弯曲通道中液滴内部流场研究

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  弯曲通道二次流下液滴内部流动行为对实际应用具有重要影响,如混沌对流决定生化反应物混合效率,剪切变形率影响纳米晶体结晶形态并可能造成液滴内部封裹细胞失活。本文利用微粒子图像测速(micro-PIV)系统研究弯曲通道中液滴内部流场,并考虑毛细数、粘度比、液滴尺寸、通道曲率和界面张力对流场的影响。
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流致噪声的声源定位需要高效、高分辨率的定位算法。传统波束形成方法能高效地定位声源,但存在分辨率较低和旁瓣等问题;反卷积算法能有效去除波束形成的旁瓣并能提高分辨率,但计算时间消耗较大;目前使用的压缩感知算法兼具高效和高分辨率的性能,但对于稀疏度较大的声源分布则难以给出准确的定位。
在已有的研究中,已经发现尖头细长体[1-2],细长翼[3]和钝头细长体[4]的分离涡都存在低频涡振荡现象,诱导出较大的脉动侧向力。本研究采用粒子图像测速法(Particle Image Velocimetry,PIV),在水槽中开展半球头细长体实验模型的流场研究,主要关注在低雷诺数下,细长体的定常涡对如何发展为周期性的涡振荡。
在零压力梯度平板表面设置展向排布的流向开槽的合成射流阵列,利用恒温热线风速仪测量激励器阵列后不同流向及展向位置的湍流边界层速度信号,在此基础上开展合成射流阵列对平板湍流边界层湍流结构影响的统计特性研究。
液滴撞击固壁时,会在其下方捕获空气而形成气泡,这些气泡对于喷墨打印及喷漆等要求涂层均匀平整的工艺极为不利。在以前的实验研究中,人们并没有找到减小捕获气泡尺度或者避免气泡捕获的方法。
合成射流通过激励器的循环工作,将出口附近流体进行方向性输运,在不增加流体质量的前提下,以能量注入进行主动流动控制,具有结构简单、响应频带宽、伺服能量小的优势而受到广泛关注。本文研究采用振动源为“4Ω,40W”扬声器的电磁式激励器所搭建的单缝式合成射流系统。
本文阐述了基于单光场相机的三维流动测试技术在测量精度和应用领域方面的最新进展。近年来,本文作者所在的上海交通大学团队以及奥本大学(Auburn University)的科研团队就光场三维PIV测试技术分别进行了独立研究。
作为一种较新型的主动控制技术,振荡射流具有在流动控制领域应用的广阔前景。振荡射流控制器无需移动部件,仅靠其内部的流动不稳定性,就可以在出口处产生稳定的非定常激励,具有工作稳定、控制频带宽和激励强度高等显著特性。
基于液滴的多相微流控是近年来微流控技术中快速发展的重要分支,具有试剂消耗少,反应效率高,体系封闭稳定等优点,在生化等研究领域发挥着重要作用。通常实验驱动设备提供的流动速度具有波动性,容易造成微流控芯片的性能不稳定。多相流动过程中,弱化与流动速度相关的作用力,突出几何结构和流动介质物性参数决定的界面张力,可降低两相流动速度对液滴生成及流动行为的影响。
润湿性是固体表面涉及多相流体的一个重要性质,它通常用液体在固体表面的接触角来表征。对水而言,一般将接触角大于150度的表面称为超疏水表面,其中固体表面的微纳米级粗糙结构对超疏水表面的形成起着至关重要的作用。由此产生的具有自清洁功能的表面也是表面科学领域研究的重点之一。
在微滴喷射增材制造技术中,生成微滴的大小与均匀性是影响成型件质量的关键因素之一。为了研究压电式微滴喷射装置产生均匀微滴的稳定性与喷射过程的影响因素,设计并搭建了一套基于压电驱动的微滴按需喷射装置,包括压电驱动电源、压电驱动器、喷嘴(喷孔直径为200μm)、LED光源、CCD相机。本文研究了压电驱动器的振幅、驱动电压、压电频率和供给流量对微滴按需喷射生成液滴尺寸及均匀性的影响规律。