U型管对竖直向上环状流液膜分布的影响

针对管道中距离U型管不同位置处的竖直向上环状流轴向液膜分布,基于平面激光诱导荧光(PLIF)技术,设计并搭建了内径为25 mm的气液两相流循环装置,采用高速摄影获取距离U型管不同位置处的液膜荧光图像,并通过数字图像处理技术进行特征提取.结果表明:当距离U型管达到25倍管径时,U型管对液膜发展及分布影响显著降低;将获得的平均液膜厚度数据与液膜厚度经典预测模型进行对比分析,表明在此距离时竖直向上环状流液膜发展及分布稳定.     

基于EDEM-FLUENT耦合的滚筒冷渣机颗粒轴向扩散运动

基于欧拉-拉格朗日、离散单元法理论,利用EDEM-FLUENT耦合方法,考虑了气相对颗粒的相互作用,以及颗粒与颗粒之间的碰撞,对滚筒冷渣机六棱形冷渣管料床中灰渣颗粒轴向扩散进行了数值模拟分析,得出了灰渣颗粒在填充度25%,颗粒滚落状态下的动态休止角θd=29°,安装倾斜角3°工况下,轴向扩散运动随滚筒转速n(5 r/min ~ 10 r/min)、颗粒粒径d(1.5 mm ~ 3.5 mm)的变化规律。实验结果表明：当粒径一定时,轴向扩散系数随着转速n的增大而增大,相比5 r/min转速,10 r/min转速下颗粒轴向扩散系数增大了23.6%;当滚筒转速一定时,轴向扩散系数随着粒径的增大而增大。粒径d从1.5 mm增加到3 mm及3.5 mm时,轴向扩散系数分别增大了3倍和7.06倍。轴向扩散系数越大,颗粒轴向运动就越剧烈,滚筒出力越强,炉渣处理效率越高。     

毛细管中泰勒流的流动及液相分散特性

在竖直毛细管中以自来水为液相,氮气为气相,气液两相在泰勒流型操作范围内并流向上流动。采用CCD照相法获得流动参数,采用脉冲示踪法通过电导探针测定浓度-时间曲线。考察了表观气、液速对气含率、液栓长度、液相平均停留时间和轴向扩散系数的影响规律。结果表明,气含率在0.4~0.85间,随表观气速的增加而增大,随表观液速的增加而减小;液栓长度的范围是5~30mm,其变化规律则与气含率的相反;液相平均停留时间在6~11s,随着表观气、液速的增加而减小;轴向扩散系数的范围是20~110cm2/s,随表观气、液速的增加而增大,轴向混合加大;本文建立的彼克莱数关联式Pe=2.214Re^0.2ε_G^-0.364ψ_L^0.948 能够预测实验值,偏差在±20%以内。     

超声场对毛细管内电解质扩散系数的影响

以封闭于毛细管内的溶质扩散模拟固液分离体系中深层溶质扩散过程。采用液相色谱毛细管法测定毛细管内的二元扩散系数 ,通过分析温度、超声场 (排除热效应 )、直接超声场的影响 ,探讨了超声场对微孔深层扩散的强化作用机理。实验结果表明 ,超声场对毛细管内二元扩散系数的影响是热效应和管内流体扰动两方面共同作用的结果。在排除超声场热效应的条件下 ,随超声功率的增大 ,毛细管内的二元扩散系数随之增大 ,相对二元扩散系数与测量的流速无关 ;在无超声场作用时 ,毛细管内的相对二元扩散系数随温度升高而增大 ,呈线性关系。直接超声场的影响可采用超声场的热效应、管内流体扰动及相互作用参数叠加的方式表示。     

溢流式布膜铝板液膜厚度和润湿特性实验研究

为了探索高雷诺数(Re>700)时平板降膜厚度规律和溢流式布膜方式下的润湿特性,设计并搭建了垂直铝板降膜实验台,采用电容测厚技术测量了Re为660～1 390时冷态水膜瞬时厚度的变化情况。利用文献数据着重分析了流动长度和Re对平均液膜厚度的影响,并通过图像处理法计算了加湿过程的润湿面积。实验结果表明:在研究工况范围内,随着Re的增大,液膜厚度的最大值、最小值、平均值、标准偏差、波动振幅均存在上升趋势;不同流动长度处液膜厚度存在较大差异,拟合出流动长度L为0.43 m处的平均液膜厚度的经验关联式,计算值和实验值的相对误差控制在±6%范围内;层流向紊流转换的临界Re约为500,临界Re之后的平均液膜厚度随Re的增长速率要高于之前的;在Re为15～200时,润湿比随着Re增加呈现波动增大的趋势,预测平板最小润湿流量约为0.27。     

阻流板对双桨船阻力和伴流场影响数值研究

基于RANS(Reynolds-averaged Navier-Stokes)方法针对安装了3种不同深度阻流板的DTMB5415船模进行数值计算,以研究阻流板对船舶阻力以及伴流场的影响.分析了安装阻流板前后的船舶水动力性能,并探讨了船艉波形、船身压力以及轴向标称伴流场的变化.研究结果表明:阻流板的安装能够降低DTMB5415的阻力,平均减阻率可达4.19%;船体虚长度的增加以及方尾船尾流场的改善是船模总阻力降低的主要原因;阻流板的安装增大了船舶尾部的边界层厚度以及轴向标称伴流,当弗劳德数Fr=0.35时,d/L_(PP)=0.001 5(d为阻流根深度,L_(PP)为船长)的桨盘面平均伴流分数增大了11.9%.     

液流冲击圆盘铺展及破碎特性的研究

针对难以确定制取铁合金一定粒径下的工艺参数，基于飞溅板雾化原理，引入圆盘边缘处液膜厚度和流速为中间变量，将全过程分为圆盘内铺展和圆盘外破碎两个连续阶段，在圆盘内液膜铺展阶段建立气-液两相流数学模型，在圆盘外液膜破碎阶段建立液膜表面扰动波数学模型，研究了液流流速、液流直径和圆盘直径对液膜铺展及破碎特性的影响规律.结果表明，当介质为Sn-58Bi,液流流速为3 m/s,圆盘直径为200 mm,改变液流直径为50～100 mm时，形成液滴直径为7.5～10 mm;液流直径增加或圆盘直径减小时，破碎形成的液滴直径增大；液流流速增加时，液膜破碎时刻提前，对液滴直径的影响较小.     

单液滴撞击不同黏度液膜特性研究

为了更好地理解单液滴撞击不同物性流体湿壁面现象,采用激光诱导荧光(laser induced fluorescence,LIF)方法研究了不同入射液滴韦伯数、无量纲液膜厚度及液膜黏度对撞壁现象的影响规律.研究表明,液滴撞击后液膜可分为稳定冠状、飞溅冠状和剧烈飞溅冠状3种形态,入射液滴韦伯数越大,液膜形态变化越剧烈.相同液膜黏度和无量纲液膜厚度下,无量纲冠顶高度随入射液滴韦伯数的增大而升高,且韦伯数越大,到达冠状顶点所需时间越长,冠状维持时间越久.保持入射液滴韦伯数和无量纲液膜厚度不变,随液膜黏度升高,无量纲冠顶高度降低,且到达冠状顶点的时间提前,冠状维持时间缩短;保持入射液滴韦伯数和液膜黏度不变,随无量纲液膜厚度增加,无量纲冠顶高度先升高后降低,但冠状达到顶点的时间以及冠状维持时间均持续增加.相同无量纲液膜厚度和液膜黏度下,无量纲冠顶直径随入射液滴韦伯数的增大而增大.保持入射液滴韦伯数和无量纲液膜厚度不变,无量纲冠顶直径随液膜黏度升高而降低;保持入射液滴韦伯数和液膜黏度不变,无量纲冠顶直径随无量纲液膜厚度的增大而降低.根据试验数据拟合出了冠状形态的临界韦伯数与无量纲液膜厚度的关系式,以及无量纲冠顶高度和冠顶直径与入射液滴韦伯数的关系式.     

高速定向凝固溶质偏析的相场法数值模拟

利用耦合溶质场的相场模型,采用温度冻结近似条件对单相二元合金高速定向凝固的界面形态及溶质偏析进行了模拟,展现了定向凝固过程中的平-胞-平转变,研究了固相扩散系数Ds及溶质梯度系数δ对模拟结果的影响.研究结果表明,随着界面推进速度的增加,界面形态由初始平面生长转变为胞晶/细胞晶以及平界面生长;随着固相溶质扩散系数Ds的增加,界面推进速度减小,溶质分配系数减小,界面前沿溶质扩散层变厚,微观偏析程度减小,得到成分均匀的胞晶组织.但是,当Ds小于10-7cm2/s时,Ds对界面推进速度及溶质浓度分布都没有明显的影响.随着溶质梯度系数δ的增加,胞晶尖端生长速度相应增加,溶质分配系数k增大,溶质截留效应明显.     

溶质在牛顿-微极分层流体中的分散

本文研究溶质在作圆管层流的牛顿—微极分层流体中的分散规律.在Taylor简化假定下导出速度、浓度和等效扩散系数的解析式,并作数值计算.分析外围层相对分子扩散系数、相对粘度和相对厚度等因素对分散过程的影响.     

板棒式换热器传热性能分析(Ⅱ)——换热器结构的优化设计

以单位质量材耗的换热能力最大为目标函数 ,分析研究了不同雷诺数Re的操作条件下肋棒长度、直径及板厚之间的关系 .结果表明 :当雷诺数较小时肋棒才可有效地起到强化传热的作用 ,且随着肋棒直径的减小强化传热作用增强 ;当板厚为 3mm、雷诺数在 10 3～ 5× 10 3之间时 ,最佳肋棒长径比为 2～ 3.以上结果可作为板棒式换热器结构优化设计的参考依据 .     

含表面活性剂液膜的去湿特性

针对存在壁面滑移的含非溶性表面活性剂液膜在固体表面的去湿过程,应用基于润滑理论建立的液膜厚度及表面活性剂浓度的演化方程组,采用PDECOL程序对液膜演化历程进行了数值模拟,并分析了各特征参数对去湿特性的影响.结果表明,Marangoni效应对垂直方向上液膜厚度的变化影响微弱,液膜厚度的变化由分离压及毛细力所主导;Marangoni数对最终形成的去湿结构的影响并不显著,减小毛细力数则有助于抑制去湿过程的发展;增大滑移系数可以加速去湿进程,而最终形成的去湿结构明显缩小;增大平衡液膜厚度,液膜表面变形程度减小,液膜厚度逐渐趋于平稳.     

Film thickness effects on nanorods organic films of azo quinoline derivatives for optical applications

The effect of film thickness on the structural and optical properties of bisbenzimidazo [2,1-a:2′,1′-a′] anthrax [2,1,9-def:6,5,10-d′e′f′] diisoquinoline-10,21-dione (BI-diisoQ) films was carried out. The morphology of BI-diisoQ film showed a definite shape of a nanorod with a length of around 5 μm and a diameter of approximately 20 nm. Also, X-ray diffraction patterns demonstrated that BI-diisoQ thin films are characterized by a mixture of amorphous and crystalline structure, whereas the phase-nature crystallization of BI-diisoQ film enhanced as the film thickness increased. The investigation of the absorption coefficient of BI-diisoQ films revealed two indirect allowed band gaps energy. The calculated values of nonlinear optical parameters for BI-diisoQ film were observed to be increased with the increase of film thickness. The optical properties of BI-diisoQ nanorod films indicated that these films have appropriate optical properties, and thus it can be recommended as a promised candidate material in superconductors, optoelectronic and photonic applications.     

基于Geant 4对填充液闪毛细管阵列成像研究

基于蒙特卡罗方法的模拟程序Geant 4，分析了填充液闪毛细管阵列长度、子管截面形状、阵列层数等关键参数，给出了针对实验室X光源的毛细管阵列最优化设计；还分析了不同射线入射方向、有无吸光体对毛细管阵列成像的影响；开展了X射线对铝片透射成像的模拟实验，结果表明毛细管阵列能应用于微米量级X射线透射成像.      

新型变径毛细管节流器开式液青争压导轨静动态性能分析与试验研究

本文介绍一种新型变径定长毛细管节流器。它具有结构简单,装配容易,工作可靠和造价低廉的优点。这种节流器的节流直径能与油腔压力成比例的改变,因此,它可控制静压开式轨的油膜厚度近于不变。本文重点讨论了新型节流器的主要参数,静压导轨系统的静、动态特性,元件制造误差的影响及其补偿措施。并在专用试验台上对其静动态性能进行了试验。试验结果与理论分析相近。     

圆盘反应器成膜性能的实验研究

在直径为0.48m圆盘反应器内研究了物料黏度、液位、圆盘转速等因素对反应器功率、最小成膜转速、持液量以及膜厚的影响规律。结果表明:最小成膜转速随黏度的增加而降低,随液位的降低而升高;持液量随黏度和转速增加而增大,黏度较低时增加的趋势低于黏度较高时;无因次混合时间随着线速度的增加先减小后增加;同时得到了功率准数以及膜厚的关联式。     

竖直平板表面流动液膜厚度的实验研究

液膜厚度是研究液膜流动特性的重要参数,为了得到液膜流动过程中厚度的变化规律,对竖直平板表面上由重力驱动的水膜流动进行实验测量。自主设计并搭建降液膜流动实验台,利用电容式液膜测厚仪统计分析层流流动,距离入口25cm处的流动液膜厚度随时间的演化状况。实验结果表明：在时间域上,观测点的液膜厚度值不断发生变化。Re=297时,0至70 s内的流动液膜的波动性平稳,厚度平均值接近168.5um 。Re=462与Re=627时,在0至40 s时间段内波动较强烈,40至70 s的液膜流动趋于平稳状态。Re=814时,所测时间段0-70 s,液膜波动较剧烈,波动幅度增大。液膜厚度与雷诺数呈正线性相关关系。当Re=814时,每个时间点的液膜厚度在360um以上,高于其他三种不同雷诺数时的液膜厚度。高雷诺数时液膜的波动状况更加剧烈,减小雷诺数有利于形成光滑的液膜。从侧面体现出流动液膜具有不稳定性。     

Nano-tribological properties and mechanisms of the liquid crystal as an additive

Under conditions of low speed, small viscosity and molecularly smooth tribo-surfaces, the behavior of lubricant film in the nano scale is different from that in elastohydrodynamic lubrication (EHL) and boundary lubrication (BL). Due to the size effect, long-range ordered structure of liquid crystal (LC) has great effects on the tribological properties and film-forming mechanism of thin film in the nano scale. The technique of relative optical interference intensity (ROII) was used to investigate nano-tribological properties when cholesteryl LCs are added to hexadecane. The results indicate that the practical film thickness of hexadecane with liquid crystal is 3–5 times as large as that expected from EHL theory in the low speed region. The film thickness increases with the enhancement in polarity and concentration of LC in hexadecane, and external DC voltage. The effective viscosity of lubricant is related to the film thickness and the voltage and it varies from bulk viscosity to several times or tens of times of bulk viscosity with reducing film thickness, and slowly rises with increasing external DC voltage and then trends to a constant. The higher ordered degree of molecules close to solid surfaces gives rise to a thicker film.     

季节性冻土地区高铁路基沉降研究

以哈大高铁苏家屯段为研究对象,利用有限元软件ADINA对其进行三维模拟,结果表明,未经CFG桩处理的高铁路基沉降值不符合规范要求.通过改变CFG桩参数(褥垫层模量、褥垫层厚度、桩径、桩间距、桩长),利用有限元软件进行多次二维模拟,得到各参数与路基沉降的关系.最后将CFG桩的参数进行组合,模拟出路基在CFG桩各参数组合条件下的路基沉降值.模拟结果表明,当褥垫层厚度为350mm,褥垫层变形模量为120MPa,桩间距为2m,桩径为05m,桩长为95m时,路基沉降量最小.     

Controllable and switchable capillary adhesion mechanism for bio-adhesive pads: Effect of micro patterns

Some insects and animals, such as bugs, grasshoppers and tree frogs, realize their efficient adhesion mechanism to glass surface, wall and ceiling by injecting a wetting liquid thin film into the pad-substrate contact area. Their ability to control adhesion (attaching or detaching from a surface) is in many cases connected to the contact geometry and surface patterns of their attachment pads. This paper focuses on the dependence of the capillary adhesion (wet adhesion) on the micro patterns of the bio-adhesive pads. The objective is to reveal the possible mechanism for a bio-adhesive pad to control capillary force through adjusting its micro-scale surface pattern and topography. A capillary adhesion force model is built up taking account of the combined role of micro-dimple geometry as well as the wetting behavior of the confined liquid thin film. Calculated results of the apparent contact angle on the regularly micro-dimpled surfaces are compared with and in good agreement with the experimental measurements. Simulation of the capillary adhesion force reveals that it is controllable in a large magnitude by adjusting a dimensionless surface pattern parameter k defined as a/(a+b), where a is the diameter of micro dimple, and (a+b) is the side length of one pattern cell. When adjusting the parameter k more than 0.75, the capillary adhesion force could be switchable from attractive to repulsive. This effect of micro patterns on the interfacial capillary force is proved to be dominant when the pad-substrate clearance decreases to the nano/micrometer scale. These results indicate that a controllable and switchable capillary adhesive mechanism might be utilized by a living insect or animal to realize its stable adhesion and quick releasing movement through adjusting the micro-pattern topography of its bio-adhesive pad. Supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant Nos. 50575123, 50730007), PPP Project from CSC and DAAD, and German Research Foundation (DFG) (Grant No. SFB622) (Y.H. Liu and S.I.-U. Ahmed)