非均质表面诱导液滴脱落的数值模拟

采用伪势格子玻尔兹曼方法 (LBM)多相流模型对均质表面上液滴脱落临界直径与壁面润湿性的关系以及非均质表面上液滴聚合脱落现象进行了研究,分析了液滴尺寸、壁面润湿性的差异、液滴半径比对非均质表面液滴聚合脱落的影响。结果表明:非均质表面在一定程度上可以诱导相应尺寸大小的液滴聚合并脱落,可通过增大中间区域的接触角来扩大非均质表面诱导聚合脱落液滴的尺寸范围;非均质表面接触角差值越大,液滴聚合速度越快,同时液滴在壁面上的铺展能力越强,液滴纵向振荡幅度越小;在一定范围内,液滴半径比越大,两液滴的内部压力差越大,融合速度越快,液滴可获得额外的动能并从壁面上脱落。     

水平管外液膜液滴作用下的蒸汽流动特性

为研究水平管外液体和气体相互作用下的两相流动特性,选择蒸发器中广泛应用的转角正方形排列管束为物理模型,采用流体体积函数(VOF)方法追踪气液界面,提出液体在管间以液滴形式存在的模型假设,结合管间空隙率数据来初始化水平管外液膜厚度和液滴直径,模拟蒸汽在管外液膜和管间液滴作用下的流动过程,分析气液两相的压力场和速度场.结果表明:小喷淋密度下,进出口压降计算值和实验吻合良好;在计算域内,下部区域压力值高于上部区域,且最小压力分布在液滴附近的右下侧区域;压力分布的不均会造成液滴在下落过程中的变形.     

双液滴同时垂直撞击液膜数值研究

应用数值法对双液滴垂直撞击液膜的动力学行为进行研究.采用VOF法结合网格局部瞬时加密技术捕捉气液两相界面.主要讨论了液滴韦伯数和液滴间距对碰撞演化过程和飞溅特性的影响,给出演化过程中包括二次液滴数量及尺寸等特性参数的变化规律.结果表明,双液滴撞击液膜,除了会生成皇冠形水花外,还会出现水花相撞形成的中心射流.在研究范围内,中心射流产生的二次液滴尺寸比皇冠形水花处生成的液滴尺寸小,中心射流破碎较早,所以二次液滴平均尺寸初始阶段增长较快,后期变化较慢,近似呈现线性增长.     

信息熵在喷雾液滴尺寸分布计算中的应用

将信息熵理论应用于喷雾油束液滴尺寸分布的研究中，提出了在两个约束条件下的液滴尺寸分布函数式，该式不是依赖于特定试验条件的经验公式，与广泛应用的分布函数相比具有许多相似和不同之处，较好地反映了实测的液滴尺寸分布变化趋势。     

液滴尺寸与带电量关系的初步研究

利用电子探针传感器在不施加探针电压情况下,仍可测出气液两相流中的液滴粒度及其分布,这是由于气液两相物质的喷射流动作用造成液滴带电所致。如能得知液滴尺寸与其带电量的关系,对于液滴粒度及其分布的测量是十分重要的。本文提出一种液滴尺寸与其带电量的关系及其测试方法。     

基于格子玻尔兹曼方法的二维T型微通道内液滴生成

采用格子玻尔兹曼方法中的伪势模型,模拟了密度比近似相同且不互溶的两液相在T型微通道内产生不同形态的液滴,模拟结果与实验结果相吻合。分析了毛细数、两相流量比及两相的黏度比等因素对生成的液滴尺寸和间距的影响,模拟结果所得各种因素间的数值公式也与实验结果相差无几,连续相的毛细数和两相流量比对液滴的尺寸和间距的影响比较大,两相的黏度比对液滴的影响微小。     

超声对软物质液滴作用的动力学研究

用空化泡运动的研究方法推导出超声作用下软物质液滴在与之不相混溶液体中半径变化的运动方程,通过数值模拟探讨了超声频率、声压幅值、初始半径和界面张力系数对液滴半径变化的影响。结果发现:频率越低、声压幅值越大,液滴运动越剧烈;声压幅值小于静压时液滴只在初始半径附近做微小的稳定振动;液滴初始半径越小,液滴运动越剧烈,但初始半径大小不影响液滴最终所能达到的大小;界面张力系数的大小对超声场中液滴半径变化影响不大。     

高分子液滴碰撞的耗散粒子动力学模拟

利用耗散粒子动力学模拟了剪切流中两个变形的高分子液滴相互碰撞过程.高分子液滴由多根有限拉伸非线性弹性珠簧链(FENE链)构成.研究了碰撞分离和碰撞聚合两种情形.讨论了由于剪切流导致的液滴自扩散现象.除了Ca与粘性比之外,液滴之间的界面张力系数对于两个液滴碰撞后聚合或者分离过程有重要的影响.当液滴之间存在界面张力,一定条件下可形成复合液滴.剪切流条件下,组成复合液滴的两个子液滴会出现相互翻滚现象.     

单液滴在射流场中的形变及破碎实验研究

在射流场中对自由上升单液滴的形变和破碎过程进行了研究。采用高速摄像技术拍摄记录液滴的初始形状、上升速度、进入射流场后的形变破碎等现象，运用粒子图像测速(PIV)技术研究了射流场的流场情况。通过改变液滴初始粒径大小、入射位置、射流速度等参数考察了在不同射流速度下液滴在流场中的形变破碎过程。结果表明，液滴在进入射流场后会发生3个尺度的形变过程，随后会发生从生成子液滴数为两个至多个不等的二元破碎至多元破碎现象；液滴一次破碎位置随流场剪切力而变化，主体破碎区域为射流场的中间部分；液滴在射流场中生成的子液滴数量会随入射流量、入射位置和母液滴粒径的改变发生变化。     

铜表面液滴冻结的实验研究

为了研究液滴冻结过程中液滴内部固-液相界面的动态变化特性以及液滴形变的变化规律,基于液滴冻结可视化实验平台,对冷铜表面液滴冻结过程进行了可视化实验研究,分析了不同冷表面预设温度下液滴过冷度和液滴冻结时间的变化规律以及液滴体积对液滴冻结时间的影响。实验结果表明:在液滴冻结过程中,液滴内部固-液相界面呈现出凹界面特性;在表面张力和固-液相界面的凹面特性的共同作用下,液滴完全冻结后会在其顶部形成明显的乳状凸起;液滴冻结前期固-液相界面的推移速度较快,冻结速度较快,随着时间的推移,固-液相界面的推移速度逐渐减小,致使冻结速度减小;随着冷表面温度的降低,液滴冻结所需要的过冷度不断增加。研究发现了临界过冷度的存在,约为-12℃,适当增加液滴的临界过冷度可延缓其冻结过程。液滴冻结时间主要取决于液滴过冷时间,液滴过冷时间受冷表面温度的影响较大;液滴体积对液滴过冷时间的影响并不是单调的。     

Mechanism and simulation of droplet coalescence in molten steel

Droplet coalescence in liquid steel was carefully investigated through observations of the distribution pattern of inclusions in solidified steel samples. The process of droplet coalescence was slow, and the critical Weber number (We) was used to evaluate the coalescence or separation of droplets. The relationship between the collision parameter and the critical We indicated whether slow coalescence or bouncing of droplets occurred. The critical We was 5.5, which means that the droplets gradually coalesce when We ≤ 5.5, whereas they bounce when We > 5.5. For the carbonate wire feeding into liquid steel, a mathematical model implementing a combined computational fluid dynamics (CFD)-discrete element method (DEM) approach was developed to simulate the movement and coalescence of variably sized droplets in a bottom-argon-blowing ladle. In the CFD model, the flow field was solved on the premise that the fluid was a continuous medium. Meanwhile, the droplets were dispersed in the DEM model, and the coalescence criterion of the particles was added to simulate the collision-coalescence process of the particles. The numerical simulation results and observations of inclusion coalescence in steel samples are consistent.     

丝米级矩形沟槽表面的水滴融合过程

采用高速摄像技术测试丝米级矩形沟槽表面的水滴融合过程,分析了平行沟槽、垂直沟槽方向的2个等大、非等大水滴间的融合和振荡规律.试验中,采用壁面预埋针头法实现了预置静态水滴与缓慢生长的准静态水滴的融合.结果表明,水滴的融合过程包含融合、振荡2个阶段.在等大水滴间的融合过程中,当水滴平行于沟槽方向融合时,受到沟槽的引导作用,沿沟槽方向的水滴振荡剧烈并伴随接触线的往复移动;当水滴垂直于沟槽方向融合时,受到垂向肋间"能垒"的限制,垂直沟槽方向的水滴振荡较弱,且接触线位置无明显变化,但竖直方向的水滴振幅显著.在非等大水滴间融合时,小水滴被吸引到大水滴一侧,融合过程呈现出不对称性,且液桥高度峰值、融合时间及接触线长度均随两水滴总体积的增加而增大.     

河口坝储层内部结构及对剩余油分布的影响

为了揭示河口坝储层内部结构,提高剩余油描述的精度,指导油藏开发调整,以胜坨油田沙二段8 砂组三角 洲前缘储层为例,利用密井网条件下的构型分析方法,对河口坝储层进行了分析。研究认为,河口坝储层中发育的沉 积界面可分为5 级：第5 级界面限定河口坝复合体,为稳定分布的泥岩,厚度较大,顶界呈水平产状,底界呈S 形产状; 第4 级界面限定单一河口坝,主要为泥质或钙质非渗透层,在坡折带呈倾斜产状,在湖底平原呈近水平产状,单一河口 坝具有S 型前积结构和“同期不同体”分布特征;第3 级界面限定单一河口坝内部的增生体,主要为薄泥质夹层,与第 4 级界面有斜交和平行两种产状,增生体具有S 型和斜交型两种前积结构。特高含水后期,河口坝储层内部结构特征 对剩余油分布的控制作用明显,普遍分布的S 型前积结构主导了剩余油的低饱和度均匀分布,局部存在的斜交型前积 结构主导了剩余油的差异分布,同期不同体结构主导了剩余油的局部富集。     

石油磺酸盐对玻璃纤维聚结脱水性能的影响

目前,关于纤维表面水滴聚结与脱落过程的研究多为定性分析,缺乏相关实验数据,并且各种因素对纤维聚结脱水效果的影响并不清晰。针对以上问题,搭建了一套可视化微流道实验系统;在航空煤油-水体系中加入表面活性剂石油磺酸盐,制备了两种不同界面张力的乳状液;利用建立的实验系统观测在不同界面张力下纤维表面水滴的聚结与脱落过程,并讨论了影响水滴聚结与脱落的主要因素。结果表明：在18 mN/m的界面张力下,最大水滴粒径在前3 min增长较快,在3 min后增长较为缓慢;在8 mN/m的界面张力下,在前6 min最大水滴粒径的增长趋势较为平缓,6 min后最大水滴粒径几乎不再增长,并且在聚结初始阶段水滴呈单侧分布;水滴单位面积的表面活性剂分子数存在饱和值,当达到饱和值时,水滴被表面活性剂分子完全包围,很难与其他水滴发生聚结行为;在18 mN/m的界面张力下,流场流速是引起水滴断裂脱落的主要原因;在8 mN/m的界面张力下,水滴的断裂脱落不仅受流场流速的影响,而且还与表面活性剂的含量有关。     

石油磺酸盐对玻璃纤维聚结脱水性能的影响

目前,关于纤维表面水滴聚结与脱落过程的研究多为定性分析,缺乏相关实验数据,并且各种因素对纤维聚结脱水效果的影响并不清晰。针对以上问题,搭建了一套可视化微流道实验系统;在航空煤油-水体系中加入表面活性剂石油磺酸盐,制备了两种不同界面张力的乳状液;利用建立的实验系统观测在不同界面张力下纤维表面水滴的聚结与脱落过程,并讨论了影响水滴聚结与脱落的主要因素。结果表明：在18 mN/m的界面张力下,最大水滴粒径在前3 min增长较快,在3 min后增长较为缓慢;在8 mN/m的界面张力下,在前6 min最大水滴粒径的增长趋势较为平缓,6 min后最大水滴粒径几乎不再增长,并且在聚结初始阶段水滴呈单侧分布;水滴单位面积的表面活性剂分子数存在饱和值,当达到饱和值时,水滴被表面活性剂分子完全包围,很难与其他水滴发生聚结行为;在18 mN/m的界面张力下,流场流速是引起水滴断裂脱落的主要原因;在8 mN/m的界面张力下,水滴的断裂脱落不仅受流场流速的影响,而且还与表面活性剂的含量有关。     

Analysis of contact melting around a horizontal elliptical cylinder heat source

The process of AT-driven contact melting of the solid phase change material （PCM） around a horizontal elliptical cylinder heat source is analyzed. Aiming at the problem existed in the published literature, namely the thickness of boundary layer tends to be infinite at φ = 90°, and considering the difference of normal angle between the horizontal elliptical cylinder surface and the solid-liquid interface of PCM, a new mathematic model is proposed, and the fundamental equations for the melting process are derived with the film theory. The new pressure distribution inside the boundary layer, the variation law of normal angle of the solid-liquid interface, the thickness of the boundary layer and the relationship between the melting velocity and resultant force are obtained. The solutions of the fundamental equations under different elliptical compression coefficients are analyzed and discussed. It is found that the thickness of the boundary layer obtained by the new model is a finite value and accords with the experimental result at φ = 90°.     

垂下液膜式水平管蒸发器的换热特性

采用层流和紊流两种模型对一水平管外垂下液膜的强制对流蒸发换热性能进行了数值计算．对管顶部的冲击滞止区和管侧部的自由绕流区分别采用不同的坐标变换方法进行微分方程组简化．根据滞止区计算结果确定自由绕流区的初始边界条件,排除了以前类似计算中人为假定计算边界条件的缺陷．紊流计算采用壁面函数法．数值计算结果确认了液膜蒸发量对换热系数的影响可以忽略,液膜内温度分布不能近似为线性分布．计算结果和作者的实验数据及其他研究的实验数据进行了比较,实验值处于层流解和紊流解之间,更靠近紊流解．对水和Ｒ１１两种工质,紊流解和实验值吻合得很好     

澄清室内液-液分相的研究

从分析澄清过程中三个不同层次的速度分布出发,认为重力沉降是分相的主要推动力。以凝聚层厚度趋向零作为设计澄清器长度的标准,依次推导出一组方程式来计算澄清时间。当此时间大于或等于Jeffreys和Davies用理论分析得到的凝聚时间时,该设计被认定是合理的。用上法设计了一套带有锥形放大沉降面积和浅底的澄清室,经实践证明与理论计算相当吻合。     

天然电磁场激励下球体的天然电场选频法异常成因分析

在以往实践应用的基础上,主要从均匀半空间内球体模型的角度研究天然电场选频法异常的成因.首先从自然因素和人文因素2方面分析天然电场选频法的场源问题;从麦克斯韦方程组出发,利用边界条件求取谐变磁场作用下,均匀半空内导电导磁球体在地表主剖面上感应二次电场的解析计算式;根据拉普拉斯方程和边界条件,获得谐变电场作用下,均匀半空间导电球体在地表主剖面上的异常电场水平分量计算式;对理论模型的各个参数进行假定,计算三维谐变磁场、谐变电场作用下,地表主剖面上良导球体的水平电场异常曲线.通过对模拟计算结果分析可知,在水平谐变磁场和谐变电场共同作用下,获得的地表电场异常曲线与野外实测结果形态相似、特征相同.     

Mid-depth recirculation observed in the interior Labrador and Irminger seas by direct velocity measurements

The Labrador Sea is one of the sites where convection exports surface water to the deep ocean in winter as part of the thermohaline circulation. Labrador Sea water is characteristically cold and fresh, and it can be traced at intermediate depths (500-2,000 m) across the North Atlantic Ocean, to the south and to the east of the Labrador Sea. Widespread observations of the ocean currents that lead to this distribution of Labrador Sea water have, however, been difficult and therefore scarce. We have used more than 200 subsurface floats to measure directly basin-wide horizontal velocities at various depths in the Labrador and Irminger seas. We observe unanticipated recirculations of the mid-depth (approximately 700 m) cyclonic boundary currents in both basins, leading to an anticyclonic flow in the interior of the Labrador basin. About 40% of the floats from the region of deep convection left the basin within one year and were rapidly transported in the anticyclonic flow to the Irminger basin, and also eastwards into the subpolar gyre. Surprisingly, the float tracks did not clearly depict the deep western boundary current, which is the expected main pathway of Labrador Sea water in the thermohaline circulation. Rather, the flow along the boundary near Flemish Cap is dominated by eddies that transport water offshore. Our detailed observations of the velocity structure with a high data coverage suggest that we may have to revise our picture of the formation and spreading of Labrador Sea water, and future studies with similar instrumentation will allow new insights on the intermediate depth ocean circulation.