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变径圆管内离散气泡运动行为及变形特性
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作者 李枫 明亮 +3 位作者 邢雷 蒋明虎 赵立新 关帅 《过程工程学报》 北大核心 2025年第4期341-353,共13页
离散气泡在变径圆管内的变形动力学行为是指导气液两相介质输运及分离的重要理论。针对变径圆管结构,开展不同雷诺数及气泡粒径条件下的变径场域内离散气泡的运动行为研究。分析不同入口雷诺数下变径圆管内的流型流态、速度场以及气泡... 离散气泡在变径圆管内的变形动力学行为是指导气液两相介质输运及分离的重要理论。针对变径圆管结构,开展不同雷诺数及气泡粒径条件下的变径场域内离散气泡的运动行为研究。分析不同入口雷诺数下变径圆管内的流型流态、速度场以及气泡变形特性,探索变径圆管内流场特性与离散气泡间的相互作用规律。结果表明,气泡使其周围的流体速度变化,造成速度梯度增加,致使其周围流场的湍动能上升;此外,随着入口雷诺数增大,气泡在流场内的破碎位置越趋向于突扩截面处,当入口雷诺数Re=5.16×10^(3)时,气泡的破碎距离最短为16.09 mm;当雷诺数不变,气泡半径从2.5 mm增大至4.5 mm时,气泡的无量纲最大变形量由0.26增加至0.67,数值模拟结果与实验结果呈现出较好的一致性。 展开更多
关键词 变径圆管 气泡 流场特性 变形特性 运动行为
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低重力池沸腾双气泡相互作用数值模拟
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作者 杜王芳 张良 +2 位作者 何发龙 李会雄 赵建福 《工程热物理学报》 北大核心 2025年第7期2269-2273,共5页
核态池沸腾现象中气泡动力学行为与其传热性能间具有密切关联,一直是多相流和传热传质领域的研究热点。基于OpenFOAM开源代码开发了微重力沸腾过程流固耦合传热求解器μg BCHT,以实现流固共轭传热求解、气液宏观区与微观区相变传热与流... 核态池沸腾现象中气泡动力学行为与其传热性能间具有密切关联,一直是多相流和传热传质领域的研究热点。基于OpenFOAM开源代码开发了微重力沸腾过程流固耦合传热求解器μg BCHT,以实现流固共轭传热求解、气液宏观区与微观区相变传热与流动耦合求解、气泡核化点随机与定位活化等功能。针对一维Stefan问题和一维Sucking问题进行的仿真结果与解析解相符合,验证了求解器预测能力。利用该求解器对0.1g低重力条件下FC-72双气泡核态池沸腾过程进行了三维数值模拟研究,揭示了低重力条件下气泡生长过程特点及其间相互作用机制,提供了理解低热流密度核态池沸腾传热机理的细观尺度物理图景。 展开更多
关键词 核态池沸腾 双气泡相互作用 重力效应 共轭传热 μgBCHT
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沟槽对三维水翼叶顶间隙泄漏涡空化的抑制研究
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作者 张睿 潘玉梦 +3 位作者 王正欣 邢静艺 冯建刚 徐辉 《水动力学研究与进展(A辑)》 北大核心 2025年第1期1-9,共9页
为研究不同空化条件下沟槽对叶顶间隙泄漏涡(TLV)空化的抑制作用,该文以NACA0009三维水翼为研究对象,基于雷诺时均N-S(Reynolds-averaged Navier-Stokes,RANS)方法,采用SST-CC(Curvature Corrected Shear Stress Transport)湍流模型和... 为研究不同空化条件下沟槽对叶顶间隙泄漏涡(TLV)空化的抑制作用,该文以NACA0009三维水翼为研究对象,基于雷诺时均N-S(Reynolds-averaged Navier-Stokes,RANS)方法,采用SST-CC(Curvature Corrected Shear Stress Transport)湍流模型和基于Ω涡识别方法的OV-ZGB(Omega Vortex Identification Zwart-Gerbera-Belamri)空化模型,开展了沟槽对三维水翼叶顶间隙泄漏涡空化抑制效果的数值模拟研究,分析了不同空化数下沟槽对叶顶间隙区空化形态、压力分布、流速分布以及Liutex涡量分布的影响。研究结果表明:沟槽可以提高叶顶间隙泄漏涡核区域的压力、加快涡心处的压力恢复并降低泄漏涡的强度,从而抑制叶顶间隙泄漏涡空化;随着空化数的降低,沟槽提高涡心处的压力、降低泄漏涡强度以及抑制叶顶间隙泄漏涡空化的能力均增强。该研究成果可为抑制轴流泵等水力机械叶顶间隙泄漏涡空化的研究提供参考。 展开更多
关键词 NACA0009水翼 叶顶间隙泄漏涡空化 OV-ZGB空化模型 沟槽 数值模拟
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基于微波法的两相流持水率测量技术研究
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作者 刘均 艾敏敏 《工业控制计算机》 2025年第1期30-32,共3页
气液两相流是天然气开采及运输过程中常见的工况。针对1%~10%的低含水率工况,提出了一种基于微波谐振腔的螺旋电极结构的测量方法。通过HFSS仿真软件对传感器结构参数进行优化,确定最佳结构尺寸。利用仿真软件对不同持水率工况进行仿真... 气液两相流是天然气开采及运输过程中常见的工况。针对1%~10%的低含水率工况,提出了一种基于微波谐振腔的螺旋电极结构的测量方法。通过HFSS仿真软件对传感器结构参数进行优化,确定最佳结构尺寸。利用仿真软件对不同持水率工况进行仿真,确定传感器的可行性后,制作传感器实验样机。通过静态实验研究传感器对低持水率工况的测量特性,实验结果与仿真结果吻合度较高,在1%~10%持水率范围内相对误差小于4%。 展开更多
关键词 微波传感器 HFSS 优化设计 持水率测量
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基于WENO格式有限体积法的铁磁流体两相流相场方法 被引量:1
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作者 张少松 张良奇 +3 位作者 陈黎明 王小双 肖姚 曾忠 《重庆大学学报》 北大核心 2025年第4期67-83,共17页
采用基于WENO格式的有限体积法,发展了包括铁磁流体的两相流相场方法。采用不可压缩Navier-Stokes方程描述流体流动,利用Cahn-Hilliard方程捕捉两相流界面运动,并采用Maxwell方程描述磁场分布。同时,在流体流动控制方程中加入开尔文力... 采用基于WENO格式的有限体积法,发展了包括铁磁流体的两相流相场方法。采用不可压缩Navier-Stokes方程描述流体流动,利用Cahn-Hilliard方程捕捉两相流界面运动,并采用Maxwell方程描述磁场分布。同时,在流体流动控制方程中加入开尔文力和表面张力以实现磁场对界面动力学行为的描述。将四阶Cahn-Hilliard方程拆分为2个Helmholtz类型方程,从而克服四阶非线性项的离散和高精度计算带来的难题。采用五阶WENO格式对控制方程的对流项进行统一离散处理,从而提高数值计算的精度性,同时避免产生数值振荡。Zalesak’s圆盘问题数值模拟的结果表明,本文方法的相界面捕捉精度高于参考文献中所报道的离散方法,与高精度相场方法的精度相当;对剪切流中的液滴变形问题的数值模拟揭示本文数值方法可以更真实地捕捉到更多个卫星液滴。此外,针对磁场影响下,较低毛细数条件的铁磁流体液滴剪切变形研究显示,当外加磁场方向与液滴水动力学变形方向一致时,磁场的作用会放大液滴变形,进一步增加磁场强度会诱发液滴分裂;而当外加磁场方向与液滴水动力学变形方向垂直时,较低强度的磁场作用能够改变液滴变形方向,而较高强度的磁场则会使液滴直接呈现出沿磁场方向变形。 展开更多
关键词 相场法 有限体积法 铁磁流体液滴 磁场控制
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仿生跨介质飞行器入水策略及降载方法综述 被引量:1
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作者 高福奎 周后村 +2 位作者 余雷 李鑫林 吴文华 《海洋工程》 北大核心 2025年第5期198-218,共21页
跨介质飞行器具备在空气和水两种介质中自由穿行的能力,被视为扩展空中和海上探测领域的突破性技术。但跨介质飞行器入水过程伴随着较大的冲击载荷,极易造成机头、机身和尾翼等关键部件损坏,严重影响航行器航行的稳定性和安全性。围绕... 跨介质飞行器具备在空气和水两种介质中自由穿行的能力,被视为扩展空中和海上探测领域的突破性技术。但跨介质飞行器入水过程伴随着较大的冲击载荷,极易造成机头、机身和尾翼等关键部件损坏,严重影响航行器航行的稳定性和安全性。围绕跨介质飞行器入水方式、入水冲击载荷等问题,从跨介质飞行器入水方式、航行器入水传统降载方法、仿生降载方法3个方面总结了国内外研究发展历程,结合跨介质飞行器入水降载发展现状,总结了该领域的技术挑战,提出对未来的展望。跨介质飞行器入水降载方法及相关技术仍不成熟,进行材料和结构设计是降载问题研究的重点,开展数值模拟及模型试验是航行器入水降载研究的主要方法,仿生技术的发展将促进跨介质飞行器降载性能的提升和设计理念的创新。 展开更多
关键词 水空跨介质运动 跨介质飞行器 入水冲击 冲击降载 仿生学
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微通道中单泡运动机理的研究 被引量:1
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作者 郭天祥 莫成龙 +2 位作者 产文强 陈柔 严微微 《力学季刊》 北大核心 2025年第1期181-192,共12页
气泡是微反应器效率和质量的重要影响因素.因此,了解微通道中气泡输运机理可以为微反应器的设计提供指导.而气泡运动是一种典型的气泡输运现象,本研究以计算流体力学为基础,通过系统参数化研究单泡运动特性,分析结果得到气泡的运动规律... 气泡是微反应器效率和质量的重要影响因素.因此,了解微通道中气泡输运机理可以为微反应器的设计提供指导.而气泡运动是一种典型的气泡输运现象,本研究以计算流体力学为基础,通过系统参数化研究单泡运动特性,分析结果得到气泡的运动规律,从而揭示气泡运动机理.研究发现当气泡初始不附着壁面时,单泡运动轨迹是多样的,但气泡最终达到平衡位置(即离壁面的距离为一定值).并且,该平衡位置与气泡直径、驱动速度以及溶液的物化性质都具有相关性.雷诺数(Re)和毛细管数(Ca)被选用为表征以上特性的无量纲数.基于气泡大小和常用溶液物化性质,在0.288<Re<97.2,0.005<Ca<0.228范围内进行研究,得到Re和Ca的关系可以通过气泡平衡位置Y_(e)(最终气泡离壁面距离的无量纲数)进行分类:(1)当0<Y_(e)<0.45时,Re和Ca呈现幂律关系;(2)当0.45<Y_(e)<0.95时,Re和Ca则为线性关系;(3)当粘性效应可以忽略不计时,气泡附着在壁上(Y_(e)=0);(4)当粘性效应占主导地位时,气泡位于微通道的中心(Y_(e)=1).相应地,气泡运动机理可以从操纵力角度上来解释.操纵力包括由壁面、形变和剪切应力梯度引入的力,即气泡运动受壁面、惯性、粘性和表面张力效应的综合影响. 展开更多
关键词 气泡运动 微通道 平衡位置 操纵力
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相场格子Boltzmann方法模拟载表面活性剂液滴的剪切动态行为
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作者 陈涛 姚丽萍 +2 位作者 张良奇 曾忠 谢守勇 《重庆大学学报》 北大核心 2025年第4期12-28,共17页
表面活性剂可以降低流体界面的表面张力,显著改变固体表面的润湿特性,在工业生产中被广泛使用。为探究载表面活性剂液滴在固体表面上的运动特性,基于Cahn-Hilliard相场格子玻尔兹曼方法,引入由实验得出的考虑三相接触线移动速度的Yokoi... 表面活性剂可以降低流体界面的表面张力,显著改变固体表面的润湿特性,在工业生产中被广泛使用。为探究载表面活性剂液滴在固体表面上的运动特性,基于Cahn-Hilliard相场格子玻尔兹曼方法,引入由实验得出的考虑三相接触线移动速度的Yokoi动态接触角模型,建立了一种考虑可溶性表面活性剂流动的移动接触线模型。根据控制方程独立开发计算程序,并采用并行化处理提高计算效率。在此基础上,研究了线性剪切作用下液滴的动态过程,分析了有效毛细数Ca_(e)和固体表面润湿性对纯净液滴和载表面活性剂液滴变形的影响规律。结果表明:有效毛细数Ca_(e)增大会促进液滴变形,当其增大到一定程度时液滴会产生破裂,载表面活性剂液滴相对于纯净液滴有更大的变形量和移动速度。当液滴附着于亲水性固体表面时,在相同剪切作用下,载活性剂液滴相对于纯净液滴有更长的相对弧长和相对润湿长度;且液滴在亲水表面比其在中性表面变形的相对弧长和相对润湿长度值亦更大。而当液滴附着于疏水性固体表面时,液滴则会在剪切作用下脱离固体表面;在相同的毛细数下,载表面活性剂液滴相对于纯净液滴先脱离固体表面且移动速度更快。研究结果表明可溶性表面活性剂的存在会对液滴剪切运动和变形产生较大影响,可以促进液滴变形,增大液滴移动速度。本文的数值方法可用于计算载有可溶性活性剂液滴的移动接触线问题。 展开更多
关键词 相场法 格子玻尔兹曼方法 可溶性表面活性剂 剪切 液滴
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近壁防晃隔板对空间低温推进剂贮箱自增压过程的影响
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作者 魏列 杜王芳 +2 位作者 何发龙 李凯 赵建福 《中国空间科学技术(中英文)》 北大核心 2025年第2期51-60,共10页
空间低温推进剂贮箱长时间在轨运行期间,往往因壁面漏热使得贮箱内低温推进剂持续蒸发,引起贮箱内压力不断升高(即自增压现象),危及贮箱及航天器安全。为防止液体大幅度晃动,大尺度的空间贮箱内部会设置防晃隔板,后者可能对贮箱内气液... 空间低温推进剂贮箱长时间在轨运行期间,往往因壁面漏热使得贮箱内低温推进剂持续蒸发,引起贮箱内压力不断升高(即自增压现象),危及贮箱及航天器安全。为防止液体大幅度晃动,大尺度的空间贮箱内部会设置防晃隔板,后者可能对贮箱内气液流动与传热产生明显影响。采用VOF方法数值模拟了近壁防晃隔板对贮箱内气液两相流动及其热力学过程的影响,以便揭示防晃隔板对贮箱自增压过程的影响机制。不同重力环境部分充液贮箱内有无近壁隔板情形中液体晃动与热力学特征的数值模拟结果表明:贮箱内液面形貌决定于Bond数,远大于1的Bond数条件下液面基本保持水平,而Bond数小于1时液面会沿贮箱壁面爬升;近壁防晃隔板能够显著减少贮箱内工质质心的波动幅度;当近壁防晃隔板位于液面下方时,能阻碍近壁区液体暖流的上升,使得近壁区的液面温度偏低,自增压速率明显低于无隔板贮箱。最后,基于对近壁防晃隔板尺寸影响的仿真分析和比较,给出了不同重力条件下近壁防晃隔板的推荐结构。研究结果可以为空间贮箱流体管理技术的方案设计提供有价值的参考。 展开更多
关键词 低温推进剂贮箱 自增压 近壁防晃隔板 微重力 数值模拟
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基于数值模拟的连铸结晶器拉速优化
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作者 夏海涛 李启良 +2 位作者 陈硕 谢玉 范正洁 《力学季刊》 北大核心 2025年第3期775-785,共11页
目前超过90%的粗钢生产是通过连铸完成的,而在连铸生产过程中增加拉速能够显著提高生产效率,但会对流场造成影响,加剧卷渣、气泡卷吸的发生,会引起一系列的质量缺陷,成为了制约高拉速结晶器发展的关键问题.本文基于大涡模拟(Large Eddy ... 目前超过90%的粗钢生产是通过连铸完成的,而在连铸生产过程中增加拉速能够显著提高生产效率,但会对流场造成影响,加剧卷渣、气泡卷吸的发生,会引起一系列的质量缺陷,成为了制约高拉速结晶器发展的关键问题.本文基于大涡模拟(Large Eddy Simulation,LES)耦合了流体体积模型(Volume of Fluid,VOF)和双向耦合的离散相模型(Discrete Phase Model,DPM)建立了连铸结晶器的多相流数值模型,针对三种拉速变化,从流场变化、钢-渣界面速度、钢-渣界面波动和卷渣量等角度进行分析,揭示了内部相关的变化规律,发现一定程度地提高拉速反而能够提高生产质量,为连铸生产的拉速优化提供了参考. 展开更多
关键词 连铸结晶器 拉速 卷渣量 多相流耦合模型
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基于自研软件的波浪水池造波与消波的数值方法研究
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作者 李晓东 吴乘胜 +2 位作者 王星 王建春 张亚英 《中国造船》 北大核心 2025年第1期12-23,共12页
基于自研软件MarineFlow开发造波消波功能,在入口边界给定波浪速度,在消波区域添加人工阻尼,在数值波浪水池中耦合VOF(volume of fluid)方法精确模拟Stokes二阶波浪。在速度入口分别输入一阶Stokes波和二阶Stokes波,将计算域中观测点拟... 基于自研软件MarineFlow开发造波消波功能,在入口边界给定波浪速度,在消波区域添加人工阻尼,在数值波浪水池中耦合VOF(volume of fluid)方法精确模拟Stokes二阶波浪。在速度入口分别输入一阶Stokes波和二阶Stokes波,将计算域中观测点拟合的浪高曲线与理论曲线进行对比,吻合良好,并得到一阶或二阶Stokes波的输入对数值计算结果影响较小的结论,而且浪高曲线与二阶理论值吻合更好。在数值波浪水池中就波浪对带有防波堤的垂直墙体的砰击采用3套网格进行计算和分析,根据浪高曲线分析该墙体对规则入射波的影响,验证了防波堤对波浪能量的消耗能力和对垂直墙体的防护作用。还开展了KCS标准船模在规则波浪中航行的数值模拟,给出了入射波和船体兴波相互干扰的波形云图。取船体一侧3个观测点的浪高曲线对船模航行兴波与入射波浪的相互作用进行分析,验证了两者存在波峰叠加和抵消等现象,使船体附近波浪运动更为复杂。 展开更多
关键词 数值造波 STOKES波 软件MarineFlow 防波堤
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破碎波激发湍流的数值模拟研究进展
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作者 卢敏 郭晓宇 +5 位作者 梁姗 李荣 孙俊 童俊淇 李千千 杨子轩 《空气动力学学报》 北大核心 2025年第6期62-81,I0002,共21页
波浪破碎过程伴随着大量空气卷入,会形成水、气充分混合的混相湍流,对其发展数值模拟方法与湍流封闭模型是当前研究的难点。本文综述了混相湍流的数值模拟研究进展,重点介绍了高密度比两相流模拟的数值稳定性问题和解决方案。针对传统... 波浪破碎过程伴随着大量空气卷入,会形成水、气充分混合的混相湍流,对其发展数值模拟方法与湍流封闭模型是当前研究的难点。本文综述了混相湍流的数值模拟研究进展,重点介绍了高密度比两相流模拟的数值稳定性问题和解决方案。针对传统方法在界面捕捉与动量方程求解格式不一致导致的数值不稳定性问题,近期提出的密度预估-同步法通过显式求解质量输运方程,实现了高密度比条件下的稳定计算。本文详细阐述了该方法的控制方程、时空离散格式及界面捕捉技术,并通过经典算例验证了其有效性。此外,以射流、尾流和船首波破碎为例,分析了混相湍流的流动特征,揭示了弗劳德数对湍动能和湍流质量通量的影响。在封闭模型方面,对比了代数型与动力学模型的优劣,指出动力学模型虽更具理论潜力,但需进一步解决组合项封闭问题。最后,展望了混相湍流数值模拟研究的未来研究方向,如建立标准的算例数据库和通过GPU并行优化提高计算效率等。本文研究可为混相湍流的模拟与建模提供参考。 展开更多
关键词 混相湍流 破碎波 翻卷射流 封闭模型 数值模拟
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集输系统内空气-油两相流型能量谱图分析
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作者 李乃良 张一帆 +1 位作者 杜雪平 彭胥睿 《工程热物理学报》 北大核心 2025年第4期1181-1187,共7页
采用空气和油作为介质,在小型集输环路中实验研究了气液两相流型的相间作用机理。实验观察到了泡状流、弹状流、环状流和段塞流,获得了各流型的持液率,利用db4小波基将持液率信号时间序列进行了8、12和16尺度分解,计算得到了各流型压差... 采用空气和油作为介质,在小型集输环路中实验研究了气液两相流型的相间作用机理。实验观察到了泡状流、弹状流、环状流和段塞流,获得了各流型的持液率,利用db4小波基将持液率信号时间序列进行了8、12和16尺度分解,计算得到了各流型压差信号细节分量的无量纲能量。研究发现,环状流、弹状流和段塞流的能量分布为驼峰型,而泡状流的能量分布为马鞍型,其能量主要体现在连续相液体与气泡之间的剪切,以及气泡的碰撞、融合、破裂等界面效应上。能量主峰对应的尺度较为固定,基本不随最大分解尺度的增加而变化。 展开更多
关键词 空气-油两相 立管 流型 能量分布 实验研究
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离心场中液滴碰撞与融合特性研究
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作者 夏杨 王宏达 +2 位作者 范建华 姚轩 许佳伟 《工程热物理学报》 北大核心 2025年第5期1540-1548,共9页
针对被动驱动微流控芯片上液滴混合效率低的问题,提出了一种微通道内液滴碰撞与融合的评估方法。采用给定特定相浓度值对各流体相分布进行标记与界面捕捉,利用质心法评估液滴混合效率。分别研究了雷诺数、邦德数和不同壁面润湿性对液滴... 针对被动驱动微流控芯片上液滴混合效率低的问题,提出了一种微通道内液滴碰撞与融合的评估方法。采用给定特定相浓度值对各流体相分布进行标记与界面捕捉,利用质心法评估液滴混合效率。分别研究了雷诺数、邦德数和不同壁面润湿性对液滴碰撞混合过程的影响。仿真结果表明,雷诺数(Re)对液滴混合的分布形态至关重要,Re的增加能有效提高混合效率,而邦德数只在特定方向上控制液滴碰撞位置,对混合效率影响较小;壁面润湿性对液滴的移动与碰撞位置产生了显著影响,当接触角为60°<α<80°时混合效率较高。 展开更多
关键词 流体力学 微流控芯片 液滴碰撞 液滴融合
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湍流火焰合成TiO_(2)纳米颗粒的大涡模拟
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作者 何松 尚诚 +2 位作者 徐祖伟 鲁昊 赵海波 《工程热物理学报》 北大核心 2025年第3期859-865,共7页
本文发展了适用于湍流火焰合成纳米颗粒过程模拟的LES-单分散模型。其中,开发了非线性大涡模拟–部分搅拌反应器(NLES-PaSR)模型,对湍流火焰燃烧场进行模拟。此外,建立LES框架下的单分散颗粒输运方程,实现湍流火焰中纳米颗粒时空演变的... 本文发展了适用于湍流火焰合成纳米颗粒过程模拟的LES-单分散模型。其中,开发了非线性大涡模拟–部分搅拌反应器(NLES-PaSR)模型,对湍流火焰燃烧场进行模拟。此外,建立LES框架下的单分散颗粒输运方程,实现湍流火焰中纳米颗粒时空演变的准确预测。本文成功将该模型应用到湍流扩散火焰燃烧器中异丙醇钛(TTIP)合成TiO_(2)纳米颗粒的模拟与验证过程。结果表明,该模型能够以较小的计算成本实现对湍流火焰合成纳米颗粒复杂过程的精准预测。此外,氧气流量的增加能够明显减小颗粒产物的粒径,而前驱体流量的增加会使得产物颗粒粒径增加,同时会使得颗粒形态由球形颗粒组成的软团聚体向枝簇状结构的硬团聚体转变。 展开更多
关键词 大涡模拟 单分散模型 湍流火焰 TiO_(2)纳米颗粒
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气流剪切作用下附着液滴的运动特性研究
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作者 王硕硕 常士楠 《水动力学研究与进展(A辑)》 北大核心 2025年第2期239-246,共8页
液滴的运动及变形在工业生产和日常生活中十分常见。该文通过实验对气流剪切作用下附着液滴在固体表面上的运动特性进行了探究,重点考察液滴体积及气流速度对液滴运动和变形的影响,并得出了液滴变形程度与液滴体积及气流速度的关系。研... 液滴的运动及变形在工业生产和日常生活中十分常见。该文通过实验对气流剪切作用下附着液滴在固体表面上的运动特性进行了探究,重点考察液滴体积及气流速度对液滴运动和变形的影响,并得出了液滴变形程度与液滴体积及气流速度的关系。研究表明,液滴开始运动时刻对应的气流速度随着液滴体积的增大呈递减趋势。随着气流速度和液滴体积增大,液滴在固体表面上开始滑动,液滴滑动过程中呈现出4种典型形态:①铺展;②铺展并分离出子液滴;③铺展为溪流状并分离出子液滴;④滑动后破裂形成子液滴同时尾部分离出子液滴。气流速度较小时,液滴的最大铺展因子和最大高度因子受液滴体积的影响较小;气流速度较大时,液滴的最大铺展因子随液滴体积的增大而减小,最大高度因子随液滴体积的增大而增大。特别地,最大高度因子大于2时,液滴在气流作用下破裂形成子液滴。 展开更多
关键词 气流剪切 液滴运动 临界气流速度 破裂 最大铺展因子 最大高度因子
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上升管内气液两相流多尺度能量分布特性研究
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作者 李乃良 刘力闻 +1 位作者 刘常松 杜雪平 《工程热物理学报》 北大核心 2025年第8期2614-2621,共8页
开展上升管内气液两相流动力学运动特性研究,可为流型的准确识别和监测提供理论依据和数据支撑。从能量分布的角度实验研究了上升管内空气–水两相流泡状流、弹状流、环状流和段塞流的相间作用机理。基于多分辨率分析方法,利用db2小波... 开展上升管内气液两相流动力学运动特性研究,可为流型的准确识别和监测提供理论依据和数据支撑。从能量分布的角度实验研究了上升管内空气–水两相流泡状流、弹状流、环状流和段塞流的相间作用机理。基于多分辨率分析方法,利用db2小波将上升段压差信号时间序列分解到1~8尺度上,计算得到了各流型压差信号细节分量的无量纲能量,揭示了流型的多尺度能量分布机理。结果表明,泡状流的能量分布为双峰结构,而环状流、弹状流和段塞流的能量分布为单峰结构,且段塞流能量主峰对应的尺度最大,而环状流能量主峰对应的尺度最低。不同流型的能量分布尺度和主峰对应的最大能量存在明显区别,可将压差信号的多尺度能量分布作为流型识别的有效依据。 展开更多
关键词 上升管 流型 多尺度 小波变换 能量分布
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上升气泡运动、变形与诱导流动的实验研究
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作者 李德康 应阳 +1 位作者 王成跃 董军 《力学学报》 北大核心 2025年第2期368-379,共12页
通过向静水中连续注入空气形成频率可控的上升气泡串,采用阴影成像与体视粒子图像测速技术对气泡的运动、变形以及诱导流场进行三维测量.基于阴影成像测量结果研究了气泡轨迹、运动速度以及界面波动特征;提出了基于两个非正交方向的投... 通过向静水中连续注入空气形成频率可控的上升气泡串,采用阴影成像与体视粒子图像测速技术对气泡的运动、变形以及诱导流场进行三维测量.基于阴影成像测量结果研究了气泡轨迹、运动速度以及界面波动特征;提出了基于两个非正交方向的投影图像进行气泡三维重构的数学方法,并基于该方法得到了气泡界面的三维形貌;研究了不同空气注入流量对气泡上升速度、气泡空间分布以及气泡诱导流场的影响;通过条件平均方法,研究了单个气泡对周围速度脉动的影响.研究发现,气泡轮廓近似为椭球形,其瞬时长宽比呈现周期性的波动,波动频率与理论预测值符合较好;在空气注入流量较大时,气泡的运动轨迹呈现较大的随机性,并且在水平截面内的分布趋于各向同性;随着高度增加,气泡上升速度与诱导流场速度首先快速增长,然后趋于稳定.在本实验考虑的空气流量范围内,单个气泡对脉动速度场的诱导作用受流量影响较小;因此,泡诱导湍流可以近似地看作单个气泡诱导作用的线性叠加. 展开更多
关键词 气泡 两相 体视粒子图像测速 气泡重构 条件平均
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自循环微通道气体发生器中气泡运动的研究
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作者 莫成龙 产文强 +1 位作者 陈柔 严微微 《力学季刊》 北大核心 2025年第2期498-508,共11页
自循环微气体发生器因其无寄生功耗的特色而引发关注.揭示气泡运动机理能为高效自循环微气体发生器的微通道优化设计提供科学依据,本文以流体动力学为基础,对自循环微通道气体发生器中气泡运动进行数值模拟,探究虚拟阀微通道高度比h,壁... 自循环微气体发生器因其无寄生功耗的特色而引发关注.揭示气泡运动机理能为高效自循环微气体发生器的微通道优化设计提供科学依据,本文以流体动力学为基础,对自循环微通道气体发生器中气泡运动进行数值模拟,探究虚拟阀微通道高度比h,壁面接触角θ_(t),疏水层接触角θf对气泡运动的影响.从中发现:(1)在无疏水层的通道中,当h≥3,0<cosθ_(t)≤0.5时,气泡的运动时间可用1/Δp进行预测,而其他工况因漩涡位置,数量的变化,增大了能量的耗散,使得气泡运动时间缩短速率变缓,脱离理论预测.(2)在无疏水层的通道中,气泡的运动时间随着微通道高度比的增加而逐渐减少.当高度比h≥5时,气泡运动时间的变化趋于平稳.而且,气泡运动时间随着cosθ_(t)的增加也呈现出减少的趋势,并且当θ_(t)≤45°时,减少趋势显著变缓.值得注意的是,θ_(t)相对于h,对气泡运动时间的影响表现出更高的敏感性.(3)在主通道中加入疏水层时,由于接触角的转变,气泡界面产生阻尼振荡运动,随着|cosθ_f|的增大,阻尼振荡运动振幅增大,导致能量消耗变大,以致理论不足以预测气泡运动时间.且气泡运动时间随着|cosθ_f|的增大而减少,大小则呈线性关系. 展开更多
关键词 自循环 高度比 虚拟阀 接触角 疏水层
原文传递
流体与大变形弹性结构物相互作用MPS-BPM耦合模型研究
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作者 郝婕 王丽珠 +1 位作者 蒋勤 朱刘杰 《力学学报》 北大核心 2025年第6期1325-1335,共11页
针对流体与大变形弹性结构物相互作用中流-固界面复杂、大自由液面变形和强非线性运动的特点,采用改进的移动粒子半隐式法(MPS)模拟不可压缩流体运动,引入改进的黏结粒子模型(BPM)计算弹性结构体的变形运动,构建了一种新的基于纯拉格朗... 针对流体与大变形弹性结构物相互作用中流-固界面复杂、大自由液面变形和强非线性运动的特点,采用改进的移动粒子半隐式法(MPS)模拟不可压缩流体运动,引入改进的黏结粒子模型(BPM)计算弹性结构体的变形运动,构建了一种新的基于纯拉格朗日法的MPS-BPM无网格粒子法流-固耦合数值模型.该模型基于压强梯度力量化弹性结构物粒子所受到的周围流体作用;通过建立流体粒子和弹性结构物粒子的压力泊松方程,对流体域和结构域进行统一的数值离散求解,实现弹性结构体对周围流体的反馈作用;利用背景网格法削弱流-固交界面处的数值压力振荡与自由液面的数值波动,增强模型的计算精度和稳定性.首先,通过对弹性悬臂梁在初始瞬时速度条件下的运动模拟,验证改进的BPM法对模拟弹性体大变形运动问题的可靠性.然后,通过对弹性闸门溃坝水流运动与闸门变形、溃坝水流对弹性结构物冲击作用的模拟,分析MPS-BPM流-固耦合模型在模拟复杂的流-固相互作用问题中的适用性.计算结果表明:基于MPS-BPM耦合模型得到的流体速度场和压强场变化合理、弹性结构体内部应力分布平滑且流-固交界面处未出现非物理间隙,该耦合模型能够很好地再现流-固相互作用的运动过程. 展开更多
关键词 流-固耦合数值模拟 移动粒子半隐式法 黏结粒子模型 弹性结构变形 界面耦合
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