切应力作用下层流饱和蒸发降膜的传热特性

处于切应力作用下的层流饱和蒸发降膜，作为一种重要的气液流动形式，其热质传递过程与目前多数文献研究的冷凝液膜明显不同。基于力平衡和能量平衡分析，从理论上建立了在同向或反向切应力作用下层流饱和蒸发液膜传热特性的物理模型，推导出液膜厚度和传热系数与流动长度、界面切应力、界面对流换热强度、雷诺数间的非线性关系式。研究表明：随初始雷诺数的增大，液膜厚度增加，传热系数减小；同向切应力具有减薄液膜厚度和增大传热系数的作用；反向切应力则起相反的作用，而且切应力的影响在反向情形下相对显著；界面对流换热强度的增强使得液膜厚度增加，传热系数减小，但与切应力相比，其影响相对较弱。     

热非平衡效应与切应力耦合作用下波状液膜流的稳定性

当液体薄膜流界面同时存在切应力和相变时,切应力和相变引起的非热平衡效应将改变液膜的流动状态和界面力平衡状态,二者的相互耦合将使流体动力学特性和稳定性更为复杂。基于完整边界条件,采用参数摄动法,建立了沿倾斜壁面下降的热非平衡效应与切应力耦合作用下的二维液膜流动的Orr-Sommerfeld方程,得到波速和扰动增长率的表达式,着重分析了相变和切应力的影响。结果表明：冷凝状态及其相变强度的增加使得液膜的稳定性得到加强;而蒸发状态及其相变强度的增加导致液膜稳定性减弱;反向切应力有利于流动稳定,正向切应力不利于流动稳定;热非平衡效应不仅影响扰动增长率,而且对临界波数和临界雷诺数也有影响。     

气液界面剪切力对液膜流动稳定性的影响

沿倾斜壁面下降的薄液膜表面受气流剪切力的影响将产生波动,液膜表面的波动特性和力平衡关系决定液膜流动特性和稳定性。基于边界层理论和积分法建立的二维剪切液膜表面波线性稳定性方程,分析了不同情况下剪切力对液膜稳定性的影响。研究表明,正向剪切力为不稳定性因素,反向剪切力为稳定性因素;正向剪切力使临界波数、扰动增长率和波速增大,使临界雷诺数减小;反向剪切力则起相反的作用;与反向剪切力相比,正向剪切力对液膜稳定性的影响相对显著;长波的传播速度受剪切力的影响比短波更大。     

剪切波状液膜流动稳定性研究

剪切波状液膜作为一种重要的液膜流动形式，因受界面剪切力的影响，其水动力学特性和流动稳定特征与自由降膜流动明显不同。基于边界层模型，在考虑完整的边界条件下，采用积分法和线性化理论，推导了沿倾斜壁面下降的二维剪切液膜表面波线性稳定性方程，方程中包含界面剪切力、雷诺数、波数和倾角的影响。研究表明，剪切液膜流动存在3种状态，由界面剪切力和重力分量gsinq 决定；正向剪切力促使流动稳定性减弱；反向剪切力在小雷诺数时使稳定性减弱，大雷诺数时使稳定性增强；随倾角增加，重力稳定分量的作用减弱，不稳定分量的作用增强，液膜流动趋于不稳定。     

切应力下液膜线性稳定性分析

沿倾斜壁面下降的薄液膜表面受气流剪切力的影响产生波动,液膜表面的波动特性和力平衡关系基于液膜表面的力平衡方程和边界条件,建立了在切应力作用下表征沿倾斜壁面下降液膜流动特性的O-S方程。结合切应力作用下液膜的流动状态,分析了表面波扰动在初发时刻的不稳定性,并着重描述引发不稳定性的各种物理原因。研究表明：表面张力和重力的横向分量为稳定性因素,重力的纵向分量为不稳定性因素。切应力对表面波的稳定性作用与气流方向和液膜的流动状态相关。     

热非平衡效应下蒸发或冷凝剪切液膜流的非稳定性

热非平衡效应下的液体薄膜流在相变和剪切力耦合作用下,气液交界面处的边界条件更为复杂,在一定程度上影响着液膜流动的非稳定性。通过建立热非平衡效应和剪切力耦合作用的液膜流动控制模型,得到扰动增长率与热非平衡效应、相变强度、剪切力、雷诺数和倾角间的理论表达式,探讨了不同因素对流动非稳定性的影响规律。研究表明,界面蒸发状态所引起的扰动将加剧流动非稳定性,而冷凝状态减缓其非稳定性;热非平衡效应及其相变强度的影响在小雷诺数下较为明显,随雷诺数增加,其影响逐渐减弱。扰动增长率随倾角呈单峰曲线变化,垂直液膜处于最不稳定状态,而水平流液膜最有利于减小流动的非稳定性;正向剪切力使表面波非稳定性增强,反向剪切力使其非稳定性减弱。     

蒸发或冷凝薄液膜的空间稳定性分析

该文以边界层理论为基础，考虑完整的边界条件，研究了液膜在蒸发，等温和冷凝状态下的线性二维表面波扰动的空间稳定性，对两种不同类型扰动的稳定性进行了理论研究，给出了波数，空间增长率以及波速的变化趋势，分析了雷诺数，倾角，热毛细力以及在蒸发，等温和冷凝三种状态对液膜稳定性的影响。     

水平旋转空腔环流的壁面切应力的变化规律

本文推导了水平旋转内消能泄洪洞空腔环流壁面切应力的理论分析表达式。水平旋转空腔环流的壁面切应力不仅与泄流量、旋流夹角、切向流速的速度矩、空腔环流的内外界面的压强差及空腔半径有关，还与空腔环流的内外界面压强差及空腔半径沿程变化率有关。壁面切应力在水平洞的前半段急剧减小，随后沿程缓慢减小，按指数规律衰减变化；上游水位、下游水位越高，其值越大，沿程的衰减变化率也越大；通气孔的直径对壁面切应力的影响较小。壁面切应力的变化规律表明，能量的耗散和易于空化的部位主要在水平洞的前部。     

蒸发、等温或冷凝薄液膜二维表面波的通用时空稳定性方程

处于蒸发或冷凝状态下的液膜，由于界面热不平衡效应的影响，导致其汽液界面条件与等温情形明显不同，这在一定程度上将影响液膜流动的稳定性。该文以边界层理论为基础，考虑完整的边界条件，推导沿倾斜壁面下降的、处于蒸发、等温和冷凝状态下普遍适用的二维表面波通用时空稳定性方程。方程中包含了雷诺数、热毛细力、倾角、流体物性以及蒸发、等温和冷凝条件的影响。通过中性稳定性特征曲线进一步分析了上述因素在不同雷诺数下的作用，从理论上揭示了液膜表面波流动的稳定性特征。     

壁面结构参数对液膜厚度分布及其波动特性的影响EI北大核心CSCD

受热应力分布不均的影响,降液管壁面会产生变形,其对湍流降膜的影响十分显著。利用超声波多普勒测速仪和高速摄像机研究了高雷诺数下(Rel≈1.72×104)波纹板结构参数(振幅和波长)对液膜厚度分布及其波动特性的影响。研究结果表明:波纹板上的平均液膜厚度随轴向距离的增加呈“波动减小”的趋势。波谷至波峰处的“加速”作用促进了液膜波动的增强,而波峰至波谷处的“减速”作用则使液膜波动减弱。波纹板波长的减小会导致共振效应的产生。液膜波动的加剧促进了液膜瞬时厚度概率密度函数趋于正态分布,并导致液膜因Plateau–Rayleigh不稳定性而产生拉丝破裂。修正后的平均液膜厚度预测模型可以很好地估算不同波纹壁面下的平均液膜厚度,相对误差在±15%以内。     

非均匀磁场下磁流变液剪切屈服应力的温度特性

利用自行研制的非均匀复合场(温度、磁场)下磁流变液剪切屈服应力实验装置,测试、研究了非均匀磁场、不同剪切速率下磁流变液剪切屈服应力的温度特性。结果表明,磁流变液在17~150℃温度范围内粘度温度性能稳定,剪切屈服应力-温度特性曲线在17℃和150℃时发生突变:在低于17℃时剪切屈服应力随着温度的上升而下降,17~150℃温度范围内剪切屈服应力近似不变,温度超过150℃时,磁流变液的剪切屈服应力随温度的升高而下降。     

无磁场下磁流变液的温度特性及其幂律模型参数识别

磁流变液稳定工作的温度范围为-50~150℃,磁流变器件在工作过程中会发热,特别是连续高冲击工作情况下会严重发热,从而超出磁流变液稳定工作温度范围,影响磁流变器件工作的可靠性。针对美国Load公司的MRF132磁流变液,研究了不同温度下剪切应力与表观粘度随剪切速率的变化,并利用Origin软件分别对不同温度下磁流变液剪切速率与剪切应力进行幂律模型曲线拟合和参数识别。研究表明,幂率模型能够较好地描述零磁场下磁流变液的力学特性,不同温度下对于所有的流动指数n都满足n<1,表明不同温度下磁流变液具有剪切稀化特性,此特性符合粘度特性曲线,该工作对磁流变液温度特性的深入研究提供理论依据。     

高流速含沙浑水体流变特性试验研究

加速行进中的洪水具有高含沙、高流速和粗粒径的特点,而针对洪水的流变特性研究关注点多为高含沙量,忽略了高流速即高剪切速率的特点。以黄河下游泥沙为研究对象,系统地研究了高流速剪切条件下含沙量、剪切模式、温度和盐度对流变特性的影响。结果表明,在高流速剪切条件下（剪切速率≥ 1200 s-1,对应线性流速为3.6 m/s）,含沙量在106.64 ~ 957.83 kg/m3范围内的浑水体符合牛顿流体的应力本构关系,不存在屈服应力,表观黏度与含沙量呈指数关系。温度降低并未改变浑水体的流变特性,但会使其表观黏度增加,且温度越低黏度增幅越大,浑水体黏度增大梯度约为等温度清水的数倍至十几倍。盐度变化对该测试浑水体的表观黏度和流变特性影响甚微,可忽略不计。本研究结果可为高流速水流挟沙和远距离输沙研究提供理论参考。