凹凸腔方波型微混合器的数值研究

通过对微混合器的通道结构进行优化或设计新型的通道,改变流体的运动状态,实现流体之间的快速混合和提高混合效率是当今微混合器研究的重点。为了进一步提高微混合器的混合效率,课题组设计了一种带有凹凸腔的方波型微混合器。在不同的Re下,对设计的微混合器进行数值模拟,以混合强度和压降作为评价指标,得到了凹凸腔方波型微混合器的最优结构参数。研究结果表明:凹凸腔微混合器的混合强度和压降都高于方波型微混合器,在Re=10时混合强度提升最显著。对2种结构进行流场分析,发现流体流经凹凸腔结构时能够产生涡流,层流状态被打破,流体之间的接触面积增大,混合强度得到提高。     

不同挡板结构的浆料搅拌罐流场仿真与分析

为了研究挡板对搅拌罐流场的影响,利用流体分析软件FLUENT6.3.26对两个搅拌罐进行了仿真分析,采用多重参考系模型（MRF）模拟叶轮区转动,湍流项选用双方程RANSk-ε模型,模拟得到了流场内的重要参数。通过对分析结果进行比较,发现挡板的设置可减小漩涡,增强流场湍动性,在工程应用中,根据介质的不同设计合理的挡板结构,不仅可以提高搅拌混合效率,还可以降低成本,减少能源消耗。     

改进型INTER-MIG桨搅拌槽内流场的PIV实验研究

针对二维粒子图像测速技术(particle image velocimetry,PIV)的局限性,利用三维粒子成像测速技术(PIV)对改进型INTER-MIG桨搅拌槽流的轴向速度、径向速度、切向速度的分布进行研究,介绍了三维PIV系统的结构组成,再利用二维PIV对流场进行流线分析。结果表明:无挡板时,槽内的流体受到了较强的剪切作用,而轴向速度与径向速度相对较小,整体的混合效果较差;有挡板时,流体的轴向和径向速度明显提高,增加了流体湍动效应。挡板破坏了流体内部的有序流动,桨叶前端的涡流也明显减弱。     

设有挡板的机械絮凝池流场模拟分析

文章对机械絮凝池内设置挡板和不设置挡板情况下的三维流场进行数值模拟计算,分析了不同水力学条件下絮凝池的流体变化及流场分布情况。针对方形絮凝反应池四个角的流速、湍动能均较小,在絮凝反应过程中质量变化和能量交换受到极大阻碍,考虑在反应池的池壁上设置扰流挡板,通过改变此区域的流态来改变流速及湍动能,进而改善絮体颗粒间的碰撞和凝聚作用。     

内部形状对微通道内流体流动及换热特性的影响研究

为了研究微通道的内部因素对其流动与换热特性的影响,文章通过对矩形、圆形、椭圆形、三角形和梯形五种内部形状的微通道,进行了微通道内流体在层流流动方式下的流动与传热的计算机仿真研究,对比了不同形状对微通道内部流动换热性的影响规律。结果表明,在水力直径为1.16~3.12mm范围内和长度为10mm的微通道中,注入初始速度为0.1m/s的液体水,内部因素对微通道内流体的压力分布规律影响不大,对流速分布规律影响也不大,但是对压力大小和速度大小有明显的影响;三角形和梯形对加热面冷却效果较好,而圆形和正方形的冷却效果较差。文章的研究目的在于为微流体以及微流体机械的设计和应用提供一种科学计算成果。     

结构参数对微通道换热器内流体分配均匀性的敏感性分析

选取换热器微通道的长度、宽度、插入封头的深度作为考察因素,利用均匀设计方法建立模型,对影响微通道换热器内流体流动分配均匀性的敏感性参数进行分析.结果表明:1)微通道换热器流体分配均匀性不仅与流体的流动状态有关系,还与几何结构有关;保持较低的流速(0.05~0.10 m/s)微通道换热器内流体可获得更好的分配均匀性.2)在入口流速一定的情况下,流体流动分配均匀性是微通道长度、宽度和插入封头深度综合作用的结果.各因素对流体分配均匀性的影响从大到小依次为微通道的宽度、微通道插入封头深度、微通道的长度.     

中浓纸浆漂白过程混合技术的研究

分析了中浓纸浆漂白过程中纸浆与漂白剂的混合机理,通过中浓纸浆流体化实验,研究了中浓纸浆混合过程的网络强度、湍流粘度、单位体积能耗及混合时间等特性参数,并对中浓纸浆混合器的设计方法及提高混合效果的影响因素进行了探讨.     

微流控系统中微泵和微阀的研究与挑战

微流控芯片是由微流体系统中的驱动元件——微流体泵和控制元件——微流阀来实现微流体准确操纵。随着微流控芯片集成程度的不断提高,液体流道变得更加复杂且体积更加微小,如何在微小尺度上实现流体驱动和控制就成了芯片设计中的一个重点。文章针对微泵与微阀的国内外研究现状、关键技术及发展趋势进行阐述,旨在为相关产业的发展及技术研究等方面提供借鉴与参考。     

微流控技术制备多种结构纤维材料概述

微流控技术因其在微尺寸的通道中可对微量液体进行精确操控而被广泛关注。在制备功能性微纤维方面,微流控技术通过改变微管道的结构设计、微流体的流动状态、多相层流间的剪切关系等,可以实现多种不同结构微纤维的可控制备。概述了微流控技术在制备实心、中空、螺旋、Janus/多组分、带状/沟槽、竹节状/纺锤结状等结构微纤维的研究进展,分析了微流控技术在制备多种结构功能性微纤维材料方面的发展前景,为今后微流控技术的应用提供参考借鉴。     

搭载微混合芯片的食品内亚硝酸盐含量光电检测方法研究

目的：提出一种基于光电探测原理的食品中亚硝酸盐高精度、低成本的定量快速检测方法,并构建搭载微混合芯片的便携式亚硝酸盐检测仪。方法：设计微混合芯片以实现检测样品的快速混合,并通过流体仿真验证芯片混合效率;分析光固化工艺参数对芯片通道打印精度的影响规律并制备了微混合芯片;设计并搭建了亚硝酸盐光电检测系统,分析亚硝酸盐含量与诱导电压的对应关系,并确定系统的检验灵敏度。结果：设计的微混合芯片可以实现检测试剂的高效混合,当置信因子为3时,光电检测系统检测质量浓度极限可达95.7 μg/L,系统线性指数的拟合误差为0.996 7,平均检测时间可达3 min。结论：光固化技术可实现混合微流控芯片的高精度制备,自主搭建的光电检测系统的检测精度和灵敏性可满足食品中亚硝酸盐的检测需求。     

轴向流吸附塔流场数值模拟与进口分布器优化

针对某糖厂烟道气变压吸附塔内气体分布不均的问题,采用计算流体动力学CFD相关软件对其流场进行数值模拟,重点对进口区(进口管到吸附剂之间的区域)进行流场优化。通过对原始板式分布器流场模拟,发现吸附塔中心区域速度较大,导致进口区末端截面的轴向和径向速度分布不均,同时也有一定的漩涡。比较板式分布器在不同倾角下的布气效果,发现当板式分布器的倾角在25°~40°有较好的布气效果;比较4种板式分布器,即原始分布器(Ⅰ)、中间挡板不开孔的分布器(Ⅱ)、中间挡板改为小孔的分布器(Ⅲ)及原始分布器中间加挡板(Ⅳ)的布气效果,结果发现中间挡板不开孔的分布器和中间挡板改为小孔的分布器的布气效果都优于原始分布器,其中中间挡板改为小孔的分布器的布气效果最好。通过对吸附塔进口区分布器结构优化,明显提高了吸附塔内流体的分布均匀度。     

波纹薄型热板性能及设计优化研究

为改善瓦楞纸板生产过程中纸板的粘合烘干效果，提高纸板加热过程温度均匀性，优化现有波纹薄型热板结构，通过对现有波纹薄型热板进行结构理论分析以及Fluent流体有限元分析，根据分析出的结构缺陷进行进汽口、回水口位置以及进汽口数量优化。分析比较进汽口数量从1个到8个的加热过程中表面温差及流场特征，最终选取较为适宜的4个进汽口数量为初步优化方案。根据流场优化方法进行进一步结构优化，增设进汽口间挡板，利用Fluent流体有限元分析、产品试制以及现场测试对优化结构进行验证，有限元分析结果与未增设挡板相比，流场漩涡数量明显减少，现场测试结果最大温差改善81.8%，最小温差改善90%，表明优化结构在提高加热效率及降低产品成本的基础上，能够有效改善纸板加热均匀性，提高纸板质量。研究为改善瓦楞纸板生产的粘合烘干提供参考。     

高通量微流控阵列芯片设计及制备植物乳杆菌微胶囊的研究

植物乳杆菌微胶囊可以增加菌体对不利条件的抵抗力，从而减少其活性损失。传统方法制备的微胶囊存在粒径分布不均匀、形状不规则等问题，而微流控技术可以精确控制微胶囊的大小，可通过高度阵列化的微通道来提高微囊化产量。该文设计了集成多个微流体液滴生成器的阵列芯片，以液滴直径大小、变异系数及液滴生成频率为评价指标，比较了2种流体分布层结构以及2种液滴生成器模式对液滴生成的影响。结果表明，树状分布的微通道间压力较平衡，更能实现流体的均匀输送；圆形阵列更有利于单分散液滴的形成。选择树状分布的圆形阵列芯片应用于植物乳杆菌的包埋，当流速比值为15时，液滴生成频率为20.3 Hz,包埋率为96.4%,实现了植物乳杆菌的高效率封装和受控释放。该研究为高通量制备益生菌微胶囊提供了新思路。     

基于毛细不稳定性的聚焦通道微液滴操控研究

针对目前利用微流道产生微液滴时,存在的制作成本高、难于控制液滴大小的缺点,采用数值模拟的方法对聚焦通道进行研究。文章基于毛细不稳定性来系统研究聚焦流道液滴生成与作用规律。研究中主要采用水平集方法,探讨了连续相速度、表面张力、两相黏度比、通道尺寸等因素对于液滴生成的影响,并从不稳定性角度来阐释其物理机制。研究结果表明水平集方法可以很好地模拟液滴破碎,发现连续相速度、表面张力、两相黏度比对液滴尺寸影响较大。     

高电压脉冲对绝缘液内矿石放电破碎仿真研究

为了研究高电压脉冲对固-液混合电介质的内部作用机制,利用计算机模拟脉冲放电发展软件HV-LAB建立固-液混合电介质三维模型,设置等效电路参数、电极结构、电极间距以及电介质参数,再对该混合电介质模型进行高电压破碎仿真试验。仿真结果显示:当脉冲发生器输出电压为400kV,固体电介质和液体电介质分别为磁黄铁矿石、去离子水,电极结构为针-针电极且电极间距为10cm时,固体电介质内部最大破碎深度为4.12cm,约为电极间距的1/3～1/2,并产生多条类似树状结构的等离子放电通道。     

转杯纺旁路通道设计对成纱质量的影响

为减小或消除在输纤通道入口处产生的气流漩涡以降低其对纤维形态产生的不良影响,通过在输纤通道长轴一侧设置旁路通道向输纤通道补气,并采用数值模拟方法研究设置有旁路通道的气流场分布,结合纺纱试验和纤维形态测试,研究该旁路通道对改善气流场分布及转杯成纱性能的效果。结果表明:采用旁路通道进行补气可消除输纤通道入口处的气流漩涡,提高纤维剥取区的气流速度,从而提高纤维剥离牵伸倍数;设置有旁路通道的转杯纺纱器对提高成纱断裂强度具有良好的作用,对降低凝聚槽中弯钩纤维的数量有一定的效果,说明消除气流漩涡和提高纤维剥离牵伸倍数有助于纤维形态的改善,从而提高成纱断裂强度。     

食品工业中挡板对于搪玻璃反应釜固液悬浮的影响研究

搪玻璃反应釜因其良好的防腐性被广泛应用于食品工业中,轴流式搅拌釜具有轴向流动大,循环作用好的优点,是果肉饮料生产、发酵搅拌过程较好的选择。采用数值模拟和试验的方法,研究了挡板对流式搅拌釜内固液悬浮的影响规律。通过试验得出结论:试验中改变转速,可以发现存在一个"临界转速",在该转速之前,无挡板时搅拌轴扭矩更小;而在该转速之后则发现有挡板的情况下搅拌轴扭矩更小,挡板抑制"打漩"效果明显。在此基础上采用大于"临界转速"的转速进行非定常两相混合数值模拟计算,结果表明转速超过"临界转速"后,挡板对于反应釜固液悬浮有促进作用。     

乳粉水分含量自动控制新方法

本文采用控制喷雾干燥塔排风温度的方法来控制乳粉的含水量，通过步进电机带动干燥热风的通道挡板来改变进入喷雾干燥塔的热风量，从而控制排风温度，使乳粉的含水量控制在一定范围内，进而提高了乳粉产品的质量和生产效率。     

稠油侵入对钻井液流变性影响研究

在欠平衡或近平衡钻井中,经常发生稠油与钻井液溢漏同存的问题。稠油侵入井筒,改变了钻井液的物性,对井筒压力精确预测带来了很大困难。文章基于流变学基本原理,利用高温高压流变仪开展了不同温压条件下的稠油钻井液混合流体的流变性测试,通过钻井液稠油混合流体流变模型优选,总结了赫巴模式下的混合流体流变方程。该方程为精确建立稠油侵入井筒的复杂流动数学模型奠定物性研究基础。     

表面活性剂的协同作用在造纸毛毯洗涤中的应用

表面活性剂LAS、OP-10、TX-10、AEO-9等对毛毯有一定的洗涤效果。不同表面活性剂混合后会产生协同作用,其CMC值(临界胶团质量分数)和表面张力值均小于各自表面活性剂组分的CMC值和表面张力值,使毛毯的洗涤效果大大增强。研究表明:几种表面活性剂在混合后表面张力最小,协同作用最显著的是LAS与AEO-9比例为1∶4的复配溶液。