【摘 要】
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采用跨尺度实验、分子动力学模拟和分子动理论相结合的方法,探索了不同黏度的液滴在不同粗糙度的微柱阵列亲液刚性/柔性表面的润湿动力学.通过从原子尺度(分子动力学)到连续尺度(实验观测)的跨尺度研究手段,探索了液滴在微柱阵列亲液表面的润湿动力学,研究了液体性质和微柱阵列对于润湿过程的影响,得到了粗糙表面润湿的两个极限区域.该研究有助于理解粗糙表面上的润湿现象,辅助在实际应用中设计主动控制液滴润湿的微柱阵
【机 构】
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中国科学院力学研究所,北京100190
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采用跨尺度实验、分子动力学模拟和分子动理论相结合的方法,探索了不同黏度的液滴在不同粗糙度的微柱阵列亲液刚性/柔性表面的润湿动力学.通过从原子尺度(分子动力学)到连续尺度(实验观测)的跨尺度研究手段,探索了液滴在微柱阵列亲液表面的润湿动力学,研究了液体性质和微柱阵列对于润湿过程的影响,得到了粗糙表面润湿的两个极限区域.该研究有助于理解粗糙表面上的润湿现象,辅助在实际应用中设计主动控制液滴润湿的微柱阵列表面.
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在激波管中实验研究了平面激波以及汇聚激波作用下,不同形状气体界面不稳定性的发展过程.汇聚激波是基于激波动力学理论通过壁面弯曲而形成的.采用肥皂液以及无膜气柱等技术形成不同形状初始界面,并利用高速纹影技术结合连续激光切片技术对流场进行显示.
中国科学院力学研究所高温气体动力学国家重点实验室(LHD)激波与爆轰物理课题组,应用正向爆轰驱动技术,建成了国内首座可实现8公里/秒超高速试验气流的爆轰驱动激波—膨胀管(JF-16).应用流场测量与显示技术,开展了楔、尖锥、双锥等典型模型试验.针对激波—膨胀管超高速试验气流的建立过程进行数值研究也遇到了挑战,由于强激波、强间断面等流场结构的存在,非物理振荡出现,改进了相关数值格式,抑制了数值振荡.
针对仿X-33飞行器模型应用磷光热图技术在炮风洞中进行测热试验.试验获得了X-33模型在不同攻角下的背面、侧面、垂尾、斜置翼表面及干扰区的热流分布.通过与纹影资料的对比,表明头部激波在斜置翼表面的再附以及机身边界层的分离主导了斜置翼表面的复杂流动以及传热分布,对揭示X-33飞行器的气动布局设计理念研究提供了传热方面的信息.同时,磷光热图技术通过单次试验获得模型全场热环境数据,且能够捕获热流峰值区域
简述了激波/炮风洞中用于热流测量的薄膜铂电阻温度计原理和制作工艺.从玻璃基底外形加工、镀膜卡具和掩膜设计、铂电阻薄膜元件的制备、银浆引线的制备、银膜引线的制备等几个方面阐述了影响传感器性能的因素.实验结果显示,经过多次试验的传感器,电阻变化率在10％以内的传感器大幅增加.试验数据的可靠性也得到显著提高,为激波风洞热环境试验提供了可靠的测试技术保障.
在JF8A高超声速脉冲风洞中,研究了在不同马赫数、雷诺数下翼前缘热流随不同后掠角的变化规律.自由流马赫数为6.5和8,单位长度雷诺数为6.5×106m-1,1.47×107m-1,3.4×107m-1和5×106m-1,1.47×107m-1.试验结果表明:在低雷诺数下,边界层流态为层流,前缘热流正比于cos15λ,λ为后掠角;在较高雷诺数下,当翼后掠角变大,前缘边界层流态会出现转捩、湍流.
采用HPM的匹配方法时,气流静温将高于纯空气,同时流速将低于纯空气;采用UPT的匹配方法时,污染气体的总焓将高于纯净空气.基于真实气体平衡流的等熵关系和斜激波理论,针对简单构型的气动力进行了系统的理论分析,期望得出对模型气动特性地面试验具有参考价值的气流参数匹配方法.
以典型的二元进气道简化模型和类X-51A进气道模型为对象,选取几何构型相似的不同缩比尺度进气道模型,适当考虑若干来流条件的组合,采用数值模拟为主并辅以少量实验考核验证的方法,重点考察了尺度缩比以及相关组合参数对进气道自起动特性的影响.
针对潜入式喷管双孔燃气二次喷射推力矢量控制系统,利用AUSM+格式并结合Realizablek-ε湍流模型,对喷管内二次喷射流场进行了数值研究,主要研究和分析了喷射孔径、喷射角、喷射位置、喷射孔夹角及喷射孔包抄角对弓形激波强弱、激波影响域等方面的影响,进而研究相关因素对侧向控制力的贡献和对轴向推力损失的影响.
提出了用于估算三向织物复合材料拉伸模量的新解析模型.将胞体单元内互成60度角的3个方向的纤维束理想化为折线状的梁,并考虑3个方向纤维束间的相互作用,建立了三向织物复合材料的细观力学梁模型,根据变形能原理,推导了拉伸弹性模量的解析公式,将解析模型的拉伸模量估算结果与试验数据进行对比分析,发现两者吻合良好,验证了本文方法的有效性.
将从力学的角度,以细胞与胞外基质相互作用时所呈现的显著尺寸效应、刚度效应和力敏感性为背景,建立受体-配体分子键团簇随机过程与连续介质变形的耦合体系,研究各类天然与人造胞外基质软材料的理论与计算模型,阐明胞外基质力学性质对细胞与胞外基质界面黏附以及相关细胞行为的影响机理,进而探讨通过胞外基质的非均匀、多层次、各向异性、几何特征等力学设计实现细胞黏附定量化调控的前景.