疏水表面沸腾气泡底部微液层生长特性

将激光干涉法和高速摄像技术相结合,研究了疏水ITO加热表面生成的单个乙醇气泡的动态特性,观测研究了其底部的微液层,并与之前的亲水加热表面的气泡生长脱离过程进行对比分析。本实验同时使用两台高速摄像机：一台记录气泡底部微液层干涉条纹,另一台从侧面同步记录单个气泡的生长和脱离图像。通过对这些图像逐帧比较,并与亲水表面的气泡生长过程对比后,发现疏水表面气泡的生长周期没有等待期,且脱离期时间远大于生长期,气泡底部的微液层存在形态不稳定,气泡在生长和脱离过程中会发生随机滑移现象。     

微小有限空间内微气泡控制生长的界面追踪与数值模拟

通过对微机电系统微流体器件中气泡生长实验结果的分析,考虑加热元表面液体微层的作用,将微气泡生长分为晶核形成、球形气泡、受侧壁挤压的气泡、沿微通道生长的气泡4个阶段,建立了矩形微通道内微气泡控制生长物理模型;采用Level Set Method模拟了矩形微通道内微气泡控制生长过程,获得了微气泡生长特性。数值模拟结果表明：微气泡初期生长速率较快,后期由于凝结率增大使生长速率减缓;液体温度、微通道宽度、微加热元宽度、加热电压等均对气泡生长始点和生长速率有显著影响。     

聚合物发泡过程中气泡分裂的理论研究和数值模拟

对聚合物发泡过程中的气泡分裂进行了理论研究和数值模拟,用理论推导的方法计算出气泡分裂过程所需要的时间;采用流体体积函数（VOF）方法对相应条件下的气泡分裂进行了数值模拟,并对模拟的分裂时间和理论计算的分裂时间进行比较;分析了气泡分裂时间的影响因素。结果表明,气泡分裂时间与体系的界面能成正比,与体系界面黏度、气泡半径以及剪切速率的平方成反比。     

微通道内催化表面气泡生长及脱离的可视化实验

采用聚二甲基硅氧烷材料(PDMS)制备矩形截面的微通道,并在微通道壁面上沉积MnO₂作为催化剂,采用高速摄影仪对通流过程中过氧化氢催化分解生成氧气气泡的过程进行了可视化实验研究,分析了反应物的浓度和流量对气泡生长速度及脱离直径的影响.结果表明:气泡在微通道内催化表面的生长及脱离过程呈周期性变化的趋势;气泡生长可以分为快速生长和缓慢生长两个阶段,当t<3 s时气泡处于快速生长阶段,催化反应主要受动力学控制,当t≥3 s时扩散控制占主要地位,气泡生长速度随反应物浓度的升高而增大;气泡脱离直径受反应物浓度影响较小,受反应物流量影响较大,而且随液相反应物Reynolds数的增大线性降低.     

基于TFM-PBM耦合模型的离心泵内微气泡破碎合并的模拟研究

了解离心泵内微气泡的发生特性,对于优化现有基于旋转流场的微气泡发生装置的性能、提高工业废水废气的污染物去除率至关重要。在考虑气泡破碎合并的前提下,通过将双流体模型（TFM）与群体平衡模型（PBM）进行耦合,求解离心泵内气液两相旋转流场,研究了入口体积气含率（IGVF）、入口气泡尺寸对泵内气泡沿程尺寸变化、出口气泡尺寸分布的影响,并结合Luo等的破碎合并模型分析成因。结果表明,随IGVF增加,叶轮内气体聚集引起局部气含率陡升,气泡由破碎主导转变为合并主导,而后在蜗壳内气含率恢复正常,气泡又变为破碎主导,总体上出口气泡尺寸逐渐增大。另外,入口气泡尺寸对出口气泡尺寸的影响对IGVF敏感,当IGVF较低时,随入口气泡尺寸增大,出口气泡尺寸先增大后减小;而当IGVF较高时,由于泵内气体聚集,入口气泡尺寸的影响并不明显。     

表面活性物质影响下单个自由上升微气泡传质过程的直接数值模拟

2017年,国际标准化组织将直径介于1～100 μm之间的气泡定义为微气泡,本研究参照上述定义,针对微气泡容易受到表面活性物质影响的特点,通过直接数值模拟对不同尺寸单个自由上升微气泡在表面活性物质影响下的传质速率进行研究.通过与模拟结果对比发现,微气泡的运动速度及传质速率均可用Clift等总结的爬流范围内的理论进行较为...     

液-液多相流微萃取的数值模拟和实验分析

运用Comsol软件对带有十字形和圆柱形辅助结构的微通道内两相层流进行了有限元分析。同时，以硫酸铜溶液为水相，被260^#溶剂油稀释30%的DZ988N萃取剂为有机相，并以光滑微通道为参照，开展了相关的液-液萃取实验。当给定流速在(0.5×10^-3) ~(5×10^-3) m/s范围内，圆柱形辅助结构能够促进水相中Cu²⁺的扩散，萃取效率最高，均能达到90%以上；而十字形辅助结构时而促进时而抑制水相中Cu²⁺的扩散，萃取效率不稳定，最高89.8%，最低74.6%。实验中，微通道内的两相为层流，如不考虑化学反应，Cu²⁺的扩散则仅依靠其浓度梯度差，扩散效率可表征萃取效率。有限元计算得到的扩散效率与实验获取的萃取效率值吻合良好，进一步得出了两相流场分布等流动特征，以解释不同辅助结构下的扩散效率差异。     

气体入口角度和截面宽高比对微通道内泰勒气泡行为的影响

微通道的几何参数对于气泡或者液滴在其中的形成过程有着显著的影响。采用流体体积法(VOF法)研究了不同气体入口角度以及不同通道截面宽高比对微通道内气液两相流流动状况的影响。在所研究的操作范围内,各个微通道内的两相流流型均为泰勒流,并且在大多数情况下气泡长度分布均匀。在通道截面宽高比为0.5～2条件下,60°的气体入口角度有利于产生较短的气泡;如果通道截面宽高比达到4或8时,45°的气体入口角度更有利于形成较短的气泡。此外,随着通道截面宽高比的增大,通道内气泡的量纲1长度也随之增大,气泡长度分布的均匀性也逐渐变差。当通道截面宽高比增大到8时气泡长度分布变得很不均匀。     

采用液液微萃取结合GC-MS分析不同层酒醅原酒的挥发性成分

采用液液微萃取（Liquid-liquid microextraction，LLME）结合气相色谱/质谱联用仪（GC-MS）对古井贡酒同一窖池5种不同层酒醅所产原酒进行分析，选择其中25种经文献报道具有生物活性的化合物进行定量。化合物的加标回收率在82.22% ~ 105.83%之间，在5种原酒中总含量为A> C> E> B> D。采用主成分分析法对25种生物活性成分的定量结果进行主成分分析，结果表明：最上层酒醅所生产原酒A与其余酒样差异较大，体现在第二主成分上的区分；B、C、D、E四种原酒在第二主成分上表现出一定的相似性，在第一主成分上表现出差异性。该研究有助于了解不同层酒醅酒中的生物活性物质差异。     

除湿干燥机膨胀阀调节和蒸发温度变化对除湿效率的影响

对除湿机膨胀阀开度和蒸发温度对除湿机性能的影响进行了实验分析。实验结果表明，膨胀阀开度和蒸发温度影响除湿效率，对它们的合理控制可以提高除湿机的工作性能。     

Experiment and numerical simulation of the influence mechanism of kinetic factors on rapid growth of KDP crystal

A series of KDP crystals at different rotation speeds ranging from 9 to 120 rpm were grown by rapid growth method. The results fully demonstrate that rotation speed as a key kinetic parameter has a great influence on the whole crystallization process. Moreover, an important characteristic has been proved that the growth rates along X and Z-direction increase with the increase of rotation speed lower than 100 rpm, while the rates of X-direction are always greater than Z-direction. Combined with numerical simulation method, the correlations of solution stability with kinetic factors including rotation speed, crystal size and growth platform are explored in detail. During the crystallization process, the thickness of boundary layer decrease and a higher flow rate is caused with the increase of rotation speed below 100 rpm, and the generation of inclusions at lower speed may be associated with the slower flow rate of growth solution. The stability of solution gradually decreases as the rotation speed ranges from 100 to 120 rpm. Furthermore, the computed results of R_e imply that reducing rotation speed as increasing of crystal size may be an effective method to obtain high-quality and large-scale KDP crystal by rapid growth technique. Comparing to the growing platform with four columns, the platform with two circular connecting columns play an active role in influencing the growth rate of KDP crystal, especially in axial direction.     

Enhanced response of the photoactive gas sensor on formaldehyde using porous SnO2@TiO2 heterostructure driven by gas-flow thermal evaporation and atomic layer deposition

Nanoporous SnO₂@TiO₂ heterostructure was synthesized by a facile two-step dry process, modified thermal evaporation followed by atomic layer deposition (ALD). The introduction of inert gas, Ar, with a pressure of 0.2 Torr during thermal evaporation of SnO, enabled the formation of the nanoporous 3D structure by inducing the collision and loss of kinetic energy during deposition. A photocatalytic material, TiO₂, was grown on the porous structure of SnO₂ to detect target gas, formaldehyde, under UV irradiation selectively. Microstructural and elemental analysis with a transmission electron microscope and X-ray photoelectron spectroscopy confirmed the porous structure of SnO₂ induced by our evaporation process as well as the conformal coating of TiO₂ on the porous structure. The sensing capabilities of a photoactive sensor on the formaldehyde were assessed in terms of the film porosity, irradiated UV power, and thickness of photoactive materials at room temperature. As a result, the SnO₂@TiO₂ heterostructure, with an optimum thickness of TiO₂ exhibited low detection limit, down to 0.1 ppm, good linearity to the concentration of formaldehyde in the range of 0.1–10 ppm, and high response of 15% in the HCHO 0.1 ppm. This core-shell porous structure developed by modified thermal evaporation combined with ALD paved the way for 3D architectures to explore various applications, such as biosensors, photocatalysts, and optoelectronic devices.     

低碳醇改性无氟泡沫的性能分析与扑灭油池火的实验研究

针对现有氟碳类泡沫灭火剂关键组分PFOS因国际环境公约出于环保和健康而限用,以及现有泡沫灭火剂还存在析液速度快而影响灭火能效等问题,在前人及团队探究无氟泡沫复配方案基础上,基于火灾化学理论与表面活性剂技术,遴选碳氢/有机硅表面活性剂(LS-99/SDS)为基剂,通过引入可改善气泡聚并的低碳醇(乙醇、正丙醇和异丁醇)调控泡沫的发泡倍数和25%析液时间等性能,开展含醇泡沫和无醇泡沫的灭火对比实验,考察低碳醇引入后的泡沫灭火能效。结果表明,引入适量浓度低碳醇可显著影响LS-99/SDS复配体系的发泡倍数和25%析液时间。相比乙醇和正丙醇,当异丁醇质量分数为0.1%时,可有效延缓含醇泡沫的析液进程和降低析液速率。通过灭火过程的火焰温度测定,发现含醇泡沫作用下10 cm和20 cm高度处的火焰最大降温速率为20.1℃·s^-1和11.2℃·s^-1,相较于无醇泡沫体系降温效果显著,降温增幅分别为39.58%和14.29%。含醇泡沫灭火剂相对于无醇泡沫灭火时间缩短了3.6 s,缩短幅度为37.5%。适量浓度的异丁醇引入到无氟泡沫体系中,可有效延缓泡沫析液进程,提高泡沫体系的发泡倍数及稳泡性能,为无氟泡沫的优化设计提供了一条新路径。建立了基于25%析液时间、平均析液速度、最大降温速率和灭火时间等综合指标的灭火效果考察方法,为泡沫灭火效能的实验室评价提供了参考依据。     

低碳醇改性无氟泡沫的性能分析与扑灭油池火的实验研究

针对现有氟碳类泡沫灭火剂关键组分PFOS因国际环境公约出于环保和健康而限用,以及现有泡沫灭火剂还存在析液速度快而影响灭火能效等问题,在前人及团队探究无氟泡沫复配方案基础上,基于火灾化学理论与表面活性剂技术,遴选碳氢/有机硅表面活性剂(LS-99/SDS)为基剂,通过引入可改善气泡聚并的低碳醇(乙醇、正丙醇和异丁醇)调控泡沫的发泡倍数和25%析液时间等性能,开展含醇泡沫和无醇泡沫的灭火对比实验,考察低碳醇引入后的泡沫灭火能效。结果表明,引入适量浓度低碳醇可显著影响LS-99/SDS复配体系的发泡倍数和25%析液时间。相比乙醇和正丙醇,当异丁醇质量分数为0.1%时,可有效延缓含醇泡沫的析液进程和降低析液速率。通过灭火过程的火焰温度测定,发现含醇泡沫作用下10 cm和20 cm高度处的火焰最大降温速率为20.1℃·s^-1和11.2℃·s^-1,相较于无醇泡沫体系降温效果显著,降温增幅分别为39.58%和14.29%。含醇泡沫灭火剂相对于无醇泡沫灭火时间缩短了3.6 s,缩短幅度为37.5%。适量浓度的异丁醇引入到无氟泡沫体系中,可有效延缓泡沫析液进程,提高泡沫体系的发泡倍数及稳泡性能,为无氟泡沫的优化设计提供了一条新路径。建立了基于25%析液时间、平均析液速度、最大降温速率和灭火时间等综合指标的灭火效果考察方法,为泡沫灭火效能的实验室评价提供了参考依据。     

蜡晶析出对CO2水合物相平衡及诱导特性的影响

为了探明蜡晶析出对水合物生成相平衡特性及成核特性的影响,本文选用2^#工业白油与60^#昆仑石蜡的混合溶液来模拟含蜡体系,利用高压可视化搅拌釜开展含蜡体系水合物生成实验,结合水合物生成过程中的可视化图像,研究不同蜡晶浓度对水合物生成相平衡曲线、水合物成核诱导时间、诱导时间变化率的影响规律及蜡晶析出对水合物生成机理的影响。结果表明：①随着蜡晶浓度的增加,水合物生成相平衡条件逐渐降低,相平衡曲线较无蜡体系向右偏移,且蜡晶浓度越大,偏移趋势越明显,在温度281.5K时,3.5%（质量分数）的蜡含量比无蜡体系的相平衡压力降低6.5%;②通过分析不同蜡晶浓度对水合物成核诱导时间的影响发现,蜡晶析出加快了水合物结晶,缩短了水合物成核诱导时间,且蜡晶浓度越大,诱导时间缩短越明显;③通过探究不同蜡晶浓度对水合物成核诱导能力的影响发现,随着蜡晶浓度的增加,蜡晶析出对水合物诱导成核的促进能力总体呈现先增大后减小的趋势,即蜡晶对水合物的促进能力不是无限增大的,会随蜡晶浓度的增加逐渐减弱;④通过分析蜡晶析出对水合物生成速率及生成位置的影响发现,当体系达到水合物生成条件时,反应釜中心部分的水合物会先于气液表面及釜壁生成。本文研究成果有助于深海油气开采的应用发展,同时为更好研究蜡晶与水合物耦合特性提供可靠的pVT数据。