【摘 要】
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针对新型阳极铝电解槽，建立了阳极气体/电解质/铝液三相磁流体流动数学模型。采用基于有限体积的电势法，求解麦克斯韦方程组和洛伦定律得到铝电解槽中电流密度以及电磁力分布，并将电磁力作为源项插值到动量守恒方程，对阳极气体、电解质和铝液的流动及阳极气体的逃逸进行耦合分析。采用VOF多相流模型分析电解质/铝液界面波动行为。采用适用范围更广的RNGk-ε湍流模型分析流动现象。结果表明，新型阳极的孔缝结构能够有
【机 构】
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东北大学材料与冶金学院工程热物理研究所,沈阳110819 东北大学材料与冶金学院有色金属冶金研究所
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针对新型阳极铝电解槽，建立了阳极气体/电解质/铝液三相磁流体流动数学模型。采用基于有限体积的电势法，求解麦克斯韦方程组和洛伦定律得到铝电解槽中电流密度以及电磁力分布，并将电磁力作为源项插值到动量守恒方程，对阳极气体、电解质和铝液的流动及阳极气体的逃逸进行耦合分析。采用VOF多相流模型分析电解质/铝液界面波动行为。采用适用范围更广的RNGk-ε湍流模型分析流动现象。结果表明，新型阳极的孔缝结构能够有效地促进阳极气体的逃逸，降低极间距电阻，节约电能。新型阳极结构削弱了阳极气体的合并长大，使得阳极气体尺寸减小，逃逸速度也变小，电解质/铝液分界面波动得到减缓，有助于极间距的减小。另外，孔缝结构对电流分布对电流分布影响较小，不会降低铝电解槽的电流效率。
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该文的研究对象是三轴电雾化(triaxial electrospray)。自主设计了具有高同轴度的三轴喷头，搭建了实验平台，以临床上常用的高聚物有机溶液和药物溶液为介质，探究了流量、电压、高聚物浓度等参数对Taylor锥及液滴雾化的影响规律，并利用拍摄系统观察不同参数下的锥-射流模态，研究其理论机理。在三轴电雾化实验中，讨论了内、中、外层流量以及电压和高聚物浓度对电雾化锥形的影响，研究了复合多层胶
利用Laplace变换法研究横向磁场作用下平行板微管道中线性黏弹性流体的电渗流动，其中线性黏弹性流体的本构关系是由Jeffrey模型描述的。将电渗力和洛伦兹力作为体力，解析求解线性化的Poisson-Boltzmann方程，柯西动量方程和Jeffreys本构方程。通过数值计算，分析了无量纲Hartmann数、电动宽度K、雷诺数Re、黏弹性流体的松弛时间λ1和滞后时间λ2对速度剖面的影响。
基于改进的压力边界条件，对微射流结构内流场的流动特性进行了数值模拟研究，分析了壁面温度改变对微射流结构稀薄流动状态及其质量传递的影响。研究结果表明，当扩展区壁面温度升高时，沿程压力分布更加线性化，入口流速降低，质量流量减小。壁面温度改变导致流场稀薄特性产生变化，扩展口处回流区随着扩展区壁面温度升高而减小，流场涡流渐至消失。
从热力学涨落的角度确认了纳米尺度下主导液膜破碎过程的因素是热力学涨落而不是表面张力。分子动力学结果显示在一定范围内射流速度的增加有利于提高真实的掺混速率，同时滞止平面内的掺混程度却随射流速度的增加而减小。后者可以由滞止平面内的分子密度实际上也是随射流速度的增加而减小的这一事实得到解释。但当达到一定值时射流速度便不再对真实掺混速率和滞止平面内的掺混程度有显著影响。
利用分子动力学的方法，探索了不同润湿性纳米通道内润滑薄膜的流动情况。首先根据分子动力学的原理，建立了作为润滑剂的正十六烷长链分子间的真实作用模型，然后利用分子动力学模拟方法，模拟了疏油性纳米通道内的Poiseuille流动，并给出了在常温下不同纳米通道内的流体速度，密度，温度分布和等效黏度。模拟结果表明：近壁面区域流体的密度呈衰减的周期性振荡分布，且通道的润湿性越差，通道内流体的密度的振荡程度越大
利用耗散粒子动力学方法模拟了电解质溶液中单链DNA在外电场力的驱动下穿越纳米孔的过程.研究结果表明,DNA穿越纳米孔时引起了离子电流的下降.DNA穿孔模式的不同,离子电流下降的大小也不同,即DNA链笔直穿过纳米孔时电流下降幅值小于DNA链对折穿过纳米孔时电流的下降幅值.此外,还分析了纳米孔附近的离子分布、DNA分子链在电场作用下迁移穿过纳米孔道时的链构象变化和动力学行为等问题.
首先由实验数据结合数值模拟，确定了在不同浓度的H2O2溶液中颗粒距离底面高度δ和准二维定向直线运动速度。然后，在已知颗粒距离底面高度和颗粒自驱动速度的前提下，分析得出溶液浓度和颗粒密度共同决定的颗粒距离底面高度的值，进一步发现高度的不同会导致其旋转角速度ω或旋转特征时间TR的变化。最后，得出结论现有Janus颗粒在H2O2溶液中的运动是近壁受限运动，近壁效应导致颗粒旋转特征时间的变化。
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对翼型绕流的洛仑兹力控制进行了实验和数值研究，分析洛仑兹力作用下的翼型流场及升阻力变化及其控制机理。研究结果显示洛仑兹力可有效抑制翼型绕流的流动分离，提高翼型的升力，减少阻力，但洛仑兹力的控制效果随着来流速度的增加而下降，升力增幅和阻力增幅与来流速度成反比关系。
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