粗糙固体表面温度阶跃的分子动力学模拟

建立了粗糙纳通道内液体热传导的分子动力学模型,模拟研究了纳通道内液体的温度分布和液固界面处的温度阶跃现象,获得了液固相互作用强度、表面粗糙高度和壁面刚度对界面处温度阶跃的影响规律.研究结果表明:在固体壁面附近,液体温度偏离了线性分布,液固界面处出现了温度阶跃.与光滑表面相比,粗糙度的存在降低了液固界面处的温度阶跃程度.粗糙高度的增加扩大了液固相互作用面积,延长了近壁面附近的液体分子与固体之间的能量交换时间,强化了液固界面的能量传递,从而使得界面处温度阶跃降低.另外,提高液固相互作用强度或者降低固壁刚度均可使液固界面处温度阶跃程度减小.     

一种气液两相介质含气量检测的瞬态共振声谱法

从理论和实验角度研究了利用瞬态共振声谱法测量气液两相介质中气体含量的可行性.首先,通过数值模拟研究了腔内单气泡大小和位置以及腔内气体含量对谐振腔共振频率的影响;然后,建立一套瞬态共振声谱测量系统,实验考察了谐振腔共振频率和共振幅度随腔内气体流量的变化趋势,并对比了瞬态脉冲法和稳态扫频法所得测量结果的异同点.数值结果表明,谐振腔共振频率对腔内所含气体的体积变化非常敏感,在扰动体的体积非常小的情况下（与谐振腔的相对体积〈0.1%）,小气泡非常小的体积扰动就能引起共振频率的偏移发生很大的变化;小气泡位于腔体不同位置处时,所引起的共振频率偏移大小不同,在腔体中部时达到最大;而对固体小铝柱而言,相同的体积扰动所引起的共振频率差异基本可以忽略.实验结果也表明谐振腔共振声谱对腔内气体含量的变化非常敏感;当气液两相介质中气体含量较小时,共振频率和共振幅度随含气量的增大急剧减小;而当含气量达到较大值时,共振声谱的这种下降趋势逐渐趋于平缓.共振声谱实验测量结果的这种变化趋势与理论模拟结果相一致.另外,对气液两相流这种具有随机性和瞬时性的混合介质而言,在利用共振声谱法测量其含气量时,由于稳态扫描方法测量时间较长,无法完全反映被测介质的瞬态性,此时采用瞬态脉冲法测量更适合.该项研究在油井含气量的定量检测方面具有重要的应用价值.     

快速瞬态核化沸腾的实验研究与理论分析

在综述了国内外在瞬态核化沸腾相变传热的实验研究及理论分析进展的基础上,对脉冲激光加热下的金属薄膜附近液体中的快速瞬态沸腾现象进行了实验研究,利用脉动核化理论(FluctuationNucleation Theory)对其进行了理论分析.并针对实验件结构建立其导热模型,对沸腾前后的温度变化做了数值模拟并同实验测量结果进行了比较,得到一些有意义的结果.     

脉冲激光加热下超急速爆发沸腾现象观测

以不同体积配比的纯丙酮/乙醇混合液体为实验工质,进行了脉冲激光加热下超急速爆发沸腾的实验研究.采用快速瞬态温度检测系统测定了爆发沸腾过程中金属薄膜表面温度变化规律,采用显微放大摄影系统观测与拍摄了液体工质产生爆发沸腾时气泡生成与运动的系列照片,揭示了超急速爆发沸腾与常规沸腾的本质区别以及激光加热条件、混合工质体积配比及工质中加入纳米颗粒等因素对超急速爆发沸腾的影响规律.     

水平井中前置液压力传递规律研究

以判定人工裂缝起裂点位于径向井远端天然裂缝处还是近井筒地带为目的,以质量守恒和动量守恒定理为出发点,考虑液体的黏性和可压缩性,建立幂律流体前置液压力波传递数学模型。利用有限差分法求解压力波速值,并对计算结果进行实验检验。实验结果与计算结果对比发现,两者平均计算误差为4.70%,压力波传递数学模型准确性较高。在此基础上推导出水平井压力分布与波速的函数关系式。通过研究幂律流体前置液在水平井中压力传递规律,可揭示水平井尤其是径向水井中压力分布规律,为精细描述前置液压力分布提供理论依据。     

快速瞬态热传导与质扩散的类比关系

从物理机制与数学描述等方面分析了快速瞬态热传导与质扩散所存在的类似性,理论分析与实验结果均表明：快速瞬态热传导与质扩散具有类似的物理行为与相同形式的数学描述,通过理论分析给出了量纲为一数Hh,Hm及H1（H1＝Hh/Hm),数值模拟了它们对温度分布与浓度分布的影响及温度分布与浓度分布的一致程度。     

膛压作用下舰炮身管固液耦合瞬态响应分析

该文分析了含液体冷却层的舰炮身管在膛压作用下的刚强度问题.以瞬态动力学分析和固液耦合理论为基础,考虑液体冷却层与内、外管表面之间的耦合效应,将膛压看作移动的均布载荷,建立了含液体层的某舰炮身管固液耦合瞬态响应数值计算模型;利用ANSYS软件进行了瞬态动力学分析.计算结果说明,液体冷却层可提高身管的刚强度,有效减小弹丸出炮口时的横向振动位移,有利于提高舰炮的射击密集度.     

半透明界下三层吸收性介制裁内的瞬态耦合换热

采用射线踪迹、节点分析法研究了3层吸收性介质层内的辐射和导热瞬态耦合换热,复合层表面及介质层交界面均半透明漫反射,采用1层和2层辐射能量传递模型跟踪辐射能量在3层介质内的传递,从而推导出了辐射传递系数,运用辐射传递系数求解辐射源项,在辐射对流边界条件下,采用全稳格式求解瞬态能量方程,考察了介质折射率及导热-辐射参数对耦合换热的影响。比较分析结果表明,所研究的模型和计算结果是可信的,可向任意多层辐射能量传递模型推广。     

熔融铝液遇水爆炸极限分析

为深入研究熔融铝液遇水爆炸机理,结合铝工业生产实际建立了熔融铝液遇水爆炸实验系统,开展了不同水-铝质量比对爆炸特性影响研究. 实验数据表明铝液遇水产生剧烈爆炸与水-铝质量比关系密切. 应用冲击诱导碎化形成热爆炸的理论,根据冲击波质量与动量守恒方程,得到波后不同介质产生速度差. 利用水量/铝量变化得出水-铝相对速度理论曲线,进一步分析了水-铝质量比与爆炸极限的内在联系. 研究结果表明,水-铝质量比在0.19~2.00区间内易产生剧烈的爆炸,与实验数据吻合性较高,确定了较低水-铝质量比区域的体系爆炸极限.     

以腔室为终端的流体管路的传输特性(Ⅰ)

本文在文章[1]的基础上,进一步分析压力阶跃信号在以腔室为终端的均匀管路中的传输特性,指出压力阶跃信号在这种管路中传输时,需要经历一个由一系列高低不平的曲线波形组成的瞬态过渡过程之后,才逐渐趋于其稳态值。文章对差异最显著的前面三、四个压力曲线波形的排列规律作了详细的讨论。本文所得的理论结果与实验结果基本一致。     

储层多孔介质中烃类液体非平衡吸附实验研究

油气体系在地层多孔介质中储集和渗流,与储层多孔介质形成一个相互作用的系统.由于储层岩石孔隙小、比表面大,部分流体将吸附于孔隙表面,形成吸附相,进而影响流体相态和渗流规律,尤其在低渗透多孔介质中,吸附现象更为严重.在分析研究多孔介质中液烃吸附特点的基础上,进行了真实岩心中三元烃类液体混合物的吸附实验研究.研究结果表明,对于低渗透储层,吸附的影响不能忽略.     

三角脉冲载荷作用下黏弹性浮冰的瞬态响应

用阶跃函数构造三角脉冲载荷分段函数,利用汉克尔变换和拉普拉斯变换求解了三角脉冲载荷作用下浮冰的动力学方程,得到了其响应函数的积分式.计算了浮冰在三角脉冲载荷作用下的瞬态响应,分析了浮冰的几何、物理参数以及水深对响应的影响,揭示了浮冰和水的固-液耦合使得浮冰在冲击过程中具有丰富的动力学行为的原因.研究表明:计算结果与实验结果基本一致,证明了此方法的有效性和合理性.     

脉冲回波对比法非介入测量液体声阻抗的灵敏度

基于声波在异质界面声压反射系数对界面两侧介质特性声阻抗变化的敏感性,将回波高度随待测液体阻抗变化的函数作为系统的灵敏度,通过构建新的数学方法并通过设计实验快速实现对二甲基硅油的特性声阻抗的非介入测试.实验时以钢板做反射基板,用钢/水界面对检测系统进行标定,分别测试超声波在钢板与水、钢板与待测液体界面的多次反射回波幅度,并通过回波幅度比对方法获得待测液体介质的特性声阻抗值.结果显示,在容器壁与其内液体介质构成的固/液界面上的第一次界面反射回波较其它高次回波具有最高的灵敏度;新方法提供了液体特性声阻抗的直接信息;器壁材料一定时,其厚度对检测结果有一定影响.     

织物的喷气脱液方法

本文从液体在多孔介质中的渗流机理入手,运用流体动力学方法,分析了织物通过高速气流通道时。纱线间液体及纱线内纤维间液体的去除过程,建立了织物喷气脱液的力学模型。在对织物脱液效果及其影响因素分析讨论的基础上,对针织物试样进行了喷气脱液效果的实际测定,其结果与理论分析基本一致。     

声波在液浸多层多孔介质中的反射和透射

根据Biot多孔介质声学理论和多孔介质界面条件,从理论和实验上研究了声波在液浸层状多孔介质中的反射和透射.从导出的计算公式可知,声波的反射、透射系数与声波的频率、入射角及各层多孔介质参数(厚度、孔隙度、弹性参数等)有关.对水浸单层多孔介质板的参数进行的计算表明,当介质板厚与声波波长呈一定比例时,反射系数、透射系数能取得极值.用实验测量方法对这一结论进行了验证,实验结果与理论预测结果相吻合.     

存在表面络合作用情况下地下水中U(Ⅵ)运移耦合模拟

由于地下水系统中,孔隙介质比表面积大,研究核素运移时应该考虑发生在固-液表面上的化学反应.表面络合理论能很好地描述固-液界面上发生的化学反应,解释固-液界面吸附作用.本文研究了存在表面络合吸附作用情况下地下水中核素U(Ⅵ)的运移情况,并以我国南方某尾矿库为例成功实现了对浅层地下水中核素U(Ⅵ)运移的数值模拟.研究表明,在模拟固-液比相对较大的地下水系统中溶质运移规律时,考虑表面络合作用是必要的;在该研究区内表面络合吸附作用与pH值呈非线性关系,当pH为6~7时,孔隙介质表面对U(Ⅵ)吸附量较大,且pH为6时地下水中U(Ⅵ)浓度达到最低.     

压力阶跃信号在流体管路中的传输

本文从流体线路的实际需要出发,分析压力阶跃信号在管路中的传输特性。指出由于端点条件的影响,管路中某一点的压力与流量波形是需要经历一个瞬态过渡过程之后,才逐渐趋于稳态值。文章详细讨论了组成瞬态过渡过程的阶梯波形的排列规律及其在流体线路中的可能影响。并在此基础上,提出一种确定流体阻件动态流阻的简便方法。本文得出的理论结果与实验结果基本一致。     

磁流变传动装置工作机理分析

磁流变传动装置引入磁流变液作为工作介质,利用磁流变液的屈服剪切应力来传递转矩.基于Bingham模型和磁性物理理论,对磁流变传动装置的工作机理进行了探讨,分析了磁流变液中磁性颗粒的链化模型,给出了磁流变传动装置传递转矩计算公式,并通过理论分析和实验验证对磁流变传动装置传动性能及其影响因素进行了讨论.研究结果表明,磁流变液的磁致屈服应力在转矩传递中起主导作用,磁流变传动装置能传递较大转矩,具有良好的恒转矩特性.     

微重力状态下自由液面构型的Surface Evolver软件计算

以扇柱形贮箱为研究对象,根据微重力状态下液体的毛细现象,基于Surface Evolver软件平台,建立了三维分析模型.利用该模型进行数值模拟,深入研究了微重力状态下扇柱形贮箱内角处自由液面的爬升特性,数值分析结果与实验结果吻合良好,证明了该方法的合理有效性.通过数值分析,详细探讨了接触角及容器中心角对微重力条件下自由液面爬升的影响规律,发现液体与容器壁接触角之和小于90°时,液体会不断爬升;当中心角大于50°时,液体爬升高度变化很小.     

气体旋转运动对类反对称模式下环膜液体射流破碎尺度的影响

利用线性不稳定性理论研究了气体介质旋转运动对类反对称模式下黏性环膜射流破碎不稳定性的影响.通过对描述黏性环膜射流不稳定性色散方程的推导和数值求解,研究了气体介质的旋转运动对环膜射流破碎尺度模式的影响.研究表明,对于类反对称模式的液体环膜射流,内气体介质的旋转运动对射流的不稳定性有极强的促进作用.能使射流迅速从大尺度破碎模式转换为小尺度破碎模式;外气体介质的旋转运动是环膜射流破碎的促稳因素.不能改变环膜射流的破碎尺度模式.研究结果证明了类反对称模式主要与环膜射流的内气.液界面相关联.在此条件下,内气体介质的失稳作用控制射流的破碎尺度特征,而外气体介质的促稳作用在"穿透"液体射流后被大大衰减.