超声行波微流体驱动的流动特性分析

研究了超声行波驱动圆环模型的流动特性与影响因素.通过模态分析确定了模型的最佳驱动方式;通过谐响应分析和瞬态分析得到圆环形微管道内壁的振动位移分布以及行波运行情况;通过流固耦合分析得到微管道内流体的瞬时流动速度、时间平均速度以及各种参数对流动特性的影响.结果表明,圆环模型能在管道壁面产生较规则的行波从而推动管内流体流动.微管道内瞬时速度为正弦脉动量,时间平均速度为非对称的抛物线结构.该抛物线结构的形状受驱动频率的影响较大而受驱动电压影响较小,形状发生改变的频率范围在2kHz—2.5kHz之间.流体平均速度随粘度的增加而降低,首次发现流体粘度在0.07Pa.s时近壁开始出现反向流.此外,分析还发现耦合面结构对流体平均速度有较大影响.     

通球清管过程中微起伏管内的段塞流特性试验研究

利用室外大型多相流试验环道进行了段塞流的清管通球特性试验，以空气，水为试验介质，在多种气液流量下测量了管道中不同位置处的压力，压差，并记录了清管通球过程中管道入口的流量变化，分析试验结果发现：清管球进入管道后会引起气液流量变化，并会使管道中流体的流动出现短暂停滞，管道中各点的压力会逐次达到一个远远超过稳态的高压力值，清管球的运动速度，球前，后的压差是液混合速度和距管道入口距离的函数。     

固体颗粒在竖直向上管内流场中的运动规律

对单个颗粒在竖直向上管内层流、紊流中及在液体发生相变时的运动规律进行了较为系统全面的分析,建立了计算方程。研究结果表明,颗粒在随流体轴向运动的同时还存在向管中心方向的径向迁移。固体颗粒到达管中心后会随流体一直向上运动。在近壁面处存在一个流化死区,流化死区的大小与流体流态、固体颗粒的大小和密度有关。固体颗粒尺寸及密度愈大,流速愈小,则流化死区愈大。液体相变对颗粒的运动也产生重要的影响。当热流密度不是很大,液体流量较小且在起始截面处的液相为单相饱和液体时,管内相变会对固体颗粒的运动规律产生明显的影响;而当液体流量较大且为紊流流动时,这一影响较弱     

微流体数字化的科学与技术问题（I）：概念、方法和效果

按重视的是外形尺寸还是内在微特性,把微系统分成微外形系统和微特性系统,通过比较分析,得到后者的存在普遍性比前者广而且外形大小与内在微特性好坏无直接联系的结论。就微物质传输和微传热常见的细长流道低雷诺数内流条件,提出微流动、微结构、微综合等3方面的微特性。研究了微系统中和低速流动中合理流动形态的概念,提出了人为地产生和利用可预测可控制小幅脉冲流动序列是解决微流体流动不正常这一本质困难钥匙的思考。按所提出的3方面微特性对现有微流体影响方法进行了评价,并指出了我们的微流体数字化(digitalizationofmicrofluids)与Kim的数字化微流路(digitalmicrofluidiccircuits)在各方面的不同。提出了基于脉冲惯性力的微流体脉冲影响方法及其装置,实验结果表明多方面微特性俱好,流动正常性好,分辨率达fL级,最低流量达3pL/min,流动阻力降低,扰动性好,能实现微流道中和微射流中数字化流动,能实现裸微结构的数字化器件,方法普适于普通液体和粉体的驱动、控制和扰动,对流体性质无特殊限制,工作可靠性、生产率、可自动化性均较高。     

基于空穴初生的柴油机喷孔内部流动

为揭示喷油嘴内空穴流动机理,设计可视化试验装置,观察了喷孔内空穴流动.采用混合多相流模型、空穴模型、标准k-ε方程模拟了气液两相的空穴流动.分析了不同喷油压力、气核体积分数、液体黏性、壁面物性、表面张力对空穴流动的影响.结果表明:随着入口压力的增加,空穴初生逐渐发展为超空穴;当空穴参数小于临界空穴参数时,流量系数随空穴...     

油气地面管线内结垢固体颗粒沉积影响因素的实验研究

油田地面管线结垢机理的研究大多集中于结晶动力学。由于管道流动的复杂性,流体流动过程中的结垢机理尚不明确。研发了结垢动态分析仪,探讨了流体流动过程中的结垢过程,主要研究了结垢流体管道内速度分布、颗粒悬浮特征及位置、平均停留时间分布等关键参数。研究表明:相同的流量下,管径越大,流体中碳酸钙颗粒越均匀地分散在流体中。相同管径下,流量较小时流体在管道截面上流速分布不均匀。流量较大时在管道有限的长度内颗粒能够均匀分散在流体中。90°弯曲管中流体出现了涡旋区,增加了流动阻力,结垢量增加。管壁相对粗糙度愈小,结垢量与雷诺数相关性愈小;管壁相对粗糙度愈大,结垢量与雷诺数相关性愈大。流体流动具有温度效应,随着温度升高,管道内流体流动趋于稳定。研究为油田集输管线的清垢、阻垢工艺等方面提供理论依据。     

多分支管道若干流动特性研究

通过数值计算对多分支管道的若干流动特性进行研究,在拼片式块结构化网格系统下。采用κ-ε紊流模型对多分支管道中的流场进行二维计算,发现对于具有相同尺寸、相同几何型式的多分支管道而言,支管距主管入口端的位置越靠前,通过该支管的流量越小．结合计算结果与实验结果认为,流线弯曲程度对流动的影响是产生这种流量分布趋势的原因。在其他条件不变的情况下,支管流量与主管入口流量近似呈线性关系,支管间的流量差随主管入口流量的增大而增大,随支管间距的增大而减小。     

单片机控制的微流控芯片微型气动装置系统设计

微流体控制和驱动技术是微流控芯片（Microfluidic Chip)的发展和应用的关键技术之一,介绍了一种基于STC90C516RD+系列单片机控制和驱动微流控芯片内管道内液体的电路结构设计。设计的微流控芯片上集成了微管道、微阀和气动微泵等结构,单片机通过外部的独立按键选择和控制电磁阀,实现对微流控芯片内的进样管道选择和流体控制。该系统结构简单、稳定可靠,适宜作为独立的系统实现微流控芯片的复杂控制。     

热汽泡驱动无阀微泵流动特性分析

基于热汽泡生长和冷凝为微泵提供泵送压力源以及扩张管/收缩管流动阻力特性不同而实现差量流动的原理,对不同加热时间比例、驱动频率以及不同扩张角度及功率下热汽泡驱动无阀微泵流动特性进行了研究.蒸发和凝结过程通过流体体积函数(VOF)两相流模型及用户自定义函数(UDF)接口实现.结果表明:相同加热时间比例下,随着驱动频率增加,微泵泵送流量呈先增加后降低趋势;加热时间比例为10％,驱动频率为250 Hz时泵送流量达到最大值5.87 μL/min;在保持微泵扩张管/收缩管长宽比不变的情况下,泵送流量随扩张角也有先增后减的趋势,并在扩张角为14°时泵送流量达到最大,扩张管/收缩管压差也较大;在整个驱动周期内扩张管方向颈部平均流速总是大于收缩管方向颈部平均流速;泵送流量随加热功率增加呈先增加后趋于平缓的趋势.     

谈谈柏努利方程的应用

在化学工业生产中,物料多为流体（液体或气体）,按照工艺流程要求,要把流体从一个设备输送到另一个设备,从甲地输送到乙地,这些都要借助于管道和输送设备才能完成。那么,在流体流动系统中,有关的计算都离不开柏努利（Bernoulli）方程。它与连续性方程结合起来能解决流体输送过程中许多问题。如确定高位槽的位置,确定管道中流体的流量,确定输送机械的有效功率和确定管路中流体的压力等。[1,2,3]柏努利方程是单元操作流体输送这一部分的重点,学员在学习时,感觉柏努利方程较简单,而遇到实际问题时却又无从着手。本文将谈谈对柏努…     

金属材料颗粒化的研究

通过理论推导，说明在一定条件下，金属液流在其表面张力、重力和与此重力相应的液流柱内聚力相平衡时，可形成体积与金属液流自由下落出流孔径有关的液滴。同时配以相应的冷却条件，即能得到一种金属材料颗粒化的方法。并用实验证实了理论的可行性。     

Colloid science: non-spherical bubbles

Surface tension gives gas bubbles their perfect spherical shape by minimizing the surface area for a given volume. Here we show that gas bubbles and liquid drops can exist in stable, non-spherical shapes if the surface is covered, or 'armoured', with a close-packed monolayer of particles. When two spherical armoured bubbles are fused, jamming of the particles on the interface supports the unequal stresses that are necessary to stabilize a non-spherical shape.     

静止液体中顶部浸没管口处气泡形成的数值预测

综合分析气泡的受力,基于动力学平衡建立了长大-脱离的两阶段气泡运动方程.对顶部浸没管口处形成气泡的尺寸进行直接数值预测.分析了气体流量、管口内外直径以及表面张力、液体粘度和液体密度对气泡尺寸的影响.并将计算结果与实验结果进行了对比,两者吻合较好,变化趋势一致.研究表明:气泡尺寸随着气体流量以及管口的内径和外径的增加而增大.气体流量和管口内外径都是影响气泡尺寸的重要因素;在一定气体流量下,气泡的直径随着表面张力和液体粘度的增加而增大,而随着液体密度的增加而减少;随着气体流量的增加,液体粘度对气泡尺寸的影响增强,而液体密度以及表面张力对气泡尺寸的影响减弱.     

激光-等离子弧复合焊熔池的流动特性

为了研究激光-等离子弧复合焊接熔池流动特性,该文建立了焊接过程中液相区、糊状区和固相区的三维模型,采用体热源来模拟小孔效应,并利用有限控制容积法计算了复合焊接熔池的流场和温度场,重点研究了表面张力和电磁力的作用。数值分析结果表明:表面张力流是决定复合焊熔池流动的主要原因,是影响焊接成形的主要因素;与表面张力流相比,电磁力流的强度较低,但可增加熔深和下表面熔宽。针对1420铝锂合金的复合焊工艺试验表明计算结果与试验相符合。     

激光-等离子弧复合焊熔池的流动特性

为了研究激光-等离子弧复合焊接熔池的流动特性,该文建立了焊接过程中液相区、糊状区和固相区的三维模型,采用体热源来模拟小孔效应,并利用有限控制容积法计算了复合焊接熔池的流场和温度场,重点研究了表面张力和电磁力的作用。数值分析结果表明:表面张力流是决定复合焊熔池流动的主要原因,是影响焊接成形的主要因素;与表面张力流相比,电磁力流的强度较低,但可增加熔深和下表面熔宽。针对1420铝锂合金的复合焊工艺试验表明计算结果与试验相符合。     

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.     

炼钢转炉顶吹气体射流对熔池的穿透行为

在转炉吹炼过程中顶吹气体射流冲击液面形成的冲击坑对于熔池的成渣速率和冶炼效率有较大影响,是冶炼过程中的重要动力学参数。以1/10氧气顶吹转炉为对象进行了水模型实验,研究了枪位、顶吹气量对射流穿透行为的影响;基于实验与理论分析,讨论了液相表面张力对穿透深度的影响机理;通过引入用于冲击坑形成的射流冲击动能利用指数,建立了更为精确的穿透深度分析模型。研究结果表明:穿透深度随枪位的降低、顶吹气量的增大而增大,冲击直径随枪位的提高而增大但受顶吹气量的影响较小;液相表面张力对穿透深度的影响随着表面张力的增大而加强,随着穿透深度的增大影响更为显著;能量利用指数随着枪位的提高而增大,并基于实验得到了其与枪位的定量关系。     

规整填料内鼓泡流动的二维CFD模拟

规整填料内鼓泡流动现象的研究对于开发新型气液传质与反应设备具有重要的指导作用。为此应用VOF（Volume of Fluid）多相流模型建立了描述规整填料内部鼓泡流动现象的二维模型,模型中考虑了影响气液两相流动的两个重要作用力：表面张力和气液相间作用力。模拟计算结果显示,气泡在上升过程中自身振荡,随着入口气速的增大,气泡形变程度增大,并且伴有气泡聚并现象发生。气泡上升过程中,气泡周围液体的速度增大,并且形成大小不同的旋涡结构,单点速度值的波动程度随气体入口速度的增大而增大。     

液-液循环流化床制取流体冰雾化机理实验

对液-液系统射流雾化机理进行了实验研究.通过改变水的喷射速度和非相溶介质的流速,来研究不同条件对雾化的影响,利用高速摄像仪捕捉各种工况下的雾化结果.采用图像处理与数值计算相结合的方法对雾化结果进行了统计整理,对雾化过程中影响雾化液滴平均粒径、射锥高度以及雾化现象的关键因素进行了探讨,并应用Rosin-Rammler分布函数对液滴粒径分布进行了分析.结果表明:每种工况下的雾化液滴粒径存在着离散性,能很好地符合Rosin-Rammler分布规律;当非相溶介质流速保持不变时,雾化液滴统计平均粒径与射锥高度分别在喷射速度为2.3与 3.5m/s时,达到最大值;而在相同的喷射速度下,改变非相溶介质流速所得雾化结果也完全不同.喷射速度以及周围非相溶介质的流速是影响雾化结果的重要因素,合理选择其值对优化雾化性能及控制雾化过程有着重要的意义.     

轮拱罩充满率对整车气动特性的影响

针对某种小型轿车,基于计算流体力学(CFD)方法研究了不同轮拱罩充满率时旋转车轮对整车气动特性的影响,并与现有理想模型的试验结果对比.结果表明:在其他参数不变的情况下,随着轮拱罩充满率的下降,整车阻力系数上升,升力系数下降,当充满率下降27%时,阻力系数上升接近20%,升力系数下降接近30%.阻力上升主要是由于轮拱罩中的气流量增加,并且受轮拱罩结构的影响,内部流动分离加剧,导致尾流区的涡量均上升,车辆背压下降;升力下降主要是因为下车身气流速度加快,导致下车身压力减小.