液固界面滑移研究进展

滑移边界条件是流体力学研究中一个悠久而重要的科学问题，在微纳流控研究中备受关注。近年来，对简单流体（如水）在光滑液固界面的滑移长度的量级逐渐取得共识，而对复杂流体在液固界面的滑移研究方兴未艾。本文综述了从简单流体扩展至复杂流体的研究过程中，滑移实验研究的新的测量结果以及理论描述方法。重点介绍了近期Charlaix教授课题组采用表面力仪测量高分子电解液的滑移结果，以从介观角度理解复杂流体在液固界面的滑移及其影响因素。     

运动激波与气泡串相互作用的多介质数值模拟

通过对激波和流体界面相互作用而诱导的大变形界面演化的数值模拟,验证了Level set 方法精确模拟多个流体界面的有效性.采用间断有限元Galerkin方法求解欧拉方程得到流场解,采用5阶WENO格式求解Level set方程追踪多流体界面,界面附近的边界条件由虚拟流体方法处理.对运动激波和两个气泡相互作用过程进行了数值模拟,得到了不同时刻的压力和密度等值线分布,并分析了计算域中两个气泡同是氦气泡,以及一个是氦气泡,一个是R22气泡情况下的计算结果.计算结果表明:利用多界面Level set方程可高质量地捕捉多个流体界面,处理3种多介质流场数值模拟问题.     

二维多介质流动问题的界面处理方法

就二维可压缩多介质流动问题的数值模拟,给出了一种新的界面处理方法。通过在界面处构造Riemann问题,利用Riemann问题的解分别定义界面两边流体的边界条件,由于Riemann问题的解准确地描述了界面处流体的流动状态,因此得到了更加准确的界面边界条件。本文将由Riemann问题的解得到的界面速度外推到整个流场,重新定义速度场,避免了由于速度的大梯度变化而导致的Level—Set等值线相互交错,因而得到了更加精确的界面位置。利用该方法对水下激波与柱型气泡相互作用问题进行数值模拟,结果表明该方法能准确地捕捉各种物理现象。     

不同密度梯度的多层流体界面上的Richt myer-Meshkov不稳定性研究

在气-液界面Richtmyer-Meshkov(R-M)不稳定性研究的基础上,利用不同流体间密度的差异,构造了空气-硅油-水、空气-酒精-硅油两种流体粘度方向迥异的气-液-液三相界面,实验中以氮气作为高压驱动气体,在不同激波马赫数下对这两种界面R-M不稳定性后期尖钉与气泡区发展进行了测量与统计,通过对实验数据的分析,得出了相关规律,并用这些规律与已有的单层气-液界面R-M不稳定性研究成果作比较,得出了异同点.同时,还研究了两种三相界面在R-M不稳定发展中的差异.实验结果表明:当流体的粘度梯度方向(从小到大的方向)与激波方向一致时,界面失稳更加明显,湍流混合更为显著.     

两层液体Bénard-Marangoni对流的界面张力效应

采用PIV技术对两层流体Bénard-Marangoni对流进行了实验研究,得到了不同厚度比下的速度场,分析了界面张力在各种对流模式中的作用.和Rayleig-Bénard对流的三种临界对流模式相比,由于界面张力对上下层浮力对流的不同作用效果,使得更复杂的临界对流模式在Bénard-Marangoni对流体系中出现;在实验中首次观测到三层涡胞结构等现象.     

自由界面模态综合技术的改进

自由界面模态综合方法,分析精度较高,同时部件模态易于试验验证,引起国内外广泛重视。它的缺点是求剩余模态的影响时,要对部件K阵求逆。一旦K阵奇异,各种自由界面模态综合方法全部采用了Mac Neal的方案。该方案十分繁琐,不仅编程困难,又使精度下降。为此本文提出移位方案以代替之。在综合方式上本文沿用复旦的概念,对多个部件复杂联结的情况作了描述。用本文提供的方法,建立了一个通用程序,对五个算例所作的计算表明十分令人满意。     

结构界面约束的模态参数变换方法

试图对以试验模态分析的结果作为参考基进行不同边界条件之间的结构模态参数的变换问题进行一些探讨。给出了利用自由界面的结构模态参数得到固定界面和弹性连接界面的结构模态参数的计算方法，并讨论了参数变换方法应用的有关问题。     

基于断裂力学方法的微动疲劳寿命估算

提出了基于断裂力学基础上的微动疲劳裂纹扩展寿命估算方法,该方法的关键是计算微动接触界面上的分布力.运用ANSYS有限元分析软件建立了赫兹接触问题的计算模型,计算了接触界面上的分布力,将计算结果与解析结果进行比较,二者相当吻合,验证了ANSYS软件计算接触分布力的可靠性.对给出的算例,计算了接触界面上的分布力,进而估算了微动疲劳裂纹扩展寿命,估算结果与实验结果吻合性很好.     

交叉航线碰撞风险计算方法比较

随着空中交通流量的急剧增加,对碰撞风险问题进行研究进而对空域安全进行评估就成为亟待解决的问题.本文就交叉航线碰撞风险的计算进行了研究.首先推导出交叉航路碰撞概率计算公式,将交叉航路碰撞风险分解为水平方向重叠概率和垂直方向重叠概率,然后分别通过基于REICH模型的冲突区域法和概率论的方法对水平方向重叠概率进行了分析计算,最后用自主开发的"空域安全评估方法的研究与应用"软件分别用该两种方法通过实例进行了仿真计算.本文为交叉航路碰撞风险的量化提供了可行的方法,也为缩小或重新制定间隔标准提供了参考方法.     

基于电磁流体动力搅拌器的微流道混合研究

对于许多微流体装置来说,流体的混合是至关重要的.为了实现微流体混合控制,对基于电磁流体动力学原理的微流道主动混合控制方法进行了研究.该方法中使用了一个混合室,在动态洛伦兹力的作用下,混合室内流体往复周期的运动.流体速度的周期性变化使流体分界面折叠,从而使流体接触面增加.用CCD记录设备记录了流体的快速混合过程,并对流体的混合程度进行定量分析.