纳米流体液滴撞击固体壁面的实验和模拟研究

液滴撞击固体壁面现象常见于动力机械、喷雾冷却和薄膜材料沉积制备等工业生产中。将石墨烯和碳纳米管作为分散颗粒，应用超声波分散技术制备均匀性与稳定性良好的树脂基纳米流体。利用高速摄像技术，研究纳米流体液滴撞击固体壁面的动力学行为。基于有限元法，通过修正的幂律黏度模型耦合纳米流体的剪切变稀特性，采用水平集方法捕捉相界面的移动，建立纳米流体液滴撞击固体壁面的数值模型。模拟结果与实验结果较好一致，验证了数值模型的正确性与准确性。研究发现实验配制的纳米流体表现出非牛顿剪切变稀特性，纳米颗粒的加入抑制了液滴撞击固体壁面过程中的铺展和回缩行为。随着幂律指数m的减小，液滴撞击固体壁面后的铺展范围变大。随着表面张力的增大，液滴的无量纲直径在铺展阶段无明显变化，但在回缩阶段逐渐减小。     

水平磁场作用下金属液滴撞击电解质液池表面的实验研究

通过实验研究磁场环境中金属液滴撞击电解质液池所产生的物理现象。实验装置包括恒定磁场系统、金属液滴发生系统、具有氩气保护的液滴撞击实验容器、高速摄影系统4个部分。本实验可以实现高速精细地观察无氧环境中不同水平磁场强度、液滴直径、初速度条件下金属液滴撞击液池的物理过程。实验中液面上方现象可以归纳为3种：伴随二次液滴的细射流、伴随即时飞溅的粗射流,以及伴随二次液滴的粗射流。其中,伴随即时飞溅的粗射流为施加水平磁场后特有的现象。并且,外部水平磁场会抑制中心射流的高度和二次液滴的产生,且磁场强度越大,抑制效果越明显。同时,在液面下方观测到5种现象（椭球震荡、扁平震荡、碗状形变、解体破碎、第2次碗状形变）。外部水平磁场可以改变这些现象发生的临界We以及液滴在运动过程中的演化形态。此外,通过对比液面上方和液池内部金属液滴所产生的现象,获得2种不同区域液滴运动特性的关联性。实验结果表明在外部磁场环境下,金属液滴撞击电解质液池会产生复杂的物理现象,需要后期开展更为详细的实验和数值模拟工作。     

Simulation of droplet topography on super-hydrophobic surface

We established a novel droplet model (with-gravity model) to show the gravity effect of the droplet in the contact angle experiment.By using with-gravity model, we obtained a three-dimensional topography of the droplet including the height of the droplet, the shape of the baseline and the circumference of the baseline.Comparing the with-gravity model with the ideal spherical model, our model considered the measurement error caused by gravity effect in the contact angle experiment which is a key point to influence the three-dimension topography of the droplet.From the calculation of our model, we found that there were two important points to enhance the measurement error: the size of the droplet and the contact angle.With the droplet and the contact angle became larger, measurement error was obviously increased.     

液滴撞击凹凸槽道表面液膜的动态演变

为研究固体表面结构对液滴撞击液膜后演变行为的影响规律，采用CLSVOF方法模拟液滴撞击不同尺寸槽道上的表面液膜的流动过程，获得不同槽道高度和宽度时液滴撞击液膜后的演变行为，探索撞击速度、液膜黏度和表面张力对撞击后液膜铺展行为、水花飞溅高度和二次液滴形成的影响。结果表明，槽道结构对液滴撞击液膜后的动态行为具有显著影响，随着槽道高度的增加，冠状水花厚度越薄，越容易产生二次液滴；随着液膜黏度的增大，则抑制冠状水花形成与二次液滴的产生；液膜表面张力减小时，射流更加明显，二次液滴数更多，飞溅现象提前，冠状水花消失时间延后。     

一种可以实现稳定单细胞包裹的无进样器的微流控平台

液滴单细胞包裹技术是实现单细胞研究的有效方法。采用负压作为驱动力包裹单细胞，不再需要常规实验中会引起细胞吸附和降低单细胞包裹率的进样器和管路。在细胞悬浮溶液中加入碘克沙醇溶液调整溶液密度，进一步改善细胞沉降问题。研究负压大小和T型沟道几何尺寸对液滴频率和体积的影响以及碘克沙醇调整溶液密度后对单细胞包裹率的影响。该微流控平台可实现稳定的单细胞包裹，并为单细胞分析提供有利工具。     

考虑管间液滴形成和下落过程的吸收器模拟及分析

针对以溴化锂水溶液为工质的水平管吸收器，考虑管底部液滴形成和管间下落过程，建立了描述管间滴状形成和下落吸收过程传热传质耦合数学模型。根据数值计算结果，分析了溶液温度、浓度和吸收速率沿管排不同位置和水平管管间的变化，分析了管间距对吸收器整体传热传质性能的影响。结果表明，滴状吸收过程约占总吸收量的30%。与实验数据的对比说明提出的数学模型是合理的。     

考虑管间液滴形成和下落过程的吸收器模拟及分析

针对以溴化锂水溶液为工质的水平管吸收器,考虑管底部液滴形成和管间下落过程,建立了描述管间滴状形成和下落吸收过程传热传质耦合数学模型。根据数值计算结果,分析了溶液温度、浓度和吸收速率沿管排不同位置和水平管管间的变化,分析了管间距对吸收器整体传热传质性能的影响。结果表明,滴状吸收过程约占总吸收量的30%。与实验数据的对比说明提出的数学模型是合理的。     

对水的汽化热测定实验的思考与改进

全面考虑被带入量热器内的小水滴热量的丢失与贡献,对教材中水的汽化热公式进行了修正。设计了利用实验室现有器材自组的电热蒸汽发生器,并对改进后实验的具体方法、步骤上进行了详尽的阐述。     

油相中荷电液滴变形和破碎特性的实验研究

基于显微高速数码摄像技术对不相溶醇油体系中醇相荷电液滴的破碎行为演变过程进行可视化研究。精确捕捉不同场强下荷电液滴在油相中的显微形貌特征，得到荷电液滴在不同工况下的变形破碎过程和演变细节，探究荷电液滴在不同破碎模式下的形成机理。定量分析荷电液滴尺寸与电压和流量的关系，得到液滴粒径累计分布规律和液滴粒径分布的Rosin-Rammler函数。研究结果表明，随电场强度增加，液滴尺寸迅速下降，粒径分布均匀性提高。电场使相间作用效果明显增强。