摘要：研究一种基于现场可编程门阵列(field programmable gate array,FPGA)的液滴电量实时检测系统,提出了通过检测液滴产生频率以及液滴流在系统回路产生的电流而计算单个液滴平均电量的方法。利用超高速集成电路硬件描述语言(very high speed integrated circuit hardware description language,VHDL)设计数字频率计以及A/D变换器,可以实现单个液滴电量的检测;利用自行研制的液滴检测系统进行实验,能够精确地检测充电液滴的带电量,得到不同频率下充电电压与液滴充电电量的相互关系,从而为液滴精确充电提供了依据,并可为均匀液滴喷射沉积制造的制件成型精度奠定基础。

摘要：为研究液滴荷电雾化作用下静电场中粉尘颗粒的捕集特性,设计并搭建了线板式湿式电除尘装置,通过实验获得了电场强度、停留时间、粉尘浓度和液滴流量等参数对捕集效率的影响规律.结果表明,施加雾化荷电液滴后各粒径段颗粒的分级穿透率均低于干式电除尘器,随着电场强度增加至3.5kV/cm,分级穿透率降幅逐渐增大,出口浓度降幅达到最大值,PM0.5、PM1和PM2.5分别降低了28.7%、28.0%和27.1%,高于3.5kV/cm后降幅逐渐减小.相同电场强度下,捕集效率随停留时间的增加而增大,电场强度为4kV/cm时,停留时间由2.14s增大至4.04s,PM0.5、PM1和PM2.5的分级穿透率分别降低了50.2%、49.3%和48.5%.随着粉尘浓度的增加,颗粒碰撞和凝并作用提高,捕集效率逐渐增大,当空间电荷密度难以满足颗粒充分荷电后,继续增大粉尘浓度将导致捕集效率降低.液滴流量的增大能够促进颗粒荷电与凝并,有利于提高捕集效率.与传统湿式电除尘器相比,采用液滴荷电雾化能够明显降低耗水量,且保持较高的颗粒捕集效率.

摘要：液滴撞击单丝现象在石油与天然气处理过程中广泛存在,研究液滴撞击单丝的铺展特性对于提高化工设备的热质传递效率有重要意义。基于VOF方法建立液滴撞击单丝的数值模型,系统研究了初始速度、初始直径、撞击偏心距、撞击角度对液滴铺展因子的影响。结果表明,增加初始速度能加快铺展因子增长速率并延长其最大铺展因子的保持时间。减小液滴的初始直径显示出更高的铺展因子;缩短撞击偏心距有助于液滴的更充分铺展,控制在0.2R以内时铺展效果最佳;减小撞击角度也可促进液滴更充分地铺展,其中铺展因子曲线在不同撞击角度下存在一个铺展转换点。此外液膜中心与两侧压差驱动液滴快速铺展,直至达到最大铺展长度后停止。研究结果可为含有丝网填料的化工设备的优化设计提供理论参考。

摘要：基于VOF理论,建立单个液滴撞击球面基板的模型,并分析液滴的运动、射流、弛豫和平衡四个阶段的形态变化。对液滴正向撞击球面的过程进行数值模拟,重点研究冲击速度、球面直径、表面张力和粘度对液滴沉积行为的影响。结果表明,增加撞击速度,最大铺展直径增加,最小铺展厚度减小;增加球面直径,最大铺展直径增加,最小铺展厚度增加;超过一定粘度后,增加粘度系数,最大铺展直径减小,最小铺展厚度增加;增加表面张力系数,最大铺展直径减小,最小铺展厚度增加。在碰撞初期,铺展厚度以碰撞速度线性递减。当速度过大、球面直径或表面张力过小,会导致液膜出现中心局部破裂现象。

摘要：液滴的曳力系数是影响液滴行为的关键因素,尚未有成熟的通用计算公式。提出一种计算液滴曳力系数的方法:动态模拟液滴在均匀气流中的运动,通过加入动量方程的体积力源项,对液滴质心位置进行控制,使液滴做近似简谐运动,根据运动过程中的位置变化估算曳力系数。采用流体体积函数(VOF)方法模拟液滴-气体两相流,实现了此方法。通过几个算例,验证了此方法,计算结果表明,与高效的比例积分微分(PID)控制方法相比,此方法具有参数选取简便,计算效率更高的优点。

摘要：旨在为研究高效的复杂乳化液的处理技术提供理论基础,从微观角度研究电破乳机理,设计构建了适合本研究特点的电破乳分散相液滴行为观察系统,针对高压静电场中液滴的变形、破裂、碰撞、聚合及运动等行为进行了细致的实验研究,获取了大量液滴行为的珍贵图像资料,通过数据及理论分析探讨了影响液滴行为的主要因素,并从工业应用角度分析了其对电脱水工艺的影响,同时从乳化液系统的力学特性入手,通过受力分析初步建立了液滴形态的数学模型,并尝试进行了简单的数值求解。

摘要：高通量单分散纳升/皮升液滴的制备在数字PCR、质谱分析、细胞筛选等生物医学领域至关重要,而现有的技术制备速率只能达到1000/s。本文提出了一种离心力与微喷嘴阵列相结合的微流控芯片,实现了超高通量液滴的制备。首先,对离心液滴微流控芯片进行设计,通过有限元仿真详细分析了微喷嘴尺寸、离心加速度和流量等参数对液滴尺寸的影响,获得了纳升级液滴芯片的设计参数,使用微纳加工方法制作离心式液滴生成芯片,并进行了液滴的高通量生成实验。实验与仿真结果表明:液滴尺寸与离心加速度成反向关系,与微喷嘴尺寸成正向关系,并在很大的流量范围内液滴尺寸基本不变,表现出优异的鲁棒性。本液滴生成芯片在离心加速度250g^500g下,可制备液滴直径为105~145μm,制备速率达27000个/s,且直径一致性良好(CV<3%),证明本液滴生成芯片具有超高通量的特点。

摘要：润湿性表面的液滴操控技术由于其在微流控系统设计、生物医学分析、淡水收集、喷墨打印以及换热器等领域具有广阔的应用而备受学者关注。详细介绍了液固接触和液滴运动的基本理论。综述了近年来国内外学者对于润湿性表面上液滴导向传输技术的研究进展,按不同的润湿性表面涉及的不同驱动力,归纳了液滴在润湿性梯度表面上受表面梯度驱动、在超疏水基底异性轨道表面上受重力驱动、在超疏水表面上受外场驱动的三种导向运动,着重阐述了从理论分析到实验实现润湿梯度表面驱动液滴的发展脉络、超疏水基底异性轨道表面的制备方法、液滴运输实验研究和受光、电、热、磁外场响应的不同液滴驱动传输机制,分析对比了各种液滴传输技术的优缺点。最后,提出了对润湿性表面上液滴做曲线运动过程中深入到离心力、表面张力等影响运输可控性的力学特性研究,展望了耦合多外场结合固体润湿性表面的优化设计,来控制多液滴独立导向运动的重要方向,并简要介绍了未来的应用前景。

摘要：液滴不对称分裂是获得不同尺寸微液滴的优选方法,研究液滴不对称分裂行为对于生物医学、能源化工及食品工程等领域具有重要意义.本文研制T型微通道芯片并设计搭建T型微通道液滴半阻塞不对称分裂行为可视化实验平台,研究流量调控对微液滴分裂比的影响规律,并建立理论模型对分裂比进行预测,得到以下结论:液滴不对称挤压分裂过程分为挤压前期、挤压后期和快速夹断阶段,在挤压前期,液滴颈部宽度随时间呈线性变化,在挤压后期,颈部宽度随时间呈指数关系,而在快速夹断阶段,液滴颈部向心收缩的界面附加压力占主导,液滴颈部宽度剧烈收缩,呈断崖式减小;调控分支通道流量可对液滴不对称分裂比进行调控,且调控作用受毛细数影响较大;基于液液流动压降模型的液滴分裂比预测模型能够有效预测液滴分裂比.

摘要：为有效提高液滴辐射器液滴层的辐射热通量,建立了矩形液滴辐射器三维液滴层非稳态辐射传热模型。采用FLUENT软件,针对液滴层辐射换热过程进行了模拟。数值分析了液滴分布特征、液滴初始温度、飞行速度、液滴间距、直径、液滴层长度及质量流率等7种因素与液滴层辐射热通量的关系及对其敏感度,提出了一种新的液滴层结构型式--中空型液滴层。结果表明,除液滴层长度和质量流率外,液滴间距和初始温度对辐射器液滴层的传热功率影响较大。在厚度方向液滴层数为100层、质量流率为1.2 kg/s的条件下,中空型液滴层设计能将单位质量辐射热通量提高2.3倍。