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微尺度空泡溃灭驱使微球运动的机理研究

魏梦举 陈力 伍涛 张鸿雁 崔海航

微尺度空泡溃灭驱使微球运动的机理研究

魏梦举, 陈力, 伍涛, 张鸿雁, 崔海航
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  • 受限空泡的溃灭是气泡动力学的核心问题,研究表明毫米尺度的空泡溃灭可以拉动附近同尺度的悬浮颗粒运动.本文针对受限空泡溃灭在微尺度下的行为开展研究,通过气泡驱动的球形微马达实验,给出了微气泡溃灭形成射流从而显著推动马达前进的现象,但由于溃灭时间很短,MicroPIV系统不能给出足够的流动细节.进而采用基于流体体积的数值手段模拟了这一过程,获得了流场的时空分布,并通过积分估算了微球获得的冲量,给出了微球所能达到的速度.结果表明这一问题与尺度密切相关,微尺度下空泡溃灭足以推动微球显著运动,在气泡尺寸固定的情况下,微球半径越小,微球与气泡间距离越近,推动的效果越明显.冲量定理则定性地解释了宏观尺度与微尺度下存在差异的原因.这一特殊的微流动问题不但扩展了空化研究的尺度范围,揭示了微尺度下空泡与颗粒作用的特性,而且对提高微马达的驱动效率也具有重要意义.
      通信作者: 崔海航, cuihaihang@xauat.edu.cn
    • 基金项目: 国家自然科学基金应急管理项目(批准号:11447133)、国家自然科学基金青年基金(批准号:11602187)、陕西省自然科学基础研究计划青年人才项目(批准号:2016JQ1008)、陕西省教育厅专项科研计划(批准号:15JK1385)和西部绿色建筑国家重点实验室培育基地自主科研项目资助的课题.
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出版历程
  • 收稿日期:  2017-03-23
  • 修回日期:  2017-06-02
  • 刊出日期:  2017-08-20

微尺度空泡溃灭驱使微球运动的机理研究

  • 1. 西安建筑科技大学环境与市政工程学院, 西安 710055
  • 通信作者: 崔海航, cuihaihang@xauat.edu.cn
    基金项目: 

    国家自然科学基金应急管理项目(批准号:11447133)、国家自然科学基金青年基金(批准号:11602187)、陕西省自然科学基础研究计划青年人才项目(批准号:2016JQ1008)、陕西省教育厅专项科研计划(批准号:15JK1385)和西部绿色建筑国家重点实验室培育基地自主科研项目资助的课题.

摘要: 受限空泡的溃灭是气泡动力学的核心问题,研究表明毫米尺度的空泡溃灭可以拉动附近同尺度的悬浮颗粒运动.本文针对受限空泡溃灭在微尺度下的行为开展研究,通过气泡驱动的球形微马达实验,给出了微气泡溃灭形成射流从而显著推动马达前进的现象,但由于溃灭时间很短,MicroPIV系统不能给出足够的流动细节.进而采用基于流体体积的数值手段模拟了这一过程,获得了流场的时空分布,并通过积分估算了微球获得的冲量,给出了微球所能达到的速度.结果表明这一问题与尺度密切相关,微尺度下空泡溃灭足以推动微球显著运动,在气泡尺寸固定的情况下,微球半径越小,微球与气泡间距离越近,推动的效果越明显.冲量定理则定性地解释了宏观尺度与微尺度下存在差异的原因.这一特殊的微流动问题不但扩展了空化研究的尺度范围,揭示了微尺度下空泡与颗粒作用的特性,而且对提高微马达的驱动效率也具有重要意义.

English Abstract

参考文献 (23)

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