液滴与壁面撞击流动及传热特性研究

采用Level Set-VOF模拟单液滴撞击壁面的铺展行为及液滴初速度、初始直径及液膜厚度对液滴撞壁传热特性的影响。研究表明:液滴初始速度较大,撞击壁面后发生强烈反弹,液滴在表面回缩破碎及铺展破碎能力加强,导致表面传热系数随之增大;随着液滴初始直径增大,液滴铺展破碎的发生,将对表面传热起促进作用;初始液膜越厚,撞击后液滴溅射能力被削弱且在表面铺展趋势延缓,因此不利于热量迅速传递。     

喷墨印刷液滴的铺展特性研究

目的 研究喷墨印刷液滴相关参数对其铺展特性的影响，为喷墨印刷质量的研究奠定基础。方法 采用Fluent软件，基于VOF(Volume of Fluid)法，建立液滴撞击光滑承印物表面并铺展的仿真模型，采用PISO(Pressure-Implicit with Splitting of Operators)算法对速度和压力进行耦合，分析液滴相关参数对其撞击铺展的影响规律。结果 当液滴飞行速度为6 m/s、接触角度为40°、液滴流体黏度为0.005 Pa.s、液滴直径为0.08 mm时，液滴撞击光滑承印物表面的铺展系数最大，铺展程度最好，铺展特性最优。结论 铺展系数随液滴直径、流体黏度和接触角的增大而降低，随飞行速度的增大而增大。     

烧结Al-Mg多孔介质的动态润湿特性研究

多孔介质的动态润湿特性是一个极具价值和挑战的研究命题，其包含表面铺展和内部渗透两方面。为更好地了解多孔介质的动态润湿特性，通过烧结制备了不同比例铝镁混合多孔介质，在此多孔介质上进行了液滴动态润湿可视化实验，并通过量纲分析法研究了表面铺展特征及铺展中直径与时间的关系。结果表明：铝镁多孔介质无论是否经过腐蚀，介质上的液滴铺展直径和时间都遵从幂函数规律，但依据烧结所用铝粉粒径不同和镁粉比例不同，氢氧化钠腐蚀作用对铺展过程产生两种相反影响。同时发现，当We数和Oh数较小时，液滴在铝镁混合多孔介质上存在二次铺展。第一次铺展时间较长，铺展后期存在短时间停滞现象，然后开始第二次铺展。第二次铺展时间较短，铺展速度有所减小。铺展完毕后，液滴开始收缩，直径减小。通过量纲分析发现液滴达到最大无量纲铺展直径的条件是惯性力为零而非毛细力与表面张力平衡，因此由经典的Lucas-Washburn’s方程得到的最大无量纲铺展直径与无量纲时间的关联式与实验结果偏差较大。经分析得到了更为符合实验规律的关联式：D～Kt^1/3。     

压电喷墨液滴撞击光滑壁面铺展行为的数值研究

目的 研究典型流体相关无量纲参数对墨滴在光滑承印物表面铺展行为的影响,确定各无量纲参数对铺展直径、铺展因子和稳定铺展时间的影响规律。方法 利用Ansys软件,建立墨滴撞击光滑壁面的数值计算模型,采用VOF模型追踪液滴形状,采用PISO算法计算压力速度耦合。引入韦伯数、雷诺数、奥内佐格数来分析墨滴撞击光滑承印物表面的铺展行为。结果 计算获得不同韦伯数、雷诺数、奥内佐格数下墨滴的最大铺展直径、最终平衡铺展直径、最大铺展因子和最终铺展时间。结论 韦伯数和雷诺数对墨滴最大铺展直径的影响较大,对最终平衡直径的影响较小。韦伯数或雷诺数越小,回缩阶段越短,越快达到平衡。韦伯数、雷诺数与最大铺展因子呈明显正相关。奥内佐格数对墨滴的最大铺展直径、最终平衡直径的影响都较小。奥内佐格数越小,回缩阶段越短,越快达到平衡,奥内佐格数与液滴最大铺展因子呈不明显的正相关性。     

基于WOA–BP神经网络的液滴铺展预测

目的 提高BP神经网络对电喷印过程中液滴铺展行为的预测能力。方法 提出一种鲸鱼优化算法(WOA)优化BP神经网络的液滴铺展预测模型。首先，采用相场方法建立电场作用下液滴铺展的数值模型，并通过实验验证仿真结果的准确性。然后，选取初始直径、撞击速度、接触角和电场强度作为神经网络的输入参数，将最大铺展直径作为神经网络的输出参数，利用鲸鱼优化算法优化神经网络中的初始权值和阈值，构建液滴铺展预测模型。最后，基于仿真结果对预测模型进行训练与测试，并将其与传统的BP神经网络模型进行对比分析。结果 相较于传统BP神经网络预测模型，WOA–BP神经网络预测模型的平均绝对误差、均方根误差分别降低了72.60%、77.60%，而平均绝对百分比误差则从15.029 3%减小为4.585 3%。结论 WOA–BP神经网络预测模型可以更好地预测液滴铺展，可为液滴铺展的预测提供新的方法。     

海底管道受坠物撞击的三维仿真研究

采用三维非线性有限元法模拟海底管道受到船锚或其他坠落物体的冲击碰撞过程,并采用Newmark法和N-R迭代法相结合求解了撞击动力学方程,分析了物体形状、碰撞角度、物体与管道间摩擦、混凝土厚度及管道内压对管道碰撞的影响.结果表明相同撞击条件下,立方体和球体对管道的撞击产生的最大Mises应力要比圆锥体大的多,随着圆锥角角度的增加管道的最大Mises应力是增加的;碰撞角度为90°时对管道的影响最大;摩擦对管道撞击影响较小;管道最大Mises应力随着混凝土层厚度的增加而减小,但随混凝土厚度的增加,减小的幅度越来越小;内压的存在使管道等效应力增加,但能减小管壁上的局部变形,使得冲击能量更多被用来产生整体变形.     

海底管道受坠物撞击的三维仿真研究(稿号5913修改稿)

采用三维非线性有限元法模拟海底管道受到船锚或其他坠落物体的冲击碰撞过程,并采用Newmark法和N-R迭代法相结合求解了海底管道的动力响应过程,分析了物体形状、碰撞角度、物体与管道间摩擦、混凝土厚度及管道内压对管道碰撞的影响。结果表明相同撞击条件下,立方体和球体对管道的撞击产生的最大Mises应力要比圆锥体大的多,随着圆锥角角度的增加管道的最大Mises应力是增加的;碰撞角度为90°时对管道的影响最大;摩擦对管道撞击影响较小;管道最大Mises应力随着混凝土层厚度的增加而减小,但随混凝土厚度的增加,减小的幅度越来越小;内压的存在使管道等效应力增加,但能减小管壁上的局部变形,使得冲击能量更多被用来产生整体变形。     

基于格子玻尔兹曼方法的低We数液滴铺展凝固模拟研究

为了研究3D喷墨打印中液滴在壁面的铺展、凝固现象与机理,基于格子玻尔兹曼方法(Lattice Boltzmann method,LBM),建立了三维多组分相变模型,模拟计算了单液滴在低We数条件下与低温基板碰撞后的演变过程。在模拟过程中考虑了壁温、壁面润湿性等因素对于液滴的铺展、凝固的影响。模拟结果表明,在非润湿性壁面,液滴铺展产生震荡阻尼现象,通过改变壁温控制液滴凝固速度可以达到阻碍或者促进液滴铺展;而在润湿性壁面,凝固会阻碍液滴铺展,液滴最终铺展因子随接触角减小而降低,并且与壁温成正比关系。此外,壁温在低于一定范围后才会对液滴形貌(铺展因子、接触角)造成明显影响。     

脉冲微孔法制备均匀微粒子过程中液滴振动机理的模拟研究

主要模拟了脉冲微孔喷射法(POEM)制备均一微粒子过程中液滴振动行为以及材料物性值(如粘度、表面张力等)对振动的影响。通过比较不同粒径液滴的振动时间和开始凝固时间,揭示不同气氛下获得高圆球度微粒子的规律。结果表明最初产生的液滴存在振动现象,随着振动的减弱液滴逐渐振动为球形;当表面张力增加时,液滴的振动频率增加,振动时间减小;粘度增加时,振动频率几乎不变,但振动时间显著减小;对于熔点较低的材料,适合选用Ar作为冷却气体;制备的粒子粒径越小,越容易获得较高的圆球度。     

地震时桥梁碰撞分析的等效Kelvin撞击模型

建立地震时桥梁碰撞分析的Kelvin撞击模型的参数确定方法。基于Hertz接触理论,考虑波动效应,按照最大撞击力与最大撞击变形的比值,确定Kelvin撞击模型的碰撞刚度;数值分析了影响Kelvin撞击模型阻尼系数取值的邻梁碰撞恢复系数。结果表明:Kelvin撞击模型的碰撞刚度随Hertz接触刚度、撞击速度以及短梁与长梁的长度比的增大而增大;波动效应对碰撞刚度的影响明显,不能忽略;邻梁碰撞恢复系数随撞击速度增大而减小,随短梁与长梁的长度比减小而减小;确定Kelvin撞击模型的碰撞刚度和邻梁碰撞恢复系数对城市桥梁的合理取值范围应分别为3×105kN/m―6×105kN/m和0.7―0.95。     

Calculation of a transient in a two-pole network with a thermistor

An analytical expression is derived which describes the variation of the thermistor temperature during a relay-effect transient process following an instantaneous change in the supply voltage in an R — R_T two-pole network.Translated from Inzhenerno-Fizicheskii Zhurnal, Vol. 38, No. 3, pp. 465–472, March, 1980.     

Stress analysis of a strip with a step and a crack

Stress analysis for a strip of which widths are different at the right and left handsides is carried out for before and after occurrence of a crack at a corner of a step. The strip is analyzed as a thin plate bending problem subject to transverse bending and torsion, and as a plane eleastic problem subject to bending in the plane and uniaxial tension. The rational mapping function of a sum of fractional expressions and complex variable method are used. Stress distribution and stress intensity factors are obtained.     

Interaction between a liquid and a cylindrical body touching a wall

An exact solution is obtained for the problem of interaction between the ideal liquid homogeneously moving at infinity and streamlining a round cylinder touching a solid wall.     

Imaging a point to a line with a single spherical mirror

Methods for imaging a single point source to a line image are discussed, and a design study of single spherical mirror systems that form aberration-free line images is presented. An expression forthe ray density along the line image is derived for such systems in the cases of (i) uniform beam profiles and (ii) Gaussian beam profiles. The resulting ray density profiles are illustrated for single spherical mirror systems over a wide range of design parameters.     

Influence lines for bending under a ring load of a free shell,a shell embedded in a soft medium and a shell containing a soft core

Summary Theoretical expressions for stresses and displacements have been derived for bending under a ring load of a free shell, a shell embedded in a soft medium, and a shell containing a soft core. Numerical work has been done for typical cases with anElliot 803 Digital Computer and influence lines are drawn therefrom.

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Einflußlinien für die Biegung einer freien Schale, einer Schale in einer weichen Bettung und einer Schale mit weichem Kern

Zusammenfassung Für die Biegung einer freien Schale, einer weich gebetteten Schale und einer Schale mit weichem Kern unter einer Ringlast werden Ausdrücke für die Spannungen und Verschiebungen hergeleitet. Die Ergebnisse wurden für einige typische Fälle mit einem DigitalrechnerElliot 803 numerisch ausgewertet. Die sich ergebenden Einflußlinien wurden graphisch dargestellt.

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Nomenclature A (),B () Functions of - a, t Mean radius and thickness of the shell - E _S , _S Young's modulus andPoisson's ratio of the shell - G _c , _c Shear modulus andPoisson's ratio of the casting or core - I ₀ (r),I ₁ (r) ModifiedBessel functions of the first kind and order zero and one respectively - K ₀ (r),K ₁ (r) ModifiedBessel functions of the second kind and order zero and one respectively - p Ring load, lb/in - U, W Displacement components in the casing or core in thez andr direction - u, w Displacement components of a middle surface point in the shell - _r , _rz Radial and shearing stress components - Independent variable of infinite integrals - k [3(1–S ²)a ²/t ²]^1/4 With 13 Figures     

Linear heat transfer in a flow around a cylinder or a sphere

It is shown that the relation between the Nusselt and Reynolds numbers determined by the Reynolds analogy is linear with self-similarity of the hydrodynamic resistance coefficient.Special Design and Technology Office Element, Odessa, Ukraine. translated from Inzhenerno-Fizicheskii Zhurnal, Vol. 68, No. 3, May–June, pp. 395–396, 1995.     

Interaction between a cylindrical shell in a fluid and a pulsating bubble

The dynamic behavior of a cylindrical fluid-immersed shell in a pressure wave initiated by a pulsating vapor-gas bubble that develops as a result of the action of laser radiation on the absorbing medium (metal) is examined experimentally and theoretically. The results of the experiments suggest that the amplitude of the shock wave that develops as a result of complete or partial vaporization of the absorbing medium is appreciably smaller than the amplitude of the waves due to pulsations of the bubble that is formed. Experimental data on the pattern of structural deformation are confirmed by calculations. The effect of load simulation on the behavior of the shell is established according to computational data.Translated from Problemy Prochnosti, No. 6, pp. 116–120, June, 1990.     

Resistance of a sphere in a slow flow of a viscoelastic fluid

The authors have obtained an approximate solution of the problem of the resistance of a rigid sphere in a slow flow of a Maxwell viscoelastic fluid that is in good agreement with experimental data [1] for Weissenberg numbers We ≤ 0.7. It is shown that the effect of a decrease in the coefficient of resistance of a sphere in the interval 0.1 ≤ We ≤ 0.7 established experimentally is determined in full measure by the linear viscoelastic properties of the Maxwell fluid. Translated from Inzhenerno-Fizicheskii Zhurnal, Vol. 71, No. 6, pp. 1138–1140, November–December, 1998.