液滴撞击热钢板表面的Leidenfrost现象及其铺展特性

本文对液滴撞击热钢板表面形变特性进行了实验研究.根据压电共振理论设计液滴发生器制取液滴,高速摄像机记录液滴撞击热钢板的行为并用IPP软件进行图像处理.实验结果表明：表面温度在300℃以上时液滴撞击会发生leidenfrost现象,钢板与液滴接触气化冲力是影响液滴leiden frost现象的重要因素;表面温度对液滴铺展时间影响较小,对液滴收缩反弹形态变化影响较大;液滴最大铺展因子随着韦伯数的增大而增大.     

射流液滴撞击壁面二次液滴的粒径特性研究

液滴碰撞是液滴动力学研究的基本内容。基于可视化图像技术对射流液滴连续撞击微小固体壁面后形成的二次破碎飞溅液滴的粒径特性进行了实验研究,在低压低射流量的基础上,阐明了射流液滴连续撞击固体壁面破碎飞溅的雾化过程,分析了不同位置和驱动压力对二次破碎飞溅液滴粒径分布特性的影响,结果表明：二次液滴粒径总体而言相对较小,几乎位于100μm以下,且峰值区域基本集中在30～40μm之间,具有较好撞击雾化效应。二次液滴粒径在空间分布上存在差异,并非完全对称于撞击中心分布,水平方向上距离撞击点越远,二次液滴粒径越小;垂直方向上高度越高,粒径越小。随着驱动压力的增大,频率分布峰值的二次液滴粒径变小,二次液滴粒径分布范围变大。     

Al2O3纳米流体液滴撞击壁面的动力学行为数值研究

针对纳米流体液滴撞击固体壁面的动力学行为,建立基于相场方法描述液滴动态过程的二维数值模型,引入Kistler动态接触角模型以模拟铺展过程中液滴动态接触角变化以及三相接触线的迁移. 通过模拟分析液滴铺展因子、无量纲高度的变化研究不同纳米颗粒体积分数、惯性力和液滴直径等因素对水基Al₂O₃纳米流体液滴撞击壁面的铺展回缩过程的影响机制. 结果表明：超过一定体积分数的纳米颗粒使流体表现出明显的剪切稀化特性,增加液滴的黏性耗散,抑制液滴的铺展回缩过程;液滴撞击速度的增加会增大其撞击壁面时最大铺展直径和达到稳定状态的耗时,直径的增加使液滴振荡周期加长;体积分数为4%的纳米颗粒可以抑制上述两者带来的影响,使液滴更快到达稳定状态.     

液滴撞击圆柱外表面蒸发换热的数值模拟

为进一步研究液滴撞击加热壁面过程中的破裂现象及不同参数对液滴蒸发换热的影响,采用CLSVOF方法和相变模型对液滴撞击加热圆柱外表面进行三维数值模拟.模拟过程中考虑了壁面温度、接触角以及撞击速度对液滴蒸发换热的影响.结果表明:液滴产生破裂的位置与液滴撞击壁面时的速度有关,当撞击速度较小时,破裂产生于液滴中心处;当撞击速度较大时,破裂处位于中间和边缘两部分液体之间.液滴撞击壁面后,在三相接触线和液滴破裂处附近产生了蒸汽旋涡,强化了液滴与壁面间的换热,增加了液滴侧的壁面热流密度.短时间内壁面温度对液滴蒸发量的影响较小,但撞击速度与接触角对其蒸发量的影响较大,且接触角越小,撞击速度越大,壁面平均热流密度越大,液滴蒸发量越大,有利于液滴与壁面间的换热.     

液滴撞击疏水球面的高速可视化实验研究

基于高速可视化成像实验平台,对液滴撞击疏水球面进行了实验研究,观测并定量表征了液滴撞击过程的动态行为,分析了液滴撞击速度和液滴-球体直径比对液滴撞击行为特征的影响。实验结果表明:撞击过程可分为铺展、回缩和振荡3个阶段;液滴在接触球面后沿接触点向四周均匀铺展,达到最大铺展后回缩,之后进行多次铺展-回缩的振荡过程,直到动能与表面能达到平衡状态,液滴在球面上趋于静止;液滴撞击速度的增加增大了液滴惯性力,促进液滴的铺展,使液滴达到平衡稳定状态所需要的时间增加;液滴-球体直径比对液滴撞击行为特征影响较小。     

净化工艺对铜过冷度的影响

对大体积液态铜在真空熔炼条件下用熔融钠钙玻璃净化后的过冷度进行了实验研究。     

水滴撞击水平壁面的实验研究及数值分析

针对水滴撞击飞机表面时互相干扰，形成水滴铺展、回弹等动力学行为，使飞机结冰机理更加复杂的问题，对不同条件下水滴撞击壁面的影响特性展开研究。通过实验与数值模拟相结合的方法研究了水滴直径、壁面温度、壁面材料以及初始速度等条件与水滴的铺展和回弹过程之间的关系，并得到铺展系数与各影响参数之间的关联式。研究结果显示：增大水滴直径对最大铺展具有促进作用；壁面温度越大对水滴铺展越有利，但壁面温度过低时，会导致水滴底部冻结，铺展和回弹受限制；壁面材料为有机玻璃，对铺展最有利；水滴初始速度越大越有利于水滴铺展。     

电场作用下液滴的动力学特征

基于漏电介质模型和润滑理论,建立了电场作用下两极板间液滴运动特征的理论模型,采用PDECOL数值模拟了不同底部电势下液滴的动力学特征及多种参数的影响,讨论了主要特征量的变化率。结果表明:线性底部电势的突出影响表现在促进液滴整体偏移现象上,具有减缓液滴铺展、抑制液膜破断的作用;非线性电势的影响体现在液滴自由界面呈波状形态,或液滴中心内陷,逐渐破裂为子液滴、并向两侧分离的特征,提高电毛细力数有助于分裂液滴、增大电极间距则可减缓液滴运动;交流电场作用下,液滴作周期性振荡运动、呈扁长外形,提高电压幅值加剧液滴破裂或重组特征。     

振动对无机盐相变材料过冷度的影响

通过对无机盐溶液相变材料冷却过程施加振动,研究了振动对蓄冷剂过冷度的影响.实验采用10%碳酸钠溶液作为蓄冷剂,振动功率变化为0~20 W.在恒温槽内温度为-6.7℃时,比较了蓄冷剂有无振动条件下的步冷过程;以及恒温槽内温度为-7.2℃时,振动强度为0~20 W的步冷过程.结果表明:振动加快了蓄冷剂的冷却速度、缩短了冷却时间、减小了过冷度;振动强度越大,减小过冷度的效果越明显;当振动强度为20 W时,能减小过冷度约2.0℃.同时振动能起到细化晶粒的作用.     

粘合剂造粒对高氯酸钾撞击感度的影响

选择粘合剂与高氯酸钾的质量比为3/100、5/100、7/100、9/100、12/100,利用CGY-1型撞击感度仪分别测定虫胶、酚醛树脂、清油和沥青四种粘合剂对高氯酸钾造粒后的撞击感度,并分析引起感度变化的原因。结果表明:与纯高氯酸钾的撞击感度相比,任何一种粘合剂的加入,都使造粒后的高氯酸钾撞击感度升高,小配比时的撞击感度明显高于大配比。不同粘合剂对高氯酸钾造粒后,引起撞击感度的变化趋势一致,即随着粘合剂用量增大,撞击感度值先增大后减小,当粘合剂与高氯酸钾的质量比为5/100时,撞击感度值最高。感度变化原因在于微胶囊结构的形成、粘合作用力的不同、造粒工艺引起表面结构的变化及粘合剂层的存在。当高氯酸钾作为氧化剂用于烟火药时,必须添加适量的钝感剂,才能保证造粒后的安全。     

液滴撞击加热亲水管壁后的反弹和中心射流

采用高速摄像机拍摄水滴撞击加热亲水管壁的动态过程,研究在不同撞击速度（韦伯数）和壁面温度下,液滴撞击后出现的液膜反弹和中心射流现象. 不同于液滴撞击常温亲水管壁,液滴撞击加热亲水管壁后会反弹. 在曲率比（液滴直径与管外壁直径的比值）为0.15,撞击速度为0.47~1.40 m/s,壁面温度为20~305 ℃的条件下,观测到“回缩?反弹”“铺展?反弹”和“破碎?反弹”3种反弹形式,总结其发生条件. 壁面温度是决定液滴撞击后能否发生反弹的关键因素,壁面温度和韦伯数均对“破碎?反弹”的产生有显著影响. 从重力、惯性力和气化反作用力角度分析产生快速“铺展?反弹”现象的原因. 分析中心射流形成原因,发现增加壁面温度和韦伯数有利于不完全中心射流的形成.     

Liquid droplet movement on horizontal surface with gradient surface energy

A surface with gradient surface energy was fabricated on a silicon wafer by using the chemical vapor deposition (CVD) technology with the dodecyltrichlorosilane (C12H25Cl3Si) vapor which was adsorbed chemically on the surface of the silicon wafer to form a self-assemble monolayer (ASM) and thus a gradient profile of wettability. The microscopic contours of the gradient surface were measured with Seiko SPA400 atom force microscope (AFM). And the surface wettability profile was characterized by the sessile drop method, measuring the contact angle of fine water droplets that lay on the gradient surface, to represent the distribution of the surface energy on the surface. Using a high-speed video imaging system, the motion of water droplet on the horizontal gradient surface was visualized and the transient velocity was measured under ambient condition. The experimental results show that the liquid droplets can be driven to move from hydrophobic side to hydrophilic side on the horizontal gradient surface and the velocity of droplet can reach up to 40 mm/s. In addition, the motion of the water droplet can be generally divided into two stages: an acceleration stage and a deceleration stage. The droplet presents a squirming movement on the surface with a lower peak velocity and a larger extent of deceleration motion. And the static advancing contact angle of the droplet is obviously larger than the dynamic advancing contact angle on the gradient energy surface.     

Study on undercooling of metal droplet in rapid solidification

In 1950, Turnbull et al.[1] dispersed 18 kinds of metals including Cu, Ni, etc. into droplets with diameters of 10-100 μm and obtained a large undercooling of 0.18 TL. Volkmann et al.[2] have successfully obtained the undercooling of 0.3 TL in the Co-Pd alloy by means of the molten glass purified technique. As yet, the maximum undercool-ing in liquid metals is acquired by Perepezko et al.[3], who makes the Ga with a diameter of 20 μm reach an undercooling of about 0.58 TL by use of the …     

电润湿效应下液滴动态接触行为分析

为研究电润湿条件下液滴动态接触行为的动态变化机制,采用动态接触角理论,建立电润湿下液滴的数值模型,并对液滴动态接触行为进行分析,系统地研究体积和壁面条件对液滴动态行为的影响。结果表明：当液滴体积从2μL增加到6μL时,液滴接触半径的最大振幅从0.16 mm增加到0.23 mm,当液滴初始角度从100°增加到115°时,振幅从0.13 mm增加到0.18 mm;同时,滑移长度从0.5μm增加到2μm时,振幅最大值从0.21 mm增大到0.29 mm。液滴体积越大、壁面的阻力越小和疏水性越强,液滴具有更高的动能以及更大的振荡幅度。此外,液滴初始动能越大,液滴的振荡更加剧烈。通过揭示液滴在电润湿过程中的动态接触行为机制,为通过电润湿效应改善微通道传热特性的研究提供理论依据。     

表面活性剂溶液润湿性质的实验研究进展

由于表面活性剂丰富的多样性和特有内部结构,因此,其在不同体系中所表现出润湿特性和稳定性显著不同,这在一定程度上制约了应用范围和效果。从表面活性剂的润湿现象、活性剂在疏水物质表面和液膜上的铺展,以及在铺展中的指进不稳定现象等方面,综述了目前表面活性剂润湿性质的研究成果,并指出了可供研究的发展方向。     

SPH耦合FEM模拟弹丸撞击对表面形貌的影响

为消除有限元法(finite element method, FEM)处理切屑分离及大变形问题的局限,使用光滑粒子流体动力学法(smooth particle hydrodynamics, SPH)耦合FEM模拟此类问题。工件使用SPH建模,弹丸使用FEM建模,二者通过接触算法实现耦合,通过仿真实验研究锐边弹丸在不同入射条件下撞击工件时,弹丸的翻转效应对工件表面弹坑深度、切屑堆积高度的影响。结果表明:当前倾角较大时,弹丸向前翻转,对工件表面产生碾压作用,形成尖锐的弹坑,切屑堆积在弹坑前部边缘不与工件分离;当前倾角较小时,弹丸向后翻转,对工件表面产生铲削作用,切屑与工件分离,弹坑横截面光滑而平缓。通过与相关实验及理论数据的比较,验证了仿真模型及结果的正确性,为锐边弹丸侵蚀工件表面的仿真研究提供新的手段。