分离压对含活性剂液膜流去湿过程的影响

针对纳米尺度下液膜流动中分离压作用的问题,探讨了不同表面活性剂类型和活性剂浓度对分离压及其各分项的影响,由此建立了全面考虑范德华力、Born斥力及静电斥力的分离压模型.采用PDECOL程序对初始厚度均匀一致且表面局部分布活性剂的液膜去湿过程进行了数值模拟,基于分离压模型由简到繁等各形式下的模拟结果,阐明了分离压各分项因素对液膜稳定性的作用机理,着重分析了中强度静电斥力下活性剂浓度对分离压效应和液膜稳定性的影响.结果表明:忽略静电斥力时的分离压会导致液膜失稳,形成静态的去湿结构;分离压对液膜稳定性的影响与活性剂类型及活性剂浓度与静电斥力的关联强度紧密相关.     

壁面微结构对超薄液膜流动特性的影响

针对非平整基底表面上的超薄液膜流动,采用润滑理论推导出液膜厚度演化方程,并利用PDECOL程序进行了数值求解,分析了不同基底表面液膜轮廓的变化特征及基底结构参数和重力对液膜流动的影响.研究表明:微尺度基底的不平整特征将引起液体局部压力增加或减小,形成隆起或凹陷,使液膜表面发生变形;台阶、V字形和矩形凹槽等基底的深度增加或斜度减小具有增强液膜表面变形的作用,基底宽度仅在小范围内增加具有放大液膜表面变形的作用;波状基底高度增大具有增强液膜隆起高度、减弱液膜凹陷深度的作用,波数的作用与之相反;重力会抑制液膜隆起和凹陷的发生.     

表面蒸发对环形液池内稳态热毛细对流的影响

为了解表面蒸发对环形液池内热毛细对流的影响,对4℃冷水在其纯蒸汽环境中蒸发时的热毛细对流进行了数值模拟。结果表明,表面蒸发质量通量与液池内热毛细对流相互耦合,随着蒸发Biot数的增加,表面温度降低,热壁附近蒸发质量通量增大,但冷壁附近蒸发质量通量与Marangoni数密切相关;当Marangoni数较小时,蒸发界面无因次总蒸发质量随蒸发Biot数的增加而增大,当Marangoni数较大时,总蒸发质量随蒸发Biot数先增大、后减小;随着液池深宽比和半径比的增加,流动增强,总蒸发质量也增加。     

Marangoni效应对降膜流动影响的模拟研究

采用计算流体力学的方法,提出了1个三维模型来研究竖直板上受热和受冷降膜的Marangoni效应对降膜流动的影响,得到了液膜表面温度、速度、涡量以及润湿面积比等参数随时间变化关系.模拟结果表明,液膜受冷其润湿面积增大,受热收缩.Marangoni效应在液膜的水平方向表现得更加明显,受热液膜径向修正Marangoni数为轴向修正Marangoni数的8倍.受热液膜表面波动加强,边缘处涡量增大,而液膜主体流向速度由于受到液膜收缩的影响也增大.     

环形液池内低Pr数流体热毛细对流的线性稳定性

利用线性稳定性理论分析了低Pr数(Pr=0.011)流体在环形液池内的热毛细对流,以此了解环形液池内热毛细对流的转变特性.液池外壁被加热,内壁被冷却,底部固壁和顶部自由表面均绝热.结果表明,随着液池深宽比的增加,临界Marangoni数和临界波数都逐渐减小,且当液池深宽比超过0.12后,临界波数基本不变;随着液池内外半径比的增加,临界Marangoni数会逐渐减小,但变化幅度不大,而临界波数有一个大的增加.     

溴化锂溶液在亲水水平圆管表面降膜流动的数值模拟

为了研究润湿性对水平管外降膜流动性能的影响,基于有限元法建立二维两相流模型,模拟了溴化锂水溶液在水平圆管外亲水表面不同润湿性(静态接触角0°~60°)的降膜流动过程;探究了液体在不同润湿性的水平圆管外壁铺展成膜的瞬态特性;分析了稳定后液膜厚度和液膜表面速度的分布特征.结果表明:当水平管外壁润湿性降低或静态接触角增加时,液体在水平管外铺展成膜所需的时间增加,液膜最前端液体的堆积量增大;达到稳定状态后液膜厚度沿周向呈先减小后增大,液膜速度沿周向呈先增大后减小的变化趋势;液膜最小厚度或最大速度位于周向角120°左右;根据液膜厚度沿周向角分布模拟值与实验数据的比较结果,对Nusselt液膜厚度表达式进行了修正.     

液封厚度对双向温差下环形双液层内热毛细对流的影响

液封厚度对液封系统内的热毛细对流有着重要的影响,但已有的大多数研究集中于单向温差下流体在液封系统中的流动.文中采用数值模拟方法研究了液封厚度对双向温差下环形双液层内热毛细对流的影响.模拟过程中,液池底部施加线性温度梯度,自由表面考虑对流换热,厚度比H_r取0.1~0.9,热毛细雷诺数Re取0~1.5×10~6,液池深宽比Γ取0.1、0.2、0.3.结果表明:Re较小时流动为稳态,热毛细对流强度随H_r增大而减弱;当Re不断增大至超过一定值时,流体的流动转变为振荡的多胞流动,流体振荡振幅和流动强度随H_r增大而减小;流动转变的临界值不随H_r单调变化,H_r=0.5~0.7可以使得不同Γ下的临界Re最大,此时流动稳定性最好.     

水平管外降膜流动液膜厚度数值模拟

建立了水平管外液体降膜流动过程的物理数学模型并对其进行了数值模拟研究,将模拟结果与文献中的理论值和实验值做了比较,变化趋势吻合较好.通过计算不同雷诺数下沿管壁周向的液膜厚度及液膜分布情况,分析了结构和流动参数对液膜厚度与分布的影响规律.结果表明:液膜厚度随雷诺数的增大而增大;当雷诺数一定时,管壁周向液膜厚度呈先减小后增大趋势并随管间距的增大而减小,并且随着雷诺数的增大,管壁周向液膜波动增大且易出现"干区".     

平面蒸发薄液膜的稳定性分析

固体表面上形成的蒸发薄液膜，对微细空间内的传热有重要强化作用。论文对平面蒸发薄液膜的传热传质过程建立了物理模型，从汽－液界面上的边界条件得到无量纲液膜厚度随时间变化的发展方程。还探讨了液膜的稳定性特性。这种稳定性特性对热边界条件不敏感，但对工质扩散常数、界面温度梯度（Marangoni效应）的依赖较大。     

沿倾斜壁面下降的蒸发/冷凝降膜二维表面波的线性稳定性

基于边界理论和完整的边界条件。采用Collocation方法，推导出了沿倾斜璧面下降的在蒸发，等温和冷凝状态下普遍适用的二维降膜表面波扰动时域演化方程，并分析了不同因素的影响，结果表明：蒸发不利于稳定，冷凝有利于稳定，在蒸发状态下，热毛细力导致其失稳，在冷凝状态下，则促进其稳定，表面张力有促进流动稳定的作用，液膜的稳定性随倾角和雷诺数的增大逐渐减小，随Ka数的增大逐渐加强；在小雷诺数下，液膜的稳定性主要取决于蒸汽压力和热毛细力的变化，在高雷诺数下，则取决于惯性力，流体物性和壁面倾角在整个雷诺数范围内对液膜的稳定性起着非常重要的作用。     

滑移边界下气膜厚度阶跃变化的阶形板间气体流动

为进一步研究微尺度下气膜厚度阶跃变化的阶形板间气体流动的相关物理特性,通过代入适用于任意克努森数的新滑移边界条件修正雷诺方程,应用有限体积法迭代求解了阶形板间沿气体流动方向的气膜压力和克努森数分布曲线,沿高度方向的气体流动速度分布曲线,不同环境克努森数下的气膜承载力随速度参数的变化曲线。结果表明:随着气膜间克努森数进入滑流区时,边界速度滑移效应对流体流动特性作用明显,当气膜间克努森数进入过渡区时,一阶滑移与新滑移边界条件间的数值结果产生明显偏差。可知相对于滑移系数固定的一阶滑移边界条件,滑移系数随气膜间克努森数改变而变化的新滑移边界条件,可以更好地描述高度存在阶跃变化即气膜间克努森数跨区域分布的微尺度气体流动。     

Anisotropic spinodal dewetting as a route to self-assembly of patterned surfaces

The ability to pattern surfaces on a microscopic length scale is of importance for technological applications such as the fabrication of microelectronic circuits and digital storage media. Devices fabricated entirely from polymers are now available, opening up the possibility of adapting polymer processing technologies to fabricate cheap, large-area devices using non-lithographic techniques--for example, by exploiting dewetting and phase separation in thin films. But the final pattern adopted by the polymer film using such approaches requires a template printed onto the substrate by optical lithography, microcontact printing or vapour deposition. Here we describe a simple process for patterning surfaces that does not require a template. Our method involves the spinodal dewetting of a polymer surface by a thin polymer film, in which a liquid film breaks up owing to the amplification of thermal fluctuations in film thickness induced by dispersion forces. A preferred orientation is imposed on the dewetting process simply by rubbing the substrate, and this gives rise to patterns of remarkably well-aligned polymer lines. The width of these lines is well-defined, and is controlled by the magnitude of the dispersion forces at the interface, which in turn can be varied by varying the thickness of the polymer substrate. We expect that further work will make it possible to optimize the degree of order in the final morphology.     

流体黏度对固液界面滑移的影响

最初的滑移效应研究基于滑移长度模型和剪切应力模型,但都未涉及流体黏度变化条件下的滑移情况.本文基于滑移长度模型,理论推导出滑移长度随流体黏度及薄膜厚度的变化关系,并对滑移长度模型的流体阻力和压力进行修正,分析流体的滑移对其稳定性的影响.理论研究结果对固-液界面相关实验具有指导作用.     

类金刚石薄膜的拉曼光谱研究

采用直流磁控溅射的方法在不同工艺参数(气压和功率)下制备出不同性质的类金刚石(DLC)薄膜,并利用拉曼光谱对其进行表征.实验结果表明工作气压对DLC薄膜性质的影响非常显著,而溅射功率对其的影响较小.功率在100 W下制备的DLC薄膜,I(D)/I(G)值从1.4减小到0.7随着气压从0.3 Pa增加到3 Pa;气压在0.3 Pa下制备的DLC薄膜,I(D)/I(G)值随着功率从30 W增加到300 W只有略微的增加.这是因为气压的升高会增加溅射出来的碳粒子与气体之间的碰撞次数,经过多次的碰撞会随碳粒子的尺寸进一步减小,从而得到更为无序的DLC薄膜;而功率影响的主要是溅射率,对DLC薄膜的溅射过程影响很小.DLC薄膜的I(D)/I(G)值随着薄膜厚度的增加先减小后增加,这是受基底界面和基底温度共同影响所导致的.     

高聚物薄膜在旋节去湿中的动力学稳定性

当高聚物薄膜以旋节类的方法从基底上去湿时,它的不稳定性由色散力和局部热应力控制,实验仿真结果表明：薄膜和基底之间存在相互作用时,热应力在薄膜不稳定的过程中起着很大的作用,弱滑移和强滑移条件下,模式波长随着薄膜的增厚而增大.     

分子膜驱提高原油采收率机理研究

分子膜驱是一种新型的纳米膜驱提高原油采收率技术。采用多种实验手段,通过大量实验研究表明,分子膜驱的驱油机理有别于传统的化学驱（聚合物驱、表面活性剂驱、碱驱及其复合驱等油方法）。它是以水溶液为传递介质,膜剂分子依靠静电相互作用为成膜动力,膜剂有效分子沉积在呈负电性的岩石表面,形成纳米级超薄膜,改变了储层表面性质和与原油的相互作用状态,使得注入流体在冲刷孔隙过程中,原油易于剥落和流动而被驱替液驱替出来,达到提高采收率的目的。分子膜剂作用机理主要表现在吸附作用、润湿性改变、扩散作用、毛细管自吸作用等几个方面。     

超薄润滑膜界面滑移现象的分子动力学研究

为研究超薄润滑膜的流变和滑移特性 ,采用了分子动力学模拟方法。模拟系统由 2个固体壁面和介于壁面间的润滑剂分子构成 ,分子模型为正癸烷。结果表明 :薄膜中粒子密度沿膜厚方向呈周期性变化 ,存在某种有序结构 ;薄膜中润滑剂分子的平均速度仍大体呈线性分布 ,但在固液界面和液体层间可以观察到滑移现象 ;壁面滑移率随着剪切率的增加而上升 ,并在高剪切率区迅速增大 ;分子级薄膜中一个重要现象是滑移可能在较低的剪切率下发生 ;薄膜中润滑剂经历着向固态转化的相变过程 ,低剪切率下的滑移率可作为衡量薄膜固化程度的定量判据     

应用色散力原理研究高分子薄膜的去湿润现象

应用Dzyaloshinskii,Lifshitz,和Pitaevskii(DLP)理论研究了“空气/高分子薄膜/SiO2/Si”体系中色散力对薄膜表面去湿润的影响,计算了自由能的二阶导数、波长和生长率.研究结果表明：覆盖层可以改变基底的湿润性,延迟效应在某些情况下起着很重要的作用,在研究去湿润引起的高分子薄膜不稳定时必须考虑延迟效应.     

等离子体化学气相沉积工艺调控铜基-石墨烯复合薄膜材料微结构及电学热学性能研究

本文利用等离子体化学气相沉积PECVD(Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition)技术制备了铜基-石墨烯复合薄膜，通过X射线衍射及Raman光谱证实了低温合成的可行性.同时，逐步研究压强、功率、气流量、基底温度等关键参数对沉积速率的影响，实现了对薄膜材料厚度和生长过程的准确控制.进一步研究发现，H₂与CH₄的气体比例严重影响了等离子体与基底表面的相互作用，并导致了材料表面微观结构和粗糙度的协同改变.通过工艺参数和气体配比的优化，实现了对薄膜表面结构的有效调节.当H₂/CH₄为1∶12时，薄膜的粗糙度最低，电子与声子的散射源被充分抑制，电导率和热导率分别达到8.3×10⁶ S/cm与158 W/m·K,表明该材料具有良好的导电性及优秀的散热效果.本文系统优化PECVD生产过程中的各项关键工艺参数，并详细分析了气体配比、表面结构、粗糙度及薄膜宏观物性之间的关联，为铜基-石墨烯复合薄膜的工业化生产和商业化应用提供了理论支撑和实验依据.