竖直平板间液桥形状的观测与预测模型开发

了解析湿工况下液桥对管翅式换热器性能的影响,需要对液桥形状进行实验研究并建立描述液桥形状的方法。通过搭建可视化实验台观察了液桥在竖直平板间的形状,并测量了液桥的接触线和接触角。实验研究了不同体积、不同平板间距、不同平板材料间形成的液桥,并通过实验数据开发了能够描述液桥形状的关联式,包括接触线伸长比和接触角分别与Bond数的关联式。还根据关联式建立了描述液桥形状的方法并将结果与实验数据进行对比,对比结果显示接触线的描述方法平均误差为3.4%,接触角的描述方法平均误差为7.9%。     

竖直翅片间液桥体积计算模型

管翅式换热器在析湿工况下会在翅片间形成大量液桥,液桥体积会影响换热器中冷凝水的排出。提出一种将液面弯曲线沿液桥三相接触线积分的方法计算竖直翅片间液桥体积,其中液桥三相接触线采用椭圆方程描述,液面弯曲线模型基于Young-Laplace方程的计算结果拟合得到。通过液桥三相接触线与液面弯曲线观测实验对提出的液桥体积计算模型进行了验证,结果表明,95%的计算结果与实验的误差范围在±15%内,平均误差为7.12%。     

面向微纳技术的液桥断裂研究进展

受尺度效应的影响，液桥的形态特征决定了液桥力的变化，液桥力的变化对液桥的形成与断裂具有重要影响。基于液桥形态学的液桥断裂机理是生物、化学、材料、微纳技术等研究领域的理论基础。目前，液桥断裂研究属于跨学科研究，涉及数学、流体力学、界面化学、材料学等学科，但较少有专注于液桥形态学的液桥断裂研究的综述。本综述总结了轴对称液桥、非轴对称液桥和非牛顿流体液桥的断裂理论模型和实验方法。首先，介绍了平衡或稳定状态下，液桥受迫拉伸、断裂过程中产生的流体弱非线性行为。其次，描述了液体体积、黏度、表面张力、表面润湿性和粗糙度、断裂速度、液桥形态等关键因素对液桥断裂位置或分配率的影响，归纳了研究影响液桥断裂参数时所采用的实验方法，讨论了不同实验装置的结构特征及其优缺点，总结并提出了该研究的创新特性和高价值的研究方向。最后，展望了微纳技术领域的液桥断裂的前沿研究方向，指出建立更全面的液桥断裂模型、研究多参数约束下的液桥断裂机理和控制方法是未来的研究重点。要点：(1)阐述了微尺度下液桥断裂研究的意义。(2)介绍了轴对称液桥，非轴对称液桥和非牛顿流体液桥的断裂机理、实验方法和研究进展。(3)描述了液体固有物理特性...     

竖直多孔平板上液膜流动特性的研究

孔结构被广泛应用于传质塔填料中,对填料上的液膜流动和传质行为影响较大。对竖直光板和多孔板上的液膜流动进行了三维模拟,并通过实验验证了模拟的准确性。通过模拟研究了孔结构对液膜流动特性的影响。结果表明,干燥孔会阻碍液膜的铺展,而润湿孔促进液膜的铺展。与光板相比,多孔板上的液膜具有起伏波,这将影响液膜的厚度分布和速度分布。液膜厚度波动和水平方向的速度波动随着孔径的增加而增加,而竖直流动方向的速度随着孔径的增加而降低。当孔径增加到一定值时,毛细波将出现在孔中的液膜中,这大大增加液膜水平方向上的波动速度,而降低流动方向上的速度。当孔径继续增加到临界值时,液膜将破裂。多孔板上孔内和气侧区域存在涡旋,能够促进内部液体交换和增大气侧扰动,从而增强传质能力。     

螺旋液桥降膜规整填料螺线间隙液桥形成与流动

液桥是螺旋液桥降膜规整填料的重要特征,存在于螺线间隙,将两个相距一定距离的平行螺线连接起来,目前对螺线间隙液桥形成和流动的研究鲜有报道。为了研究螺旋液桥降膜规整填料各参数和液相负荷对液桥的影响,以及液桥在填料螺线间隙的流动形式,本文搭建了流体流动观测实验装置,通过配备微距镜头的高清相机和高速摄像仪,结合示踪粒子追踪方法,观测了液桥在不同规格螺线间隙的形成、变化和流动形式。结果表明,在一定的液相负荷下,不同规格螺线间隙均能形成稳定且连续的液桥,螺线直径和宽度对液桥的形成、变化和流动影响不大,螺线间隙宽度越小、液体体积越大,液桥越稳定,但液桥表面积会减小。同时,液桥边界随着液相负荷的增加会由凹变平,通过图像慢放发现,液桥在螺线间隙沿着螺旋线方向螺旋下降。本研究对螺旋液桥降膜规整填料结构参数设置及应用具有重要指导意义。     

重力场中水平纤维悬垂液滴形状的模型研究

通过搭建可视化试验台观测了重力场中水平金属纤维表面的液滴形状,并测量了液滴形状参数,包括液滴直径、高度、接触角、接触线宽度和接触线高度。通过拟合参数关联式,求解了液滴固-液界面子模型和气-液界面子模型的描述方程,开发了一种椭球形的纤维液滴形状模型。液滴模型的轮廓预测结果和观测试验得到的液滴图像吻合度较好,可以在±10%的误差范围内描述98%的试验结果,平均偏差为4.6%。     

生物柴油-甲醇-甘油液液相平衡数据的关联与预测

用Othmer-Tobias关联式检验了25～55℃范围内麻疯树油甲酯-甲醇-甘油体系的液液相平衡数据的可靠性.用UNIFAC-LLE、UNIFAC-Dortmund和GSP-LLE模型预测了麻疯树油甲酯-甲醇-甘油三元液液体系的相平衡,按质量分数计的均方偏差为10%～16%.通过调整UNIFAC-LLE中反映体系特征的基团-CH=CH-、-CH2COO-、-OH间的交互作用参数,在25℃、35℃、45℃和55℃下,按质量分数计的均方偏差分别降至2.13%、2.76%、2.65%和8.34%,组分的平均绝对偏差分别为1.83%、2.24%、2.16%和6.17%,预测效果明显改善.     

改进樽海鞘算法的持液率预测模型研究

为了提高对湿气管道持液率的预测精度,文中对输入参数进行灰色关联熵设计,减少单纯关联度设计参数的波动性影响。其次针对一般樽海鞘算法在寻优过程中易出现“早熟”难题,提出双更新机制的樽海鞘算法。它通过双更新机制、参数微调、猴群跳跃策略、衰减因子调整来改进其寻优性能。最后用新改进算法优化BP神经网络持液率预测模型的权值和阈值,其模型所求预测结果与传统BP算法及其他一般算法优化BP神经网络预测模型的预测结果进行对比。仿真实验表明：文中算法新模型求出的预测精度较高、适用范围广,明显优于其他算法,为湿气管道的持液率精确预测提供了一种新方法。     

气液两相管道清管液塞头形状数值模拟与实验

使用CFX软件对清管过程液塞头进行数值模拟,水和气体作为连续相,采用VOF方法计算及欧拉-欧拉类方法中的均相模型。模拟了管道中无液膜,以及不同厚度、不同流速液膜两种情况。并将CFX软件模拟结果与清管实验结果,文献中的实验结果进行对比分析,模拟结果与实验结果和文献中的数据吻合较好。清管液塞头部的形状呈抛物线,管道中的液膜能够显著减小清管液塞的长度。     

引入液固界面效应的滴状冷凝传热模型

针对液固界面相互作用对滴状冷凝传热的影响,以Rose滴状冷凝传热模型为基础,考虑接触角、脱落直径对冷凝传热的影响,对滴状冷凝过程中液滴空间序列上的构象,作时间序列上的重构,建立了包含液固界面效应的滴状冷凝传热模型.模型计算结果表明液固表面自由能差越大、接触角滞后越小则越有利于冷凝传热.为滴状冷凝文献数据间存在差异的原因提供了一个新的解释,即液固界面效应的影响.模型可计算得到在不同界面条件下的不同传热结果,模型计算结果与Rose实验值以及本文滴状冷凝传热实验较为吻合.     

R513A的饱和液相黏度特性研究

工质黏度对于制冷系统的设计优化至关重要。R513A因其良好的环保特性和热力循环性能,在冷水/热泵机组中有望成为R134a的主要替代制冷剂。为了进一步探究R513A的液相黏度特性,基于毛细管法设计搭建了制冷剂液相黏度测试系统,采用R134a作为标准液体对毛细管黏度计进行标定。在温度范围253.15~333.15 K内,开展了R513A的液相黏度实验研究,结果表明R513A的液相黏度略低于R134a。采用R-K多项式方程、硬球模型结合混合规则与实验数据进行关联,R-K方程计算值与实验值的平均绝对偏差（AAD）和最大绝对偏差（MAD）分别为0.71%、1.65%,硬球模型计算值与实验值的平均绝对偏差和最大绝对偏差分别为2.02%和3.39%。上述两种模型能够较好地预测R513A的饱和液相黏度,研究结果可为R513A的替代应用研究提供参考依据。     

倾斜微结构疏水表面液滴的滞后特性

倾斜微结构疏水表面液滴的滞后特性包括接触角滞后和滚动角。目前,具有较高精度的微结构疏水表面滚动角模型是以理想液滴形状为计算基础,忽略了重力、接触角滞后以及能垒引起的变形。本文以聚二甲基硅氧烷（PDMS）为基底,制备了方柱状微结构疏水表面,考虑疏水表面微观结构以及液滴大小两方面的因素,研究了倾斜微结构疏水表面液滴的滞后特性。从力和能量的角度对其影响机理进行了分析,通过滚动角理论值与实际值的比较发现,微方柱间距较大时,接触角滞后和能垒对滚动角影响显著,证实了该分析的合理性,为研究更加精确的滚动角模型奠定了理论基础。     

液位控制系统干预下小孔全过程泄漏速率模型

泄漏速率是计算泄漏量、确定泄漏持续时间及评估泄漏风险的前提和基础,通过搭建液相储罐小孔泄漏实验系统,构建不同泄漏场景,对比液位控制系统干预下的泄漏速率变化情况,并结合泄漏速率模型计算值进行分析。结果表明：液位控制系统响应后,泄漏速率下降速度变缓,并随时间推移逐渐开始回升,最后稳定在某值处达到稳态泄漏,进出流量对储罐小孔泄漏速率的影响基本可忽略。通过改进储罐泄漏经典公式,建立基于实际液位控制系统干预条件下的储罐小孔泄漏速率模型,提出泄漏孔口高压修正系数计算方法和模型,通过验证分析证明该模型可有效提高液位控制系统干预下泄漏速率计算精度。     

Visualization of liquid bridge rupture due to flow induced by corner effects

A high-speed visualization of the phenomenon of rupture of liquid bridges placed in a square cross-section capillary tube was done for three different hydrocarbons (n-Decane, iso-Octane and Decyl-alcohol). The process of rupture could be visualized from side and front views. This technique permitted to observe that the break-up of the bridge was caused by the draining of the liquid through the liquid filaments that were formed at the corners. The rupture of the interface occurred smoothly without any appreciable perturbation on the free surface, starting with a small hole that grows up until the interface splits in four parts. This rupture is strongly determined by geometric and surface properties, such as contact and geometrical angles.     

循环冷却水系统的黏附速率预测模型的研究

结垢是循环冷却水系统中常见的水质故障,人们常用水质判断指数来判断循环冷却水水质的结垢趋势。通过对某石化公司循环冷却水系统生产运行数据的分析,选取了对黏附速率影响较大的水质参数,借助神经网络的非线性映射、泛化及容错能力,基于BP神经网络建立了黏附速率的预测模型。利用该模型对循环冷却水系统一定周期黏附速率的预测结果较好,说明该方法可行,具有很好的应用前景。     

碳氢燃料JP-10高温液态黏度测量和推算模型构建方法研究

基于流体动力学层流哈根-泊肃叶（Hagen-Poiseuille）定律,利用双毛细管法,对高密度空天动力燃料JP-10液态黏度进行实验测量,测温范围326.6~671.2 K,测量压力2.0、 3.0、 4.0 MPa,扩展相对不确定度2.88%~4.96%（置信因子k=2）。通过纯物质环己烷动力黏度的测量,对实验系统进行了标定,实验结果与NIST数据库平均相对偏差在1.22%以内,最大相对偏差绝对值为2.04%,实验结果与推荐黏度值在2.0 MPa时平均相对偏差为1.25%,4.0 MPa时平均相对偏差为1.61%,最大相对偏差绝对值为3.50%,验证了实验系统的可靠性。选取临界压力状态的黏度值作为参考状态值,通过引用Yaws液相有机化合物的黏度经验公式,结合SRK状态方程对绝对速率理论黏度模型进行了改进,耦合实验数据,建立了一种适用于碳氢燃料的高温高压液相黏度的推算模型。采取共轭梯度法和遗传算法对模型参数进行拟合,计算结果与实验结果的平均相对偏差值在2.00%以内,最大相对偏差绝对值小于4.50%,验证了模型的精确性。     

The effect of liquid bridge model details on the dynamics of wet fluidized beds

Wet fluidized beds of particles in small periodic domains are simulated using the CFD‐DEM approach. A liquid bridge is formed upon particle‐particle collisions, which then ruptures when the particle separation exceeds a critical distance. The simulations take into account both surface tension and viscous forces due to the liquid bridge. We perform a series of simulations based on different liquid bridge formation models: (1) the static bridge model of Shi and McCarthy, (2) a simple static version of the model of Wu et al., as well as (3) the full dynamic bridge model of Wu et al. We systematically compare the differences caused by different liquid bridge formation models, as well as their sensitivity to system parameters. Finally, we provide recommendations for which systems a dynamic liquid bridge model must be used, and for which application this appears to be less important. © 2017 American Institute of Chemical Engineers AIChE J, 64: 437–456, 2018