基于格子Boltzmann方法的微通道内气液两相流流型和压力降特性研究

微流体广泛应用于生物医学和化工等领域。采用格子Boltzmann方法对T型微通道内气液两相流的流动特性进行研究,分析壁面特性、气液流速和气液流速比等对两相流运动特性的影响。结果表明：壁面接触角越大越容易形成气泡,随着毛细数的增大,分散相脱离点逐渐远离两相入口,形成更长的分层流,不易形成气泡;当气相流速较大,生成气泡的位置远离T型微通道交叉处,分层流的长度增加;不同条件下沿微通道方向压力逐渐减小,在气液两相交汇区域压力存在波动;微通道轴线流速的峰值出现“滞后”现象,速度波动随气液流速比增大而增大;大密度比气液两相流模拟,可以对宏观实验现象的机制进行更深入的解释。     

基于格子Boltzmann方法模拟方腔顶盖驱动流

格子Boltzmann方法是使用时间和空间完全离散的细观模型来模拟流体宏观行为的一种新方法，模型的平均行为符合宏观的Navier-Stokes方程。给出了格子Boltzmann方法详细的求解过程，提出了一种简化的固壁边界条件处理方法。用格子Boltzmann方法对方腔顶盖驱动流进行了数值模拟，并对模拟结果进行了分析和讨论。通过与前人已有的试验及数值研究结果对比，验证了格子Boltzmann方法的正确性。     

微尺度通道内混合物流动沸腾特性研究

对非共沸混合工质R32／R134a(25％／75％)在微尺度管内的流动沸腾换热特性进行了试验研究。试验结果表明,在较高热流密度下,微尺度管内流动沸腾换热与质量干度和质量流量基本无关,热流密度对换热有着很大的影响,在较宽的热流密度范围内,核态沸腾在换热过程中占据主导地位。和细小管道相比,在相同条件下,微尺度管道内的流动沸腾表面传热系数高于细小管道。     

流体流动传热性能的热格子Boltzmann模拟

采用耦合温度的方法构建一类新的热格子Boltzmann模型,并对二维封闭方腔中流体的流动状态和传热进行模拟.数值结果表明,该模型克服传统模型的可压缩效应,在没有添加限制条件的情况下,节省了计算时间和提高了计算精度,并且以此模型动态模拟二维封闭方腔自然对流的结果与已有文献的结果吻合良好.     

格子Boltzmann方法三种边界格式的对比分析

采用格子Boltzmann方法(Lattice Boltzmann Method-LBM)对二维顶盖驱动方腔流动进行数值模拟。在计算中分别使用半步长反弹、非平衡反弹、以及非平衡外推三种边界处理格式,并得到了不同格式对应的流线分布,流函数最小值、涡心坐标、几何中心线速度分布等。通过将所得结果与基准解进行比较,就三种边界格式的计算效率,计算精度、以及计算稳定性等方面进行了讨论和分析,为LBM计算中边界格式的选择提供了有益的参考。     

基于格子Boltzmann方法的动压气体轴承黏性热耗散研究

箔片气体轴承微间隙内的流场常处于滑移区,甚至过渡区,会出现一些微观效应,其热特性的研究采用宏观方法已不再合适。为研究不同工况下动压气体轴承间隙热特性变化规律,基于格子Boltzmann方法建立包含黏性热耗散项的径向轴承间隙传热数值模型;采用总能形式的双分布函数热模型,通过有限差分离散将其应用到贴体网格中,同时引入速度滑移和温度阶跃边界条件,通过数值计算得到不同参数下的轴承间隙气膜温度分布,并分析了不同埃克特数（Ec）、偏心率和转速条件以及温度阶跃对黏性热耗散的影响。结果表明,当Ec数、偏心率和转速增大时,气膜最高温度增加,两侧的温度阶跃增加;温度阶跃效应的忽略均会导致黏性热耗散量不同程度的低估。     

固体接触界面微通道流体流动特性研究

建立了固体接触界面间层流流动模型,研究了不可压缩粘性流体在无规则微通道中的流动特性.该模型通道为二维、三维模型,用无规则微凸体模拟了微通道内的界面结构形式,定义了宽高比、长度比等物理量.分析了他们对流体流动的速度、压力的影响.模拟仿真结果表明微通道内微凸体的速度、压力随微凸体占微通道的面积比的增大而增大,微凸体的长度不...     

印刷滚体非牛顿流体弹流动压性能的有限元分析

印刷滚体间的接触是一个带有共性的主要技术问题,对于非牛顿性质的流体,本文介绍了一种研究这种软层接触问题的分析模型。应用加辽金加权残留方法和虚功原理分别得到了关于压力和变形的控制方程。用有限元方法求得了问题的数值解,与测试数据相比较,结果具有一定的一致性。     

剪切稀化对径向滑动轴承润滑特性的影响

为研究润滑油的剪切稀化效应对径向滑动轴承性能的影响,考虑剪切稀化、紊流、质量守恒边界建立了轴承的热流体动力学润滑分析模型,采用有限元法求解了其润滑性能,通过对比理论与试验结果验证了理论分析模型的正确性,分析了不同转速、载荷和进油温度下剪切稀化对轴承润滑性能的影响规律(油膜厚度、油膜压力、温升、功耗、流量等),探讨了温度计算模型对剪切稀化效应的适用性。结果发现,剪切稀化效应对轴承润滑特性具有重要影响,其作用强弱与载荷和转速等条件强烈相关;轻载工况剪切稀化对轴承润滑特性体现为正面作用,重载工况体现为负面作用;发现温度计算模型对选用不当和定偏心计算是造成功耗等理论计算结果与试验之间存在较大偏差的两个主要原因。最后给出了工程上选用具有剪切稀化效应润滑油的适用工况与条件。     

格子波尔兹曼方法及其应用

格子波尔兹曼方法为研究非线性复杂系统提供了一种新的手段。本文详细叙述了格子气自动机和格子波尔兹曼方法的基本原理以及其在流体力学中的应用     

改进的浸入边界-晶格Boltzmann法的蠕动流分析

基于改进的浸入边界-晶格Boltzmann方法研究蠕动流问题,采用晶格Boltzmann法描述流场,用改进的浸入边界法实现管壁运动-流体流动之间的相互作用,将变形管壁的运动速度作为速度源引入晶格Boltzmann方程,代替了传统浸入边界-晶格Boltzmann法中固态变形力与流体速度之间的转换。分析了管道内蠕动流场的分布情况,研究了各相关参数如振幅比、频率、液体黏度以及波数对流量的影响,数值结果与已有的结果进行了对比,证实了本研究方法的合理性与有效性。     

指数率非牛顿流体的等温线接触弹流润滑分析

应用多重网格解法，求得了指数率非牛顿流体在稳态等温线接触条件下的弹流润滑数值解，分析了油膜压力和油膜厚度随指数及滑滚比的变化关系，并与相同工况下牛顿流体弹流润滑的结果进行了比较。     

利用三维格子Boltzmann法研究化学机械抛光中压力分布

利用三维格子Boltzmann法(LSM),对化学机械抛光(CMP)的润滑过程做了数值模拟,得到了不同晶片和抛光垫转速下的压力分布,并讨论了抛光液黏度对高压涡中压力最大值的影响.数值模拟结果表明,晶片自转是产生"双涡图"的主要原因,抛光垫旋转则主要产生"单涡图",抛光垫和晶片旋转的综合作用一起影响抛光效果,其中抛光垫的转速的改变对去除率影响较大.利用格子Bohzmann法模拟润滑问题,所得结果与求解Reynolds方程的结果一致,并具有计算效率高、几何直观等特性,能实现CMP过程的三维模型,且较容易实现对多相流的模拟.     

树形微通道热沉仿生建模及三维热流特性数值分析

对几种典型树叶进行参数测量,获得了各级叶脉直径、交角值及直径比例关系,在此基础上建立了树形微通道热沉的CAD模型,并对不同分形级数的双层微通道系统内的温度和流动特性分布进行了数值分析。结果表明,树形微通道具有更好的均温性,7级分形的树形微通道与6级和8级分形的树形微通道相比,所冷却芯片的温度更低,压降更小,具有更好的冷却效果。     

基于图像处理的微流道中流体流动检测方法

在具有螺旋微流道的微流控芯片中,精确获取微流道中液滴的运动状态对芯片的设计和研究具有重要意义.介绍了一种基于图像处理技术实现螺旋微流道中流体流动状况的精确检测方法.该方法通过对高速摄影系统获取的液滴位置图像进行预处理;再对预处理图像进一步形态学处理,提取螺旋微流道的点云;对提取的点云进行拟合,计算出液滴所在位置的螺旋半径和液滴运动路径.通过与实际测量值进行对比,发现该视觉测量方法的准确度(相对误差＜0.2％)和精确度(CV＜0.5％)都较高,能够满足测量要求.此外,该测量方法还可以计算出液滴的流速,获取更多的液滴运动信息.该方法可用于流体运动的非接触式在线检测分析,具有快捷、精准的优点.     

微通道对流换热系统的流动阻力分析

针对在恶劣温度条件下工作的芯片热控制系统问题,基于由微泵、微通道、热电模块、智能控制单元、散热片以及液体管道等构成的微通道对流换热设计思想,数值仿真分析了微通道结构的速度场和压力分布,计算了系统管道、微通道等部件的沿程阻力和局部阻力,给出了换热系统的最佳工况点,确定了系统必需的微泵工作性能参数。