压电微喷辅助液滴的多物理场耦合与实验

针对微对象辅助释放的操作液滴需求,基于压电驱动的方法进行辅助液滴的分配控制,设计了压电微喷分配器,利用单脉冲压电激励实现非接触式分配,分析了单液滴的形成条件。基于多物理场法,建立压电微喷液滴的多物理场耦合模型,包括压电设备、流固耦合、层流和两相流模型,以此模拟液滴的形成进程,并分析影响液滴形成能力的因素。在构建的微操作系统平台上进行实验分析,结果表明,分配液滴的体积随着驱动电压的幅值和脉冲宽度的增大而增大,较大的参数值利于单液滴形成,与仿真结果分析一致。通过对控制参数的复合调节,所设计的分配器可分配3.5nL的最小液滴,满足微对象辅助释放的操作液滴要求。直径为200μm的锡球和聚苯乙烯微球的辅助释放任务的实施,验证了所提出的方法和研制工具的有效性。     

压电驱动撞针式高黏性胶体微喷系统的研制

针对高黏性胶体材料要求快速、精确、灵活分配的需求,以及气压驱动撞针式喷射技术分配效率低、液滴操控能力有限的问题,设计了一种压电驱动撞针式高黏性微喷系统。该系统将压电致动器与传统撞针式喷射阀相结合,并利用菱形放大机构对压电致动器位移进行放大后带动撞针振动,以此对微量高黏性胶体的高速、精确分配进行操作。采用有限元法对菱形放大机构进行静、动态特性分析,通过构建位移输出单元的动力学模型分析撞针位移输出情况,确定了机械本体的结构参数,搭建了包含阀体、气路、驱动和监测单元的微喷系统实验平台,开发了基于模糊PID控制的胶体预分配方案。实验结果表明:撞针振幅能够达到有利于喷射的0.5mm范围,胶滴体积随喷射频率和胶体黏度的增大而减小,分配重复精度和准确度分别可控制在4%和±6%以内,进一步揭示了高黏性胶体材料的非接触式分配机理,验证了压电驱动撞针式喷射方案的可行性。     

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。     

液体性质对气泡雾化液滴不稳定性的影响

为了改善气泡喷嘴雾化性能,利用基于液滴统计学的理想雾化理论模型研究了液体性质对气泡雾化液滴不稳定性的影响.同时,采用高速摄影技术分析了气泡喷嘴内部气液两相流动及喷口雾化状况,探究了雾化液滴产生不稳定现象的根本原因.实验结果表明,气泡喷嘴雾化本身具有不稳定性,且雾化下游场中不同粒径的液滴均表现出不稳定性.当喷嘴内部气液两相处于气泡流时,喷口处单个气泡的破裂可导致雾化下游场中液滴不稳定;当气液两相处于过渡流时,单个气泡、液体以及较长气柱交替流经喷口会造成气泡雾化液滴不稳定;当气液两相处于环状流时,液桥现象的存在致使雾化下游场液滴不稳定.增加牛顿流体的黏度或者降低非牛顿流体剪切变稀的强度能够有效降低雾化液滴的不稳定性.     

电弧加热发动机参数的测量技术

介绍了光谱辐射法、激光诱导荧光法、静电探针法等接触式和非接触式测量技术,以及电子温度、重粒子温度、羽流速度等参数的测量,并对其结果进行了分析与论证．实践证明,激光技术的应用为准确了解流动过程的细节提供了可能,将成为参数测量的主导技术．     

玻璃微喷嘴锻制仪的设计与制备

为了制作出具有多种孔径和锥度的低成本玻璃微喷嘴,基于玻璃热变形锻制工艺,设计并制作了玻璃微喷嘴锻制仪.锻制仪主要由温度可调的加热源和可编程运动控制部分构成.首先,通过控制玻璃材料的变形长度及各部分的加热时间,得到具有不同孔径和锥度的微喷嘴.然后,以孔径200μm、内流道收缩角度15°的玻璃微喷嘴为例,在液体微喷射系统平台上进行液-液相喷射实验.实验结果表明:在1~10Hz驱动频率范围内,喷射过程中微喷嘴端口没有挂滴,喷出液滴直径约为160μm.利用玻璃微喷嘴锻制仪所制作的微喷嘴能够满足非接触式点样法制备生物芯片微阵列所要求的单滴性和稳定性.     

光电式液滴传感器

利用液滴的光学特性，可以对液滴的滴落进行非接触式探测，本文对此作了分析并给出了一种可用于静脉输液点滴计数的传感器     

蒸发环境下液滴初始粒径对煤油喷雾模拟预测的影响

采用Eulerian-Lagrangian方法分别在非蒸发、蒸发环境中完成了煤油破碎、雾化过程模拟,分别采用索特直径、贯穿长度等实验数据对预测结果进行了对比分析。假设离散相的液体颗粒粒径在喷嘴出口处满足RosinRammler分布,通过在喷嘴出口处设定不同的初始液体粒径分布参数,得到了不同算例的预测结果。通过与实验数据的对比发现,在非蒸发环境下液体初始粒径对于预测结果影响较小,而在蒸发环境下其对于计算结果存在比较明显的影响,较小的初始液滴粒径会降低喷雾的贯穿长度、会造成液滴在离开喷嘴之后的速度偏快。     

竖壁上液滴的脱落直径

以竖直平壁上处于临界状态的液滴为研究对象，重点研究了横掠气流对液滴脱落尺寸的影响．从力平衡出发建立了有关脱落直径的联立方程，并给出无风时脱落直径的解析解．计算结果表明：风速越高，液滴离壁前缘越近，液滴的脱落直径就越小，并且风速越高，脱落直径减小得越快．     

共沉淀过程中微量组分在固相和溶液间的分配(痕量化学之二)

论述痕量化学中共沉淀过程,尤其是在生成混晶的共沉淀过程中,微量组分在固相和溶液间的分配规律以及共沉淀的动力学。依共沉淀的条件不同,微量组分分别按均匀分配律和对数分配律进行分配。同时讨论了一些主要因素,如体系组分数及其物理化学性质、温度、溶液组成和微量组分的浓度等,对共沉淀分配的影响。引进一个描述微量组分进入晶体的动力学的一般方程,并通过将共结晶过程分作三个阶段(诱导期,晶体生长期和陈化期)的方法,用该方程对共沉淀的动力学作了详细分析和阐述。     

彩色光固化成型试验

在已有的激光快速成型实验装置的基础上,基于时间/压力流体点胶技术原理,设计并建立了彩色光固化成型实验装置,并利用该实验装置通过正交试验研究了点胶机压力、针头内径和注射器运动速度等工艺参数对着色过程中液体流量和液滴截面尺寸的影响规律,进而进行工艺参数优化,实现彩色光固化成型样件的加工。该研究为实现标准化的彩色光固化成型加工提供了工艺方面的参考。     

基于CFD的旋流非接触吸盘仿真与优化

采用计算流体动力学（CFD）对一种新型气动悬浮吸盘（非接触旋流吸盘）的性能进行数值模拟,在现有吸盘结构的基础上,提出了改进方案,并对改进方案进行CFD仿真.结果表明,在耗气量变化不大的情况下,改进的吸盘结构的吸力得到了大幅提高.另外,利用正交实验方法设计实验,对非接触旋流吸盘内部导流体参数进行优化,得到了满意的参数.     

大跨度张拉结构风致动力响应研究进展

大跨度张拉结构的风致动力响应具有几何非线性明显和风与结构的耦合作用不可忽略等特点，对这一问题的研究具有较大的理论难度，一直是风工程领域关注的焦点。据此结合作者及其梯队近年来所做的工作，介绍了国内外在悬索和薄膜结构风振分析领域所进行的理论研究、实验分析和数值模拟方面的研究进展，并着重介绍了薄膜结构在考虑流固耦合作用下的气动弹性性能研究。     

点状胶液接触式转移机理的流体动力学模型

针对接触式点状胶液分配过程，按照分4个阶段研究胶液转移过程的观点，建立了非牛顿流体肢液从针头挤出、与基板粘附、胶液分离过程的流体动力学模型。研究结果表明：该模型可以用于研究布胶高度、胶液的表面张力与接触角、针头端部结构特征、针头运动特性等重要参数对胶液转移过程和胶滴尺寸与形状的影响，探讨胶液分配高度与挤胶工艺参数之间的匹配规律，分析接触式胶液分配过程点状胶液分离与胶滴形成的动态演变机制。     

一种真实地形计算流体力学网格生成方法

随着计算流体力学(CFD)的应用领域逐步涉及到真实地形模拟,系统探讨如何生成及优化真实地形CFD网格也显现出重要意义。结合算例研究,提出一种通过获取及处理GIS数据,绘制点线面体等步骤生成真实地形网格的方法;强调对于所生成的网格,需采用网格依赖分析方法对比其计算精确性与经济性以实现优化选择;提出通过CFD前处理器二次开发形成真实地形CFD网格绘制软件以提高网格生成效率的建议。结果表明,所提方法生成的CFD网格与实际地形吻合程度高,可为真实地形CFD精细模拟应用提供可靠基础。     

DTB型结晶器高径比对流场影响的研究

使用计算流体力学(CFD)的方法,对DTB型结晶器连续结晶过程中的流场进行了仿真模拟,得到了不同高径比的DTB型结晶器中液相流场和固相体积分数的分布信息,通过对结晶器分区,考察了不同区域固相平均悬浮密度的分布规律.结果表明:在相同的操作条件下,结晶器的高径比会影响液、固相的循环,产生不同的液相流场和固相悬浮状态,从而影响结晶过程.     

CO2跨临界循环双缸滚动活塞膨胀机的设计与分析

二氧化碳跨临界循环需要利用膨胀机回收功以提高循环效率．在单缸滚动活塞膨胀机的基础上,提出了双缸滚动活塞膨胀机,分析了进气控制结构,进气管中余隙容积的存在会损失一部分膨胀功;分析了两缸内工作腔的吸气、膨胀、排气过程;在一定工况下,设计了双缸并联滚动活塞膨胀机;根据设计的结构参数进行了运动分析和受力计算上下两缸的活塞与滑板之间的摩擦力以及活塞上的气体力是平衡的,只需要平衡惯性力矩即可。     

室内实验规模的出砂数学模拟

为了研究疏松砂岩的出砂特征,根据连续性孔隙介质渗流、微粒释放和微粒运移理论,建立了室内实验规模的出砂数学模型,并采用有限差分法对该模型进行了求解。结果表明,实验条件下数学模拟与物理实验模拟的结果吻合较好。用理论出砂模型模拟了胶体力、水动力导致的出砂和砂粒运移过程中滞留引起的渗透率变化。模拟结果表明,渗流速度高于临界流速才引起冲刷出砂;胶体力和冲刷力是出砂的诱发因素,砂微粒在运移过程中在孔隙表面再沉积和孔喉处被捕集将降低出砂程度;渗透率比值与注水孔隙体积倍数或渗流速度的关系曲线均呈"S"形;在运移过程中,砂微粒滞留导致渗透率比值随岩心长度的变化呈线性降低趋势。     

管内窄边扭旋元件诱导螺旋流的旋流强度分析

为了研究螺旋流在形成、发展及衰减过程中旋流强度的变化规律，采用数值模拟方法对管内置窄边扭旋元件诱导产生的螺旋流进行分析，得到了雷诺数和元件扭率对旋流强度的影响规律。结果表明：流体进入扭旋元件后，在元件两侧形成两个与主螺旋流旋向相反的二次涡流；流体流出扭旋元件后，旋流螺距经历一个由大变小，再由小变大的过程；在螺旋流形成发展阶段，雷诺数对旋流强度影响较小，旋流强度随着元件扭率的增大而迅速提高，由于惯性作用旋流强度在元件出口1/6元件长度处达到最大，该位置与雷诺数和元件扭率无关；整个螺旋流发展阶段旋流强度呈现一种指数变化规律；流体流过旋流强度最大截面后，由于流体粘滞力大于惯性力，旋流强度以近似线性的规律衰减，雷诺数越大衰减速度越慢，扭率对旋流衰减速度影响较小。     

空间太阳电池帆板贴装涂胶过程时序分析与建模

基于机器人技术和粘性流体力学理论,提出了一种适用于空间太阳电池帆板自动加工的理论方法,对机器人贴装涂胶过程进行了时序分析和涂胶流动特性建模.确定了机器人单片涂胶周期和串联涂胶周期,得到了机器人涂胶运动的宏观时序模型和微观时序模型,及任意时刻机器人对应的涂胶位置坐标,建立了涂胶速度场模型以及胶体流量模型.实验结果表明,机器人能够有效完成预定时序规划下的轨迹涂胶,胶层厚度可控,涂胶区域规则,模型效果理想.