椭圆形针肋表面冷凝液滴分布特征的实验研究

对6组不同几何参数的椭圆形针肋表面上的蒸汽冷凝过程进行了可视化实验研究,利用黑白二值化方法对针肋表面冷凝液滴的表面覆盖率进行了计算,分析了横向肋间距和肋高对冷凝液滞留、表面覆盖率和液滴脱落周期的影响.结果表明,当肋高较小时,随着横向肋间距的增加,针肋对冷凝液的滞留效应减弱;当肋高较大时,针肋对冷凝液的滞留作用变强,但是随着肋间距的增加,一些大液滴更难以脱落. 6组针肋板的表面覆盖率曲线均出现了大幅度下降,但发生大幅度下降的时间不同.随着横向肋间距和肋高的增大,表面覆盖率出现大幅度下降的时间均有所推迟.随着横向肋间距的增大,肋高对表面覆盖率平均值的影响逐渐减小.当横向肋间距较小时,肋高增大,液滴的脱落周期变短;当横向肋间距较大时,肋高的增大均使得脱落周期有所变长.实验结果可为针肋板的设计及实际工程应用提供参考.     

液化天然气饱和单液滴蒸发模型及其吹拂效应的影响

采用计算流体动力学方法,基于液滴界面能量守恒原理建立了液化天然气饱和单液滴蒸发模型,以对不同的温差、相对速度及液滴粒径的液滴在同种蒸气中的蒸发过程进行模拟,并分析了吹拂效应的影响.结果表明:增大温差、相对速度及液滴粒径,均会使得液滴界面换热量增大;随着温差增大,温度边界层厚度及其比值逐渐增加,但考虑与未考虑液滴蒸发时液滴界面换热量之比呈现出分段变化特征,液滴的运动使得其分段点提前,且吹拂效应的影响增大;随着相对速度增加,吹拂效应对液滴蒸发的影响减弱,当相对速度大于18 m/s时,吹拂效应的影响可以忽略;随着液滴粒径增加,吹拂效应的影响基本保持不变.     

结霜初期超疏水表面液滴生长的规律

为了研究结霜初期液滴在超疏水表面的生长规律,建立结霜初期超疏水表面液滴生长的分层模型,揭示液滴在生长过程中各层温差的分布特点,并深入研究表面接触角、面积分数、基底温度以及空气相对湿度对液滴生长的影响规律。研究结果表明:在结霜初期,液滴的Knudsen层以及主流连续区层这2部分的温差占基底过冷度的95%以上;随着表面接触角的增大,传质环节中的主流连续区层的温差减小,导致液滴生长减缓;面积分数S对液滴生长的影响较小,当S=0.04时,与其相关的热阻R_(we)仅约占液滴-翅片层总热阻的0.2%;液滴生长速率随着基底温度的降低和空气相对湿度的升高而升高。     

静止液态甲烷饱和单液滴蒸发模拟

经典液滴蒸发模型无法适用于LNG制冷剂在其蒸气中的蒸发过程模拟。采用数值模拟方法,建立静止饱和甲烷液滴在其蒸气中蒸发的新模型。利用该模型对液滴蒸发过程进行计算。结果表明:模型计算结果准确可靠;气液界面蒸气喷出速度与液滴半径成反比,与温差成正比;"吹拂效应"使温度边界层变厚,热流密度减少;温差为190 K、半径为0.5 mm工况下,"吹拂效应"影响最剧烈,使温度边界层增厚28.8%,热流密度减小27.7%;质量蒸发率随温差以及半径增大而增大且与半径、温差之间具有一定的数学关系。     

微米级余弦槽表面疏水性及冷凝传热实验研究

为了研究余弦微槽结构的疏水性和冷凝传热性能,首先制备了不同槽峰高度和槽距的微米级余弦槽结构表面,实验研究了不同结构微槽表面的静态接触角及其对滴状冷凝传热性能的影响,并对冷凝传热过程中液滴在微槽表面合并、脱落过程进行实验研究和热力学分析。结果表明,液滴在微槽表面的疏水性和传热性能都呈现明显的各向异性,横向静态接触角θ⊥明显高于纵向接触角θ∥。同时,冷凝传热过程中竖直纵槽阻碍液滴的横向合并,但其对液滴脱落过程起到极大促进作用,传热性能较光滑表面提高30%~50%,且峰距比越大液滴的脱落半径越小、脱落频率越高,表面传热效率也越高。水平横槽则相反,虽然增大峰距比促进了液滴合并,但却对其脱落过程产生不利影响,导致整体传热性能较纵向槽表面大幅下降,与光滑表面接近。引入表面润湿率对微槽表面的液滴脱落半径进行热力学计算,计算值与实验结果吻合较好,误差在20%以内。     

蒸汽冷凝初始液滴形成机理研究

蒸汽在过冷表面进行滴状冷凝时的初始液滴形成机理一直是悬而未决的问题.应用电子探针和扫描电镜两种方法对水蒸气冷凝前后镁表面上化学成分的变化进行了检测,发现冷凝后镁表面上氧含量明显增加,而且随着过冷度和冷凝时间的增加而增加.为了深入分析氧含量的增加是整个表面都反应造成的还是仅局部反应导致的,建立了镁与凝液反应的动力学关系,并推算出初始液滴所占面积分率远小于1的结果.同时电子探针的扫描检测结果证明氧元素在镁表面上的分布是不均匀的,凝液所占面积分率的图像处理结果与动力学计算结果相吻合.因此,初始形成的冷凝液仅在表面的局部区域产生,不是以薄液膜的形式覆盖表面,即滴状冷凝初始液滴的形成机理在纳米尺度下符合固定成核中心假说.     

滴状冷凝研究的进展

本文以大最的资料为依据,并结合笔者近年来的研究结果,对实现滴状冷凝的途径、滴状冷凝的机理及影响给热系数的因素进行了论述。0 概述滴状冷凝足发生在不润湿的表面上的,它与膜状冷凝的区别是,冷凝表面上不是连续的液膜而是大小不一的液滴。蒸汽首先在冷凝表面上的活化中心处冷凝,产生大量的微小液滴,这     

液滴图片数字化引起的超疏表面接触角测量误差模拟研究

液滴在表面上的接触角是衡量表面润湿性能的一个重要指标,近年来在超疏水表面研究领域得到广泛应用。目前接触角测试主要采用座滴法在获取液滴数字图片的基础上对液滴轮廓进行直接测量或拟合得到;数字图片的离散性决定了接触角测试结果具有一定误差这一误差在液滴偏离球冠形状的情况下(例如:超疏水/油表面接触角测量)会变得较为严重。拟采用数值模拟分析方法研究由液滴数字图片决定的超疏水/油表面接触角测量误差随液滴参数和表面性能的变化规律。通过模拟发现,接触角测量误差随着接触角的增大而增大;采用大体积液滴进行测量会带来较大的接触角误差;而密度大或表面张力小的液体带来的误差较太。为实现接触角误差的控制,在采用小体积液滴的同时,可以通过悬滴法进行测试,此时误差可控制在仪器误差限范围之内。     

新的柔性结合部法向接触刚度和接触阻尼方程

以修正分形几何学理论和赫兹法向接触力学方程为基础,推导出了柔性结合部法向接触刚度与阻尼方程。假设峰元顶端的曲率半径为变量,提出了一种全新的求导函数而非偏导函数的求解方法,建立了单峰元与平面接触的法向接触刚度方程。数值模拟表明:峰元承担的法向弹性载荷与其顶端的变形量之间符合非线性幂函数凹弧关系;降低表面粗糙度或增加法向接触载荷都将增大实际接触面积;当表面粗糙轮廓分形维数在较小范围内时,实际接触面积随着表面粗糙轮廓分形维数的增加而增大,而当表面粗糙轮廓分形维数在较大范围内时,实际接触面积随着表面粗糙轮廓分形维数的增加而变小;降低表面粗糙度或增加表面粗糙轮廓分形维数与法向接触载荷皆将增加法向接触刚度;法向接触阻尼随着表面粗糙轮廓分形维数的增加先减小后增大;当表面粗糙轮廓分形维数小于临界值时,法向接触阻尼随着分形粗糙度的增大而增大,而当表面粗糙轮廓分形维数超过转折点时,法向接触阻尼随着分形粗糙度的增大而减小;当法向接触载荷增大时,法向接触阻尼略微减小。     

表面活性剂对悬浮液液滴形成的影响

在以空心玻璃微珠为分散相、超纯水为分散介质的悬浮液中加入表面活性剂,通过高速摄像机研究表面活性剂对悬浮液液滴形成的影响。研究结果显示:在液滴形态变化方面,喉部直径对时间的变化率随着表面活性剂质量分数的增大而减小;液滴断裂长度与卫星液滴直径均呈现先减小后增大的趋势;形成的悬浮液液滴直径随表面活性剂质量分数的增大而逐渐减小;当表面活性剂质量分数相同时,液滴生长速率随着时间的推移而逐渐增加;在相同时刻下,液滴生长速率随着表面活性剂质量分数的增大而增大,但始终小于对照组液滴的生长速率。     

单一颗粒流分形模型及有效热导率计算

首次提出了颗粒流中粒子的分形模型，得到粒子在不同分维下的分形分布，并和麦克斯韦分布进行比较，分析了两种分布产生差异的物理机制．在此基础上研究了单一颗粒流的有效热导率，得到其解析表达式，并分析了有效热导率随粒子温度、粒子分维的变化规律．     

两弹性接触粗糙快速滑动表面温升的分形模型

采用球形微凸体的赫兹接触理论和MB模型,对微接触点的温升进行了分析,得到了快速滑动区域内的分形区域实际接触面积的温升概率分布密度、温升补充累积概率分布函数的封闭式表达式.分析结果说明:量纲一特定滑动区域的实际接触面积随量纲一最大Jaeger参数增加而单调减小.量纲一最大温升随分形维数增加而减小,但随分形粗糙度参数增加而增加.量纲一温升随分形维数增加而增加.当分形维数为1.5时,实际接触面积的温升概率分布密度等于在一个弹性微接触点面积上的温升概率分布密度,基于正八边形面积的近似解适当接近精确解.温升的补充累积概率分布函数随分形维数、滑动速度和量纲一分形粗糙度参数增加而增加.     

静止环境中甲醇液滴蒸发的数值模拟

采用单液滴非平衡蒸发的数学物理模型,研究了静止环境中甲醇液滴的瞬态蒸发特性,获得了不同环境压力、环境温度和液滴的初始温度条件下液滴半径和液滴温度的变化规律.结果表明,随着环境压力的升高,液滴所达到平衡蒸发温度上升,在环境温度高于临界温度时,液滴蒸发加快,而在环境温度低于液滴临界温度时,液滴蒸发减慢.随着环境温度的上升,液滴蒸发速度加快,液滴达到的平衡温度上升.液滴初始温度对瞬态加热阶段的蒸发有一定的影响,而对平衡蒸发阶段的蒸发几乎没有影响.     

两弹塑性非赫兹接触粗糙表面温升的分形模型

针对赫兹接触理论存在的3个缺陷,考虑表面粗糙度和塑性变形,适当处理接触物体交界面处的摩擦,将赫兹接触理论以更符合实际的方式推广到滑动接触．采用球形微凸体的赫兹接触理论和MB修正模型,对微接触点的温升进行了分析,得到了低速滑动区域内的分形区域实际接触面积温升的补充累积概率分布函数的封闭形式表达式．分析结果表明：分形区域的最大温升随滑动速度增大而线性增大,非零域随滑动速度增大而扩展．对于固定的量纲一分形粗糙度参数,最大温升随分形维数增大而减小;对于固定的分形维数,最大温升随量纲一分形粗糙度参数增大而增大．温升的补充累积概率分布函数随滑动速度增大而增大,随分形维数增大或量纲一分形粗糙度参数减小而减小．平均温升为最大温升的0．4023倍,温升的标准差为最大温升的0．24倍．     

高速压制粉末散体空间分形维数及热传导

基于分形理论,利用粉末散体空间的堆积密度、粉末颗粒的密度和孔隙介质的密度,推导出了计算粉末散体空间分形维数的公式;利用等效热阻法建立了粉末散体空间有效热导率的串联分形模型,并给出了考虑热辐射条件的有效热导率的计算公式.通过分形维数和有效热导率计算公式的函数曲线,分析了堆积密度对分形维数以及分形维数、温度对有效热导率的影响,结果表明：粉末散体空间分形维数随堆积密度增大而增大,有效热导率随分形维数增大而减小,随温度升高而增大.     

InCu熔体结构的多度域分形分析

基于高温X射线衍射实验,利用多域分理论研究了InCu熔体内原子簇在不同温下时空特性,表征了InCu金熔体几构特征.果显示,In,In-1wt.%CuIn-20wt.%Cu熔体构是种部分重叠多域分构,InIn-1wt.%Cu低维分维数随着温升高而升高,In-20wt.%Cu熔体低维分维数随着温升高出现不规则变化,且分维数可作为构敏感参数反映金构变化.In-57wt.%Cu熔体构也存在分特性,但不存在多域特性.利用多域分模,计算了In,In-1wt.%CuIn-20wt.%Cu熔体多域分过区域原子个数,由模计算所lnN-lnr曲线与实验所致,lnN-lnr曲线最大误差不超过1.22%,多域分范围熔体构有着对应联系,测多域分过区域与熔体构特性有关.利用超微粒聚制释了熔体分貌.     

安庆市土壤颗粒的分形特征研究

以土壤颗粒的机械组成数据为基础,采用分形模型,计算了安庆市土壤颗粒的分形维数.结果表明:土壤颗粒分形维数D为2.6020-2.8790,平均值为2.7537.由于不同样点土壤的颗粒组成及质地不同,土壤颗粒的分形维数差别很大,D随土壤质地的变细而增大.从空间分布上看,研究区域的西北部和东南部D值较大,而中部及小部分山区土壤颗粒分形维数相对较小.分形维数为2.7131-2.7690的土壤分布面积最大,达到6150.6km2,占安庆总面积的40.2%.土壤分形维数和土壤质地、土壤类型、母质、植被以及地形等环境因子密切相关.     

考虑三维结合部形貌的静摩擦因数非线性分形模型

考虑三维结合部形貌的W-M函数,推导了结合部静摩擦因数非线性分形理论模型.数值模拟了考虑三维形貌的结合部静摩擦因数与法向载荷P、分形维数D、分形尺度系数G的关系,以及在二维分形和三维分形模型中的差异.结果表明:结合部静摩擦因数与法向载荷成单调递增关系,与分形尺度系数成单调递减关系.当D小于2.5时,静摩擦因数随分形维数的增大而增大;当D大于2.5时,静摩擦因数随分形维数的增大而减小;三维分形下的静摩擦因数小于二维分形下的静摩擦因数.     

双疏水表面润湿和传热动力学研究

为实现润湿图案化的超疏水表面在航空电子设备散热中的应用,本文对液滴撞击双疏水表面(具有疏水性图案的超疏水基质)的润湿行为和传热特性进行了分析.通过使用高速相机和红外相机,我们获取了液滴铺展和回退阶段的动力学以及表面温度和热流量的相应空间分布.本文研究了液滴撞击超疏水、疏水和双疏水表面上的动态润湿和局部传热的差异.此外,本文还分析了表面温度和撞击高度对液滴撞击过程的影响.结果表明,所有表面在铺展阶段都具有相同的润湿特性和相似的传热行为.表面温度变化并不能对铺展阶段表面润湿特性产生较大的影响,液滴铺展时间与表面温度和撞击高度无关.在回退阶段,表面润湿特性的差异使得三个表面之间的传热特性明显不同.双疏水表面特殊润湿特性使得回退阶段液膜的接触线速度存在跳变现象,形成了许多小液滴,增加了接触面积,同时又兼具了超疏水表面的回弹特性.     

液-液循环流化床制冰过程的(火用)分析

采用水与另一种非相溶载冷流体直接接触换热结冰的液液循环流化床是一种新型动态制取流体冰方法.针对该方法建立了研究床内多相流动与传热过程的数值模拟平台,以热力学第二定律为基础提出了液液循环流化床制冰过程的火用损失计算模型.采用数值试验方法探讨了水滴直径、载冷液体入口温度和速度对系统的制冰能力和火用损失的影响.研究结果发现,减小水滴直径和入口温度可以不断提高循环流化床的制冰能力,但减小入口速度的作用有限,而减小水滴直径是兼顾制冰能力和过程火用损失的最有利途径.