基础化学实验课微型化改革的探讨

微型化学实验是化学实验改革的新的突破,是实现绿色化学的一条途径。本文阐述了微型化学实验的国内外发展现状,并根据我校实际情况探讨了微型实验在基础化学实验中的应用实践。     

数字显微全息中颗粒重建数值模拟

采用数值模拟方法研究了颗粒空间位置及间距对显微全息测量结果(颗粒位置和粒径)的影响,分别考察了颗粒在平行和垂直光轴方向上,电荷耦合元件(CCD)平面内不同间距和不同粒径情况下的颗粒重建结果,讨论了灰度阈值对颗粒识别的影响,并结合实验对实际拍摄得到的颗粒全息图进行重建分析.结果表明:在垂直光轴方向上,当记录距离分别为5、50、100μm时,可以识别出粒径均为1μm的双颗粒的最小间距分别对应为1、2、2μm;在平行光轴方向上,记录距离分别为5、50、100μm时,可以识别出粒径均为1μm的双颗粒的最小间距分别对应为2、8、16μm;在重建过程中,灰度阈值应设定为不小于0.5.     

微尺度催化燃烧的研究进展

阐述了微尺度催化燃烧的重要意义,描述了它的概念、特点、分类和发展概况。综述了微尺度催化燃烧在微型动力系统(MEMS)中的应用,重点介绍了几种典型的微尺度催化燃烧器的应用和研究概况。指出数值模拟的方法,为研究微尺度催化燃烧提供了方便而高效的途径。微尺度催化燃烧在国防和经济建设中具有广阔的应用前景。     

微尺度流动研究的历史与现状

在微尺度下,一些宏观尺度下忽略的作用力和效应起了重要作用,使微尺度现象与宏观现象呈现出较大的差异,使常规分析中的理论和一些简化条件,不再能解释微尺度下流动现象.如宏观条件下,5%的相对粗糙度可以忽略,而在微尺度下,较小的相对粗糙度会对气体流动产生比较大的影响,气体稀薄效应也会使气体流动阻力减小.     

柱面螺旋槽气膜密封微尺度流动场稳态特性分析

针对燃气轮机转子振动较大的特点,提出一种新型柱面螺旋槽气膜密封。利用考虑滑移边界条件下的微尺度效应稳态柱面雷诺方程,求解柱面气膜的压力的近似解析解,获得柱面螺旋槽气膜量纲1浮升力、泄漏量以及摩擦转矩,并讨论了工况参数和螺旋槽结构参数对稳态性能的影响。综合考虑参数对稳态特性的影响,提出优化结构参数。结果表明：密封压差对稳态特性的影响要远大于偏心率。在不同的偏心率下,螺旋槽槽数对浮升力的影响不明显,随着槽数的增加,摩擦转矩升高,泄漏量降低并在槽数n=12左右趋于稳定;随着槽深的增大,浮升力呈下降趋势,摩擦转矩和泄漏量相应增大;随着密封宽度增大,浮升力呈上升趋势,但偏心率不同,上升幅度不同;泄漏量在密封宽度L=0.035 m处基本稳定。螺旋角的增大导致了浮升力的下降,摩擦转矩和泄漏量呈上升趋势。在密封压差的作用下,摩擦转矩随着4种结构参数的增大而上升。槽数增大导致浮升力下降,与槽深的影响刚好相反。随着密封宽度的增加浮升力先降低后升高,与螺旋角的影响刚好相反。槽数和密封宽度的增加导致泄漏量快速下降至稳定值。提出优化的结构参数如下：槽数n=12～18,密封宽度L=0.03～0.045 m,螺旋角a=40°～50°。     

滑移区气体-颗粒流动与传热特性研究

针对气体-颗粒微尺度流动与传热过程开展数值模拟研究,所构建模型中气体处理为可压缩、变物性流体,并在颗粒表面采用速度滑移和温度跳跃边界条件以考虑气体稀薄效应。在数值模拟基础上,研究分析稀薄效应对颗粒与其周围气体流动与换热的影响程度,并进一步提出新的阻力系数与传热努谢尔特数关联式。研究结果表明,气体稀薄效应将减小颗粒阻力系数,同时抑制颗粒与其周围气体的传热过程。     

微尺度下塑料微管气辅挤出成型的模拟及分析

在微尺度下,为了保证塑料微管成型的精度,必须考虑熔体的可压缩性对塑料微管成型的影响.针对微尺度下熔体的可压缩性,对塑料微管的双层气垫层气辅挤出成型的过程进行了有限元数值模拟,并且与不可压缩熔体所得到的数值分析的结果进行了对比.对壁厚为1 mm以下的塑料微管的挤出过程中熔体的密度、微管的内半径、熔体的壁厚、温度、X及Y速...     

硅基微通道中周期性沸腾的光学可视化

以丙酮为工质,在三角形截面的硅基微通道内进行了微尺度沸腾传热实验研究。在对汽液两相流流型进行光学可视化测量的同时,对压力、温度等信号进行了同步动态测量。发现了周期在毫秒级的微时间尺度的周期性沸腾传热。1个完整的周期可以分成3个子过程：进液阶段,汽泡核化、增长、聚合及爆炸阶段,瞬变液膜蒸发阶段。总结出1个完整周期内所存在的4种汽液两相流流型。鉴别出了沸腾起始点。分析了沸腾传热系数随干度的变化关系,结果表明在本实验工况下：当干度小于0.4时,起主导作用的传热机制为核态沸腾;而当干度大于0.4时,起主导作用的传热机制为强制对流沸腾。     

超临界二氧化碳微尺度干气密封性能分析

为研究超临界二氧化碳干气密封的密封性能,在考虑实际气体效应、惯性效应和湍流效应的情况下,利用Solidworks软件建立一个周期的螺旋槽计算域几何模型,导入ICEM软件进行结构化网格划分,采用REFPROP软件获取超临界二氧化碳物性相态数据,并将这些物性参数编译成CFD的计算程序对超临界二氧化碳干气密封流场进行数值模拟。研究结果表明:在干气密封中超临界二氧化碳的密度和黏度从外径到内径先升高后降低,在槽根部最大,而温度沿外半径到内半径的方向逐级递减;随着螺旋槽深度的增加开启力先增大后减小,而泄漏量随着槽深单调增加,其中槽深对开启力的影响较小,对泄漏量的影响较大;转速的增大使气膜开启力和泄漏量均单调增加,而气膜间隙的增加使气膜开启力减小,泄漏量增加。综合考虑密封稳定性,当气膜厚度为3.05μm、槽深为5.05μm时,研究的超临界二氧化碳干气密封的整体密封性能达到最佳。     

过量空气系数对微管内燃烧的影响

针对微尺度燃烧的特点,在传热分析的基础上,建立了微型管内氢-空气预混合气的燃烧模型,对0.2 mm微管内过量空气系数对氢气空气预混燃烧的影响进行了数值模拟研究.结果表明:对于0.2 mm微管,在适当的氢气和氧气混合比下,火焰可以实现稳定持续燃烧;当过量空气系数为1.25时,有最高燃烧温度和最高的氢气转化率.所得结果对燃烧室的优化有一定的参考价值.