SPH方法的液滴撞击可湿润固壁模拟

液滴撞击固体壁面是一种常见的自然现象和工业过程,在这些现象和过程中液滴运动往往受到壁面可湿润性的影响.本文提出了一种可湿润性固壁边界条件的计算方法,即假设壁面粒子的亲水性以及毛细吸附作用统一表现为对支持域内流体粒子的吸附力.吸附力的大小与流体压强、材料饱和度及亲水性有关.基于光滑粒子流体动力学(SPH)方法,模拟了静态液滴在不同可湿润性壁面上由变形至稳定的过程.考虑壁面可湿润性的影响,模拟了液滴撞击疏水壁面的过程.结合试验数据,分析了壁面可湿润性对液滴运动过程的影响.研究表明:根据模拟液滴静态接触角的变化特点,本文可湿润性固壁边界条件可以较好地反映出壁面可湿润性;液滴撞击输水表面的模拟数据与试验结果趋势上吻合良好,液滴回弹时在壁面可湿润性的影响下形成液柱;壁面可湿润性对撞击后液滴的铺展过程影响很小,在该阶段壁面摩擦力起主要作用,回缩和回弹阶段壁面可湿润性对液滴运动特征的影响较明显.     

电场作用下电流变液滴的变形及力学行为

外加电场作用下的液滴变形及力学行为是电流体动力学研究的重要内容.基于volume-of-fluid(VOF)方法,将电场力作为源项添加到流体运动的Navier-Stokes方程中,提出了电流体流场与电场双向耦合的数值方法,分别研究了外加均匀电场与非均匀电场作用下,中性漏电液滴和带电液滴的变形/运动及其力学行为.小变形条件下,数值模拟得到的外加均匀电场中性漏电液滴的变形系数接近于理论值,验证了本文方法的正确性.研究结果表明,电场作用下液滴与周围介质物理属性的差异导致液滴表面不同的自由电荷再分配形式及其变形状态;相对于电场方向,中性漏电液滴可能会发生"扁长型"或"扁平型"变形.均匀电场下,中性漏电液滴内部形成稳定的回转运动,液滴不会发生宏观运动;对于存在净电荷的液滴,由于库仑力的作用,液滴不仅会发生变形,同时也会沿电场线方向运动.非均匀电场下,中性漏电液滴与带电液滴都会沿电场线运动,并发生不同的变形.本文所提出电流体流场与电场双向耦合的数值方法为静电喷雾、电泳等复杂的工程电流体动力学研究提供了理论基础.     

溶菌酶晶体生长过程中固腋流动体系的流体特性

在用批量法生长溶菌酶晶体的过程中，使用粒子图像测速技术观测晶体生长固／液体系的宏观速度场，使用长工作距离显微镜测定了晶体（110）面的法向生长速率和晶体周围溶液的局域速度场．实验结果表明，固／液体系的平均流速、最大流速以及单个晶体周围的局域流速均具有起伏特性．基于蛋白质晶体的对流一扩散模型，计算了有效浓度边界层厚度δeff,界面溶质浓度Gi以及特征速度V.计算结果表明，在实验条件下，溶菌酶的晶体生长过程主要由表面动力学控制，浮力对流在质量输运中的份量很小，但随着过饱和度的增加，质量传输的份额有增大趋势．计算结果还表明，浮力对流所产生的剪切力的量级为10^-21 N，远小于溶菌酶分子间的键力，因此浮力对流产生的剪切力不会对溶菌酶晶体生长产生很大影响．     

溶菌酶晶体生长过程中固/液流动体系的流体特性

在用批量法生长溶菌酶晶体的过程中, 使用粒子图像测速技术观测晶体生长固/液体系的宏观速度场, 使用长工作距离显微镜测定了晶体(110)面的法向生长速率和晶体周围溶液的局域速度场. 实验结果表明, 固/液体系的平均流速、最大流速以及单个晶体周围的局域流速均具有起伏特性. 基于蛋白质晶体的对流-扩散模型, 计算了有效浓度边界层厚度δ_eff, 界面溶质浓度C_I以及特征速度V. 计算结果表明, 在实验条件下, 溶菌酶的晶体生长过程主要由表面动力学控制, 浮力对流在质量输运中的份量很小, 但随着过饱和度的增加, 质量传输的份额有增大趋势. 计算结果还表明, 浮力对流所产生的剪切力的量级为10^-21 N, 远小于溶菌酶分子间的键力, 因此浮力对流产生的剪切力不会对溶菌酶晶体生长产生很大影响.     

与动力场相耦合的区域沙尘分档模式及个例模拟

综合考虑沙尘的起沙、扬沙、输送、干沉降、湿沉降等物理过程, 建立了一个比较完善的综合沙尘过程模式, 并与MM5中尺度动力模式相耦合, 构成区域沙尘模式. 模式中利用摩擦速度和地表信息资料, 对起沙通量作了订正; 扬沙过程, 根据流场、不同的边界层和不同的积云对流参数化方案, 分别处理; 模式中沙尘的沉降分为干沉降和湿沉降, 对沙尘粒子作了按尺度的分档处理, 对于显式或隐式降水都作了比较精细的考虑. 该模式对2002年3月20日和2002年4月7日影响我国北方大部分地区的强沙尘天气的形成和输送过程进行了模拟试验, 结果表明, 模式能较好地模拟沙尘过程的形成和传输扩散特征.     

北京一次典型灾害性雹暴、大风的形成过程与云物理特征

利用MM5中尺度模式和强风暴模式对北京2003年8月23日晚发生的一次强雷暴、大风天气的形成过程与云物理结构特征进行了分析研究.研究结果表明,北京地区特有的地形、冷暖气流分布特征对强灾害性风暴的发生、发展和维持具有非常显著的作用.西风气流经过地势较高的地区时,由于受太阳辐射加热和地形抬升的共同作用,易形成对流单体,在随高空气流向地势较低的城区移动过程中,暖湿空气从云体前方进入云体,对流得到显著加强,在云的中上部形成大量的霰/雹粒子.降水主要是由于霰/雹粒子通过融化层融化形成的.强下沉气流主要是由霰/冰雹的拖曳、融化以及雨水的蒸发冷却过程形成的负浮力效应产生的,这种强下沉气流在地面辐散导致地面瞬时局地灾害性大风.同时,强辐散出流也迫使暖湿气流更大程度地抬升而形成新的云系,使强风暴系统得到进一步发展和维持.     

封面说明

在所有的纳微有序结构或表面图案结构的应用中,构筑方法是实现结构最终应用的重要前提条件.随着研究对有序结构材料性能及图案化尺寸、精度等要求的提高,人们不断改进,研发了一系列新的方法.纳、微尺度的微相分离、去润湿及水蒸气液滴模板等技术,溶剂辅助微成型技术,超临界流体技术,以及     

金属液体射流变形的光滑粒子流体动力学模拟

采用光滑粒子流体动力学方法(SPH)模拟液体射流与刚性表面的碰撞, 建立了半径为0.24 cm, 高为0.75 cm的圆柱形铝液滴以100 m/s的速度与刚性表面发生碰撞的SPH计算模型. 在计算中借助Voronoi多边形分配粒子的初始质量, 并考虑了大变形过程中随着粒子相互间距离的变化而采用可变光滑半径. 根据计算结果分析了碰撞过程中圆柱形液滴沿轴向的压力波形演化特征, 并给出了不同时刻金属液体射流的变形情况. 通过粒子速度随时间的变化曲线, 观察到液体在碰撞后首先进入一个稳定流动的过程, 此稳定流动的过程相对较短, 随后流动开始发生混乱.     

牛顿流体小尺度地幔对流对海底地形与热流的影响

海底地形与热流观测值和岩石圈年龄的关系在小年龄段可用半无限空间冷却模型精确描述, 但在大年龄段存在显著差异. Parsons和McKenzie在20世纪70年代的研究中首次将该差异归因于岩石圈下小尺度地幔对流. 随后科学家们对小尺度地幔对流问题进行了大量研究, 但结果并不一致. 本文根据建立的垂直于大洋中脊的二维热对流有限元数值模型对小尺度地幔对流对海底地形与热流的影响进行了详细研究. 该模型的主要特点是采用开放边界条件, 从而可以避免原有封闭模型因回流问题而产生的复杂效应. 数据结果显示: 对黏性与温度相关的牛顿流体, 小尺度地幔对流可造成海底表面热流的增加, 但对海底地形影响很小. 这主要是由于小尺度对流会造成两种效应: 将地幔内部热量传到岩石圈底部并加热岩石圈从而使表面热流增加; 这一效应的必然结果就是第二效应——加速地幔冷却. 由于两种效应对海底地形的影响相反, 且效果相当, 所以小尺度地幔对流对地形几乎不产生影响.     

聚合物混合体系相分离过程的分形凝聚

合金体系和高分子共混体系相分离动力学的研究已取得了很大进展。人们已经发现在相分离过程中,结构函数具有动态标度行为(Dynamical caling)。但是对于结构函数的标度行为反映了一种什么样的物理图象,分相体系微结构的何种特征决定了结构函数的标度行为等问题尚不十分清楚.我们用计算机模拟,激光光散射和图象分析方法、基于     

丙烯醛光谱溶剂效应的显溶剂模型和分子动力学模拟

引入永久偶极弹簧能的概念和对溶剂分子构象进行精确考虑, 采用离散永久电荷和诱导偶极表示溶剂分子电荷分布, 推导得到显溶剂模型的平衡态和非平衡态静电溶剂化能的表达式. 将溶剂环境作为点电荷分布的外场代入溶质自洽场计算, 以考虑溶剂化过程中溶质电子波函数变化引起的溶质自身能量的改变. 推导得到了计算光谱移动的表达式, 并应用到溶液中的光吸收和发射过程. 根据新理论, 对ASEP/MD程序进行修改, 并应用于计算水分子平衡溶剂化能和丙烯醛的光谱移动.     

流场中复杂液滴的变形运动与吸附

液滴动力学是多相流热物理学的重要基础研究方向.随着科学研究的逐步深入和工业技术的不断发展,人们发现液滴的界面可由多种物质分子组成且可出现复杂的结构,如石油工程中表面活性剂、固体颗粒等物质吸附于油水液滴界面,细胞等生物液滴由具有复杂分子组成和结构的膜包裹等.研究发现复杂的分子组成和结构使液滴界面具有剪切弹性、面积扩张弹性、抗弯特性等显著不同于普通液滴表面张力的力学性质,而复杂的界面力与流场黏性力、壁面物理化学吸附力等相互耦合导致液滴在流场中展现复杂的变形、运动、吸附等动力学行为.本文介绍了复杂液滴界面的力学性质及其模型描述,综述了近年来关于流场中复杂界面液滴的变形、运动、吸附行为的研究进展,并给出了后续研究的建议.     

倾斜超疏水管外滴状冷凝液滴特性的可视化

含不凝气的混合蒸汽冷凝广泛存在于化工、石油、电力和海水淡化等领域.在空气环境下超疏水表面具有较大的接触角,有可能实现冷凝强化传热的目的.但在纯蒸汽冷凝环境中,液滴会完全润湿超疏水表面的微纳结构,使表面的超疏水性"失效".而在含不凝气的混合蒸汽冷凝过程中,若不凝气充满超疏水表面的微纳结构,液滴呈Cassie或过渡态润湿模式,保持或部分保持表面的超疏水特性.对于倾斜表面,冷凝液滴的脱落直径和冲刷周期都会发生变化,进而影响冷凝传热.因此,深入认识混合蒸汽在不同倾斜角的超疏水竖管表面上的冷凝特性,分析液滴的运动特性,对探究冷凝机理和研发先进强化传热技术有重要意义.本文利用氧化刻蚀-自组装的方法制备了紫铜管超疏水表面,系统地研究了不同倾斜角度时混合蒸汽冷凝过程中液滴的接触角滞后、临界脱落直径以及冲刷周期,并与纯蒸汽、疏水表面的情况进行了对比.结果表明,在铜管顶部(沿铜管圆周方向),超疏水表面冷凝时接触角滞后小于疏水表面,而在铜管中部和底部超疏水表面的接触角滞后则较大;在超疏水表面条件下,液滴的脱落直径随着倾斜角度的增加而增大;冷凝液对超疏水表面的冲刷周期均大于疏水表面,且随着倾斜角增加,冲刷周期略有减小.     

复动力系统的淹没点与玻璃态相变

重整化群理论是在粒子物理研究中为克服微扰发散困难而进行标度变换,从而得到群不变性的一种理论.该理论于1971年由Wilson[1]提出,被广泛用于研究凝聚态物理的相变问题,其影响巨大,于1982年获得诺贝尔物理学奖.近年来,重整化群理论在信息传播、系统科学、材料科学和工程技术等许多学术领域都有十分深刻的应用,展示出极强...     

超声速混合层密度场测量与近似重构

利用纳米示踪粒子研究了超声速混合层的密度场结构.探讨了基于实验图像的密度场校准方法,采用斜激波实验校准了示踪粒子浓度与当地流场密度之间的关系.针对混合层流动图像的实际特征,校准了光强分布不均匀对密度场测量的影响.以对流马赫数0.12混合层为研究对象,测量得到了相应的密度场结构.根据混合层展向结构的涡结构特征和流向的密度场分布,近似重构了超声速混合层的密度场,所得到的密度场结构较好地反映了混合层流动的三维特征.     

我国古代的声学(二)

三、古代律学的发展1.律学产生的基础和它的物理意义随着原始社会进入奴隶社会,生产力和生产水平的提高,乐器有了大发展,出现了专职的音乐人员.声学也随之有了长足的进步.商代各种乐器已具有共同的音.也说明那时已有了     

磁暴环电流形成过程

利用三维试验粒子轨道计算法, 以强的行星际磁场南向分量驱动的对流电场作为磁暴的主要起因, 研究了大磁暴期间环电流离子的注入过程和对称环电流的形成机制. 本文主要关心大磁暴环电流中的氧离子成分. 计算结果揭示了磁暴环电流形成过程中部分注入粒子轨道具有混沌特征. 特别是证明了粒子由磁尾向内磁层的注入过程中产生的屏蔽电场可使开放轨道转变成闭合轨道, 因而是闭合环电流形成的重要机制. 进一步证明了注入粒子可以得到有效的加速, 加速时间约为1~3小时.     

优化双色激光场产生高次谐波转化效率的理论研究

利用遗传算法优化单原子高次谐波场的强度,得到了最优双色激光场的波形.在800~3000 nm波长范围内,该双色场产生高次谐波的转换效率可提高一个数量级以上.进一步模拟了单双色场中单原子和宏观高次谐波场的转换效率随激光波长l的依赖关系.对单原子谐波场而言,波长标度律为λ~(-5)~λ~(-8),与已有结果符合得很好.而宏观谐波谱的强度随激光波长衰减得更快,其标度律为λ~(-8)~λ~(-13).与单色场相比,虽然双色场中的标度律未得到改善,但是谐波转换效率提高很大.     

国际粒子物理和核物理讨论会在北京召开

国际粒子物理和核物理讨论会于1985年9月2日～7日在北京大学召开,38名国外代表和一百多名国内代表参加了会议,近百名国内外代表在会上进行了学术交流,会议分粒子物理和核物理两组进行,涉及的内容,粒子物理有:①强子动力学和强子过程,②标     

线性剪切流中弹性界面液滴变形的惯性作用

弹性界面液滴(由弹性界面包裹而成的液滴)在流场中的变形等动力学行为是深入理解液滴群悬浮液流变特性以及发展基于液滴的物质输送技术的重要基础.流体惯性、液滴界面弹性、流体黏性等力学作用相互耦合,共同控制弹性界面液滴的动力学行为.已有文献以Stokes流假设进行简化,集中研究了忽略流体惯性条件下弹性界面液滴的变形动力学行为.本文结合Front Tracking Method和Finite Element Method,在传统两相流模拟方法中引入薄膜弹性力学理论,发展了能同时考虑液滴界面弹性和流体惯性的两相流数值模拟方法,研究了颗粒雷诺数(Re)对线性剪切流中弹性界面液滴变形动力学行为的影响.结果表明:雷诺数较高时,弹性界面液滴的瞬态变形出现振荡,且随雷诺数增大,变形振荡的幅值和周期都增大,液滴瞬态变形时间变长;随雷诺数增大,液滴的最大变形和稳态变形均增大,且液滴形状也有显著变化.由此可见,在Re1的条件下,流体惯性对弹性界面液滴变形动力学行为的影响不可忽略.