Y型微通道中两相界面特性变化分析

利用追踪运动界面的两相流模型数值研究对流Y型微通道中两相界面形貌变化特性。发现对流Y型微通道Y型角度、连续相毛细数、两相流量对液滴生成时间、速度、大小有重要影响。其中连续相毛细数与Y型角度越小,所生成的液滴体积越大,而随着分散相与连续相流量比例的增大,其对液滴体积的影响变小,但流量比不能无限增大或减小,当比值大于0.5或小于0.05时,此时分散相只能以液柱或液丝的形式出现,无法产生液滴;当分散相流量越大,相应液滴的生成速度也几乎成比例增大,且分散相流量的变化对液滴长度的演变过程有更大的影响。此外随Y型角度的增加,液滴在形成过程中,填充时间变长,缩颈时间变短,液滴脱离机理主要是因为来自连续相正应力的作用。     

晶圆显影过程中喷嘴液滴运动的数值计算

集成电路制造过程中对晶圆显影工艺的均匀性有很高的要求,重点在于保证显影喷嘴出口—毛细管出流液滴的体积和滴落频率稳定。采用有限体积法对液滴的形成及脱落过程的纳维斯托克斯方程进行了求解,并对轴对称毛细管模型进行了结构化网格的划分,通过VOF(volume of fluid)模型针对液滴变化过程中的气液两相界面进行了追踪。分析了毛细管中流量逐渐加大对液滴低落频率及液滴体积的影响,并研究了在液体流速低于和高于临界流速的不同情况时不同的滴落过程。该研究有助于显影喷嘴设计过程中确定出口毛细管管径的大小、间距以及额定工作流量。     

气液两相流液相体积含量的精确测量

两相流多变的流型导致电容传感器测量组分体积含量时精度较低。仿真试验结果显示,管道气—油两相流含油率的测量误差高达１５％ 以上。利用层析成象电容传感器阵列获取的管道内部两相流分布情况的投影值,可确定对组分体积含量的修正方法,使误差显著降低。本文分析了流型对测量的影响,导出了修正公式,介绍两种修正方法及仿真修正结果。     

基于COMSOL的喷墨打印机喷射墨滴过程的仿真分析

采用两相流水平集方法,利用COMSOL多物理场仿真软件对打印机喷嘴喷射墨滴过程进行建模仿真分析.通过求解水平集函数的输运方程,并结合N.S方程和连续性方程,观察不同时间下的墨水、空气两相速度场,跟踪此两种不混溶流体之间的界面,计算喷射液滴质量.分析结果有助于增进对喷墨打印机内部流体流动过程的了解,为设计特定应用的喷墨打印机提供参考价值.     

均匀液滴喷射过程仿真与试验研究

针对液滴喷射增材制造试验参数调整困难、实施难度较大的现存问题,基于流体体积(Volume of fluid,VOF)两相流模型,建立均匀液滴喷射过程流场的计算模型。采用数值模拟的方法,对液滴喷射过程中的液滴流形态、压力场和速度场及其影响因素进行了研究,揭示了形成均匀液滴流的内在变化规律,得到了均匀液滴喷射过程的最优频率。在模拟结果的基础上,建立了液滴喷射装置并配置了相应的高速拍照系统,对射流断裂形态、喷射过程、喷射速度进行了试验研究。结果表明,射流速度主要取决于喷射压强,液滴流均匀性主要取决于扰动频率和扰动振幅,射流的压力场则呈周期性变化。模拟结果与试验结果吻合较好,说明所提出的建模方法是可行的,为不同情况下射流内部流场的计算提供了实用的方法,也为液滴喷射增材制造技术的应用奠定了理论基础。     

气液脉冲两相流耦合激振数值模拟与试验

提出了一种气液耦合激振方式,通过控制气路和液路交替产生的高压脉冲两相振荡流,利用其产生的激振力实现对液压系统管道内壁的污染物去除.首先,建立了高压脉冲两相流动力学模型,开发了气液脉冲两相流试验系统,利用Ansys Fluent模块进行数值模拟与仿真分析;其次,湍流模型采用k-ε二方程模型,气液两相流采用流体体积函数(v...     

电容层析成像系统三维图像重建及其在两相流体积测量中的应用研究

探讨了电容层析成像系统中利用二维断层图像进行三维表面重建，并由三维图像求取两相流中离散相体积和观察其空间位置的方法。首先对二维断层图像序列进行轮廓抽取和细线化，然后进行轮廓匹配和轮廓插值并进行表面重建；最后利用三维图像求取两相流中离散相体积。初步的仿真结果表明，使用的三维重建算法简单，重建精度高，成像速率快，可以方便地观察离散相空间位置和计算出离散相体积。     

流道结构和两相流速对微液滴制备的影响

液滴微流控因其可以高效、方便地生成高单分散性液滴,被广泛应用于微材料制造、药物分析、细胞培养等领域.进一步探究流道尺寸、流量对微液滴生成和尺寸的影响,有助于对微液滴实现精准控制.通过设计不同的十字流道尺寸和控制两相流量进行微滴实验探究,研究表明了流道结构对液滴生成周期的影响,以及液滴尺寸和生成速率随流道结构出现较大差异.不同流道出口尺寸下,液滴尺寸相差约1倍,而最高生成速率可达1052.53滴/s.同时通过数值仿真解释了液滴生成周期中压力和流速的变化对液滴尺寸和生成速率的影响.     

基于Fluent的柴油机冷却环道流动特性分析

 为缓解柴油机活塞的过热问题,对冷却环道内的气液两相流动状态及传热特性进行了研究。根据计算流体力学方法确立柴油机冷却环道流动的湍流模型和相界面模型。采用有限元方法,建立冷却环道两相流仿真模型,针对柴油机不同的转速、油压和油温条件分别进行仿真计算,得出油液的体积率和平均换热系数随曲轴转角的变化规律。通过发动机喷流试验台的验证可知,冷却环道内两相流动状态的实验与仿真结果具有良好的匹配性。研究结果表明：喷油压力对油液体积率和平均换热系数的影响非常小;油体积率和平均换热系数的变化趋势不存在一致性;冷却环道的换热能力主要由油液黏度和振荡强度决定。     

纳米银均匀喷射过程的数值计算与仿真

微滴喷射均匀液滴喷射过程受到多种因素的制约,包括压力波幅值、液滴物性(黏度、表面张力等)、喷嘴尺寸等。为深入理解微滴喷射过程机理,基于流体体积法建立了均匀液滴喷射数值模型,研究了压电驱动电压幅值对低粘度纳米银墨水稳定喷射行为的影响。通过数值仿真,给出了驱动电压幅值与液滴断裂长度、液滴飞行速度的数值关系,以及液滴飞行速度与卫星液滴的变化关系。采用27μm喷嘴直径的工业喷头构建微滴喷射系统,低粘度纳米银墨水为喷射材料,通过观测喷印到光面相纸的液滴尺寸及卫星液滴数量对数值模型进行实验验证。结果表明,液滴飞行速度取决于驱动电压幅值,液滴尺寸分布及卫星液滴数量取决于液滴飞行速度,与数值模型相吻合。通过数值模型仿真,针对纳米银墨水物性指标匹配合适的驱动电压幅值,生成均匀液滴流,对微液滴成型的工业化应用具有重要的理论指导意义。