毛細(xì)現(xiàn)象的案例
毛細(xì)管吸水現(xiàn)象仿真 ￥400
將細(xì)小的玻璃管插入水中，水會在管中上升；針對不同管徑，水在管中上升的速度和高度不同，這種現(xiàn)象稱作毛細(xì)現(xiàn)象。水在管中的上升是由于空氣/水界面處的壁附著力和表面張力的作用，促使流體沿著壁面以一定的接觸角形式向上產(chǎn)生滑移。毛細(xì)現(xiàn)象通常被用于微通道輸送流體，或者通過微量吸管測量、輸送和放置少量流體。此外，毛細(xì)現(xiàn)象對于植物根莖的輸水和蒸騰作用也起到至關(guān)重要的作用。
本篇文檔基于COMSOL軟件仿真了毛細(xì)管吸水的現(xiàn)象，并對比觀察了不同位置以及不同孔徑毛細(xì)管的吸水現(xiàn)象。仿真結(jié)果展示如下：
感興趣的朋友可下載模型，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)和深入研究。
展開 COMSOL 多孔介質(zhì)毛細(xì)現(xiàn)象仿真（含講解視頻）
毛細(xì)管壓力取決于流體的表面張力、浸潤角和界面的曲率。在流體互相驅(qū)替過程中，毛細(xì)管壓力可以是驅(qū)動(dòng)力，也可以是流動(dòng)的阻力。浸潤相在毛細(xì)管壓力作用下，可以自發(fā)地驅(qū)替非浸潤相，即滲汲作用。毛細(xì)管壓力的存在影響多孔介質(zhì)內(nèi)的流體運(yùn)動(dòng)規(guī)律，因此是滲流力學(xué)及有關(guān)的工程技術(shù)必須考慮的問題。例如，在油田開發(fā)中，毛細(xì)管壓力影響油層的有效滲透率和油層的采收率；利用毛細(xì)管壓力曲線可確定多孔介質(zhì)內(nèi)的孔隙分布和流體分布，計(jì)算多孔介質(zhì)的相滲透率以及油層的采收率等。
圖 1 多孔介質(zhì)電鏡掃描示意圖
注：以上內(nèi)容引自百度百科
2. 模型介紹
如圖2所示，建立矩形（2mm×5mm）隨機(jī)圓形的多孔區(qū)域，圓形孔隙率為0.6，圓形隨機(jī)分布服從正態(tài)分布。底部為液體區(qū)域，兩邊作為入口壓力邊界，入口壓力為液體重力所帶來的靜壓力。出口壓力靜壓力為0Pa。
圖 2 多孔介質(zhì)毛細(xì)示意圖
3. 物理場選擇及邊界條件設(shè)置
本模型主要是采用comsol6.2版本中的湍流流動(dòng)、水平集兩相流等多物理場模塊，詳細(xì)的物理場及邊界條件設(shè)置如圖3所示。
圖 3 詳細(xì)的物理場設(shè)置以及邊界條件
4. 網(wǎng)格繪制
由于本模型形狀不規(guī)則，采用自由三角形網(wǎng)格繪制方式進(jìn)行繪制，如圖4所示。
圖 4 網(wǎng)格繪制
3. 結(jié)果展示
圖 5 多孔介質(zhì)內(nèi)部速度分布
圖 6 速度矢量分布
圖 7 流體2體積分?jǐn)?shù)
圖 8 流體2體積分?jǐn)?shù)動(dòng)態(tài)變化
源文件及視頻獲取方式
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展開 汽車維修中探傷方法的選取
5、 滲透探傷方法
滲透探傷是利用毛細(xì)現(xiàn)象來進(jìn)行探傷的方法。對于表面光滑而清潔的零部件，用一種帶色（常為紅色）或帶有熒光的、滲透性很強(qiáng)的液體，涂覆于待探零部件的表面。若表面有肉眼不能直接察知的微裂紋，由于該液體的滲透性很強(qiáng)，它將沿著裂紋滲透到其根部。然后將表面的滲透液洗去，再涂上對比度較大的顯示液（常為白色）。放置片刻后，由于裂紋很窄，毛細(xì)現(xiàn)象作用顯著，原滲透到裂紋內(nèi)的滲透液將上升到表面并擴(kuò)散，在白色的襯底上顯出較粗的紅線，從而顯示出裂紋露于表面的形狀，因此，常稱為著色探傷。若滲透液采用的是帶熒光的液體，由毛細(xì)現(xiàn)象上升到表面的液體，則會在紫外燈照射下發(fā)出熒光，從而更能顯示出裂紋露于表面的形狀，故常常又將此時(shí)的滲透探傷直接稱為熒光探傷。此探傷方法也可用于金屬和非金屬表面探傷。其使用的探傷液劑有較大氣味，常有一定毒性。
除以上五大常規(guī)方法外，近年來又有了紅外、聲發(fā)射等一些新的探傷方法。
二、 汽車維修中探傷的特定條件及要求
汽車在制造過程中，經(jīng)過了一系列的探傷，層層把關(guān)均完好無損，才作為合格產(chǎn)品出廠。汽車到達(dá)用戶手里后，在運(yùn)行中一些零部件常常承受著交變應(yīng)力。在長期交變應(yīng)力的作用下，原來完好的零部件也將產(chǎn)生疲勞裂紋。這種疲勞裂紋一般都是起始于零部件表面，再從外表逐漸向內(nèi)發(fā)展，即屬于表面裂紋。有的轉(zhuǎn)動(dòng)零部件在過熱或交變應(yīng)力作用下，產(chǎn)生了表面裂紋后，又有可能因轉(zhuǎn)動(dòng)碾磨而在該表面產(chǎn)生一層織密的覆蓋層，遮蓋了其裂紋，變成了未露出表面的近表面裂紋。初期的表面裂紋一般十分微小，用肉眼或借助于放大鏡也難于觀察到，而對近表面裂紋，則是不可能觀察到的。具有這種初期微小裂紋的零部件，并不馬上就斷裂，但是，已具有了隱患。
展開 積鼎 VirtualFlow 案例 | 環(huán)路熱管相變換熱模擬，實(shí)現(xiàn)微通道氣液兩相、單相及流固耦合仿真計(jì)算
其工作原理為：對蒸發(fā)器施加熱載荷，工質(zhì)在蒸發(fā)器毛細(xì)芯外表面蒸發(fā)，產(chǎn)生的蒸氣從蒸氣槽道流出進(jìn)入蒸氣管線，繼而進(jìn)入冷凝器冷凝成液體并過冷，回流液體經(jīng)液體管線進(jìn)入液體干道對蒸發(fā)器毛細(xì)芯進(jìn)行補(bǔ)給，如此循環(huán)，而工質(zhì)的循環(huán)由蒸發(fā)器毛細(xì)芯所產(chǎn)生的毛細(xì)壓力驅(qū)動(dòng)，無需外加動(dòng)力。由于冷凝段和蒸發(fā)段分開，環(huán)路式熱管廣泛應(yīng)用于能量的綜合應(yīng)用以及余熱的回收。
環(huán)路熱管能將制冷機(jī)的冷量遠(yuǎn)距離傳輸至受控元件,同時(shí)隔離制冷機(jī)對光學(xué)系統(tǒng)的電磁和機(jī)械震動(dòng)干擾，環(huán)路熱管管線具有一定的柔性，方便在航天器內(nèi)靈活布局。
由于冷凝段和蒸發(fā)段分開，環(huán)路式熱管廣泛應(yīng)用于能量的綜合應(yīng)用以及余熱的回收。但是其結(jié)構(gòu)緊湊、面對長距離以及多點(diǎn)復(fù)雜的高熱流密度熱源的散熱現(xiàn)象，普通的測量設(shè)備很難精確的測量相變過程的溫度、速度等參數(shù)的變化；同時(shí)試驗(yàn)的周期較長，費(fèi)用很高，導(dǎo)致研發(fā)周期和成本都急劇增加。
針對上述現(xiàn)象，用戶單位某物理研究所提出需要環(huán)路熱管相變換熱整體解決方案，幫助其在熱管的研發(fā)設(shè)計(jì)前期，用仿真替代一部分試驗(yàn)，縮短研發(fā)周期。
項(xiàng)目目標(biāo)
積鼎基于公司現(xiàn)有的VirtualFlow軟件，通過對兩相流動(dòng)的毛細(xì)力和沸騰換熱、冷凝換熱的研究，完善相關(guān)的求解算法和物性參數(shù)庫，形成熱管相變冷卻的整體解決方案。其可用于模擬吸液芯的毛細(xì)現(xiàn)象、蒸發(fā)管的沸騰、冷凝器的冷凝等復(fù)雜現(xiàn)象，解決熱管試驗(yàn)參數(shù)不易測量和試驗(yàn)成本高等問題。
軟件可以對流體回路的部件及換熱器等進(jìn)行微觀的氣液兩相、單相、流固耦合等模擬仿真計(jì)算，提取所仿真的物理現(xiàn)象及趨勢，并能與理論計(jì)算比較驗(yàn)證。
2. 解決方案及優(yōu)勢
主要算法和計(jì)算流程
軟件具備在含有不凝性氣體的工質(zhì)中計(jì)算蒸發(fā)及冷凝相變的能力，適用于蒸發(fā)器、冷凝器等存在不凝性氣體的設(shè)備的相變計(jì)算。
展開 
圖解 | 鋼結(jié)構(gòu)各構(gòu)件和做法大全
6、檁條、墻梁
6-1、C型冷彎薄壁型鋼
6-1-1、型鋼截面特性
6-1-2、安裝節(jié)點(diǎn)圖
6-2、Z型冷彎薄壁型鋼
6-2-1、型鋼截面特性
6-2-2、安裝節(jié)點(diǎn)圖
7、屋面、墻面壓型鋼板
7-1、HV-203KL-406板
7-1-1、板型圖
7-1-2、連接節(jié)點(diǎn)圖
7-2、HV-380SF-760
7-2-1、板型圖
7-2-2、連接節(jié)點(diǎn)圖
7-3、HV-475SF-475板
7-3-1、板型圖
7-3-2、連接節(jié)點(diǎn)圖
7-4、HV-197TD-788板
7-4-1、板型圖
7-4-2、連接節(jié)點(diǎn)
說明：
■防水空腔可以阻止因毛細(xì)現(xiàn)象而造成的滲水。
■該板型可用于屋面板和墻面板，采用自攻螺釘和屋面檁條或墻梁連接。
■用作屋面板時(shí)，螺釘穿過波峰與屋面檁條固定；用作墻面板時(shí)，螺釘在靠近波峰的波谷平直段與墻梁固定。
7-4、HV-205TD-820板
7-5-1、板型圖
7-5-2、連接節(jié)點(diǎn)圖
說明：
■防水空腔可以阻止因毛細(xì)現(xiàn)象而造成的滲水。
■該板型可用于屋面板和墻面板，采用自攻螺釘和屋面檁條或墻梁連接。
■用作屋面板時(shí)，螺釘穿過波峰與屋面檁條固定；用作墻面板時(shí)，螺釘在靠近波峰的波谷平直段與墻梁固定。
7-6、HV-225TD-900板
7-6-1、板型圖
7-6-2、連接節(jié)點(diǎn)圖
說明：
■防水空腔可以阻止因毛細(xì)現(xiàn)象而造成的滲水。
展開 五大常規(guī)無損檢測技術(shù)知識匯總
當(dāng)液體和固體界面接觸時(shí)會出現(xiàn)以下三種現(xiàn)象，θ稱為接觸角。如下圖所示：
（a）θ=0°，全部潤濕；（b）θ＜90°，部分潤濕；（c）θ＞90°，不潤濕。
對某一液體而言，表面張力越小，當(dāng)液體在界面鋪展時(shí)克服這個(gè)力做功越少，則潤濕效果越好。
表面張力，是液體表面層由于分子引力不均衡而產(chǎn)生的沿表面作用于任一界線上的張力。
毛細(xì)現(xiàn)象：當(dāng)液體潤濕毛細(xì)管或含有細(xì)微縫隙的物體，液體沿毛細(xì)縫隙流動(dòng)的現(xiàn)象。
如果液體能潤濕毛細(xì)管，則液體在細(xì)管上升，管子的內(nèi)徑越小，它里面上升的水面也越高 。例如水在玻璃毛細(xì)管內(nèi)，液面是上升的，相當(dāng)于水滲入毛細(xì)管內(nèi)。
如果液體不能潤濕毛細(xì)管，則液體在細(xì)管降低。例如水銀（Hg）在玻璃毛細(xì)管內(nèi)，液面是下降的。
（圖片來源于維基百科）
滲透檢測基本原理：由于毛細(xì)現(xiàn)象的作用，當(dāng)人們將溶有熒光染料或著色染料的滲透劑施加于試件表面時(shí)，滲透劑就會滲入到各類開口于表面的細(xì)小缺陷中（細(xì)小的開口缺陷相當(dāng)于毛細(xì)管，滲透劑滲入細(xì)小開口缺陷相當(dāng)于潤濕現(xiàn)象），然后清除依附在試件表面上多余的滲透劑，經(jīng)干燥后再施加顯像劑，缺陷中的滲透劑在毛細(xì)現(xiàn)象的作用下重新吸附到試件的表面上，形成放大的缺陷顯示。用目視檢測即可觀察出缺陷的形狀、大小及分布情況。
滲透檢測特點(diǎn)
1、適用范圍
滲透檢測可以應(yīng)用于各種金屬、非金屬、磁性及非磁性材料工件的表面開口缺陷的檢測。除了多孔性的材料無法或難以檢測外，幾乎所有材料的表面開口缺陷都可以使用此方法，獲得令人滿意的檢測結(jié)果。
2、滲透檢測優(yōu)點(diǎn)
（a）不受被檢工件磁性、形狀、大小、組織結(jié)構(gòu)、化學(xué)成分及缺陷方位的限制，一次操作能檢查出各個(gè)方向的缺陷。
（b）操作簡便，設(shè)備簡單。
（c）缺陷顯示直觀，靈敏度高。
3、滲透檢測局限
（a）只能檢測出材料的表面開口缺陷，對于埋藏在材料內(nèi)部的缺陷，滲透檢測就無能為力了。
展開 《流體力學(xué)》
【目錄】
前言
第一章 流體的基本物理性質(zhì)
第一節(jié) 流體的概念
第二節(jié) 流體的密度
第三節(jié) 流體的壓縮性和膨脹性
第四節(jié) 流體的黏性
第五節(jié) 流體的表面張力和毛細(xì)現(xiàn)象
習(xí)題
第二章 流體靜力學(xué)
第一節(jié) 作用在流體上的力
第二節(jié) 流體靜壓強(qiáng)及其特性
第三節(jié) 流體平衡微分方程
第四節(jié) 流體靜力學(xué)基本方程
第五節(jié) 壓強(qiáng)的計(jì)量
第六節(jié) 液體的相對平衡
第七節(jié) 靜止液體作用在固體壁面上的總壓力
習(xí)題
第三章 流體運(yùn)動(dòng)學(xué)基礎(chǔ)
第一節(jié) 研究流體運(yùn)動(dòng)的方法
第二節(jié) 流體運(yùn)動(dòng)的幾個(gè)基本概念
第三節(jié) 流體微團(tuán)運(yùn)動(dòng)分析
第四節(jié) 流體運(yùn)動(dòng)的分類
第五節(jié) 控制體分析方法——輸運(yùn)方程
第六節(jié) 流體運(yùn)動(dòng)的連續(xù)性方程
習(xí)題
第四章 流體動(dòng)力學(xué)基本方程
第一節(jié) 黏性流體中的應(yīng)力
第二節(jié) 黏性流體運(yùn)動(dòng)微分方程
第三節(jié) 理想流體運(yùn)動(dòng)微分方程
第四節(jié) 理想流體運(yùn)動(dòng)微分方程的積分與伯努利方程
第五節(jié) 黏性流體總流的伯努利方程
第六節(jié) 伯努利方程的應(yīng)用
第七節(jié) 動(dòng)量方程
第八節(jié) 動(dòng)量矩方程
第九節(jié) 相對運(yùn)動(dòng)的伯努利方程
第十節(jié) 能量守恒方程
習(xí)題
第五章 黏性流體的管內(nèi)流動(dòng)與管路計(jì)算
第六章 流體的旋渦運(yùn)動(dòng)
第七章 不可壓縮流體平面勢流
第八章 不可壓縮流體二維邊界層
第九章 紊流射流
第十章 機(jī)翼和葉柵工作原理
第十一章 氣體動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)
第十二章 相似原理與量綱分析
第十三章 兩相流體力學(xué)
參考文獻(xiàn)
展開 一種可用以優(yōu)化和規(guī)劃激光熔覆工藝的方法
(激光熔覆微結(jié)構(gòu)中毛細(xì)和熱毛細(xì)現(xiàn)象的作用) 的論文，提出了一種可用以優(yōu)化和規(guī)劃激光熔覆工藝的方法。
一種預(yù)估熔覆層微觀結(jié)構(gòu)的模型
研究人員認(rèn)為激光熔覆過程中熱質(zhì)傳遞的直接數(shù)值模擬（DNS）是該技術(shù)中尋求最佳加工參數(shù)的經(jīng)濟(jì)有效的方法。應(yīng)用DNS，可以在工藝規(guī)劃階段就識別失敗區(qū)域，提高激光熔覆增材制造的質(zhì)量和靈活性。
研究人員開發(fā)了一種耦合的熔覆模型，可以幫助他們模擬出熔覆層的微觀結(jié)構(gòu)，充分研究激光作用后的流體動(dòng)力學(xué)現(xiàn)象，同時(shí)研究熔體和基底的已知接觸角對其的影響。
根據(jù)Kolmogorov-Johnson-Mehl-Avrami（KJMA）方程，動(dòng)力學(xué)過程具有不均勻的成核和生長速率，該模型研究了熔融粉末在具有不同接觸角度的基底上的擴(kuò)散，進(jìn)而優(yōu)化激光熔覆工藝。模型也研究了接觸角對軌跡寬度，高度和平均晶體尺寸等主要參數(shù)的影響。該模型可以解釋氧化和基底粗糙度。
接觸角度分別為10°(a)和30(b)°時(shí)，熔覆液滴橫截面的微晶分布情況
為了研究接觸角對微結(jié)構(gòu)的影響，研究人員用同軸鎳粉進(jìn)料的非掃描光束模擬激光熔覆，同時(shí)使用了具有不同潤濕角的基材。粉末隨著激光輻射以50ms的速度在冷基底上進(jìn)料，形成單滴。激光輻射消失，液滴冷卻并發(fā)生結(jié)晶。
兩個(gè)接觸角度下熔覆軌道橫截面中微晶平均尺寸的分布
研究人員得出結(jié)論，所開發(fā)的模型能夠使他們預(yù)估熔覆層微觀結(jié)構(gòu)，同時(shí)考慮到軌跡和基底的接觸角。在模型中，應(yīng)考慮到影響接觸角的基底參數(shù)。
幾種情況下粉末噴射的橫截面：
高掃描速度（a，c）和低掃描速度（b，d）; 寬粉末射流（a，b）和窄粉末射流（c，d）。
在該研究中，研究人員對于各種加工條件，展示了熔覆軌跡的擴(kuò)散行為。
展開 徹底弄清鑄件粘砂根源，共享9個(gè)粘砂解決方法
如該壓力超過砂粒間隙之間毛細(xì)現(xiàn)象形成的抵抗壓力。即尸毛=QcosO/r，式中P毛為毛細(xì)壓力；為金屬液表面張力；e為金屬液毛細(xì)管的潤濕角；r為毛細(xì)管半徑。就會形成機(jī)械粘砂。靜壓力頭超過500 mm，鑄造用砂又較粗，多數(shù)會產(chǎn)生機(jī)械粘砂，除非上涂料。上式亦說明：越大，即砂粒粒度越粗，尸毛越小，即較易產(chǎn)生機(jī)械粘砂。
2、金屬液在鑄型內(nèi)流動(dòng)形成的動(dòng)壓力。
3、鑄型“爆”或“嗆”。即鑄型澆注時(shí)釋放的可燃?xì)怏w與空氣混合并被熾熱金屬液點(diǎn)燃所形成的動(dòng)壓力。
4、機(jī)械粘砂一經(jīng)開始，即便壓力減小，金屬液滲透還會繼續(xù)進(jìn)行，直到滲透金屬液前沿凝固。即金屬液溫度低于固相線溫度，滲透方可停止。
5、化學(xué)粘砂最通常的原因是濕型和制芯用原材料耐火度、燒結(jié)點(diǎn)低;石英砂不純;煤粉或代用品加人不足;沒有使用涂料或使用不當(dāng);澆注溫度過高;澆注不當(dāng)致使渣子進(jìn)人鑄型等因素造成。
容易造成粘砂的原因找到了，接下來我們就來說一下如何防止！
1、預(yù)防機(jī)械粘砂可采用如下措施
1)避免較高的金屬液靜壓力頭;在滿足鑄件補(bǔ)縮條件下冒口高度不要過高;避免澆包處于高位直接澆到直澆道內(nèi)，必要時(shí)可利用盆形澆口杯緩沖一下金屬流，并形成恒高靜壓力頭。
2)盡量使用粒度較細(xì)、的鑄造用砂。
3)砂型應(yīng)緊實(shí)良好。’機(jī)器造型不可超載，供給造型機(jī)的壓縮空氣應(yīng)保持規(guī)定壓力，避免使用過濕或存放期過長的型砂，因難以緊實(shí)，芯盒通氣孔(塞)不得堵塞;采用樹脂砂造型和制芯不能僅靠型砂的良好流動(dòng)性，要保證緊實(shí)，必要時(shí)輔以震動(dòng)。
4)防止鑄型“爆”或“嗆”。型砂不可加人過量煤粉和水分。盡量為型和芯開好出氣孔、通氣孔，增加鑄型透氣性。
5)減緩型內(nèi)產(chǎn)生的動(dòng)壓力。鑄型應(yīng)多設(shè)出氣孔，多扎氣眼;高緊實(shí)度的鑄型分型面上可設(shè)排氣槽(通氣槽或通氣溝)。
6)鑄型或型芯使用有效的涂料。即充填型、芯最表層砂粒的空隙。
展開 VirtualFlow | 熱管相變換熱仿真，支持不同尺度的氣液兩相相變計(jì)算
該方案通過對兩相流動(dòng)的毛細(xì)力和沸騰換熱、冷凝換熱的深入研究，完善了相關(guān)的求解算法和物性參數(shù)庫，形成了熱管相變冷卻的整體解決方案。
（一）強(qiáng)大的算法與計(jì)算流程
VirtualFlow軟件具備在含有不凝性氣體的工質(zhì)中計(jì)算蒸發(fā)及冷凝相變的能力，適用于蒸發(fā)器、冷凝器等設(shè)備的相變計(jì)算。
其多相流模型采用mixture模型，并啟用組分輸運(yùn)模型，分別求解連續(xù)方程、體積分?jǐn)?shù)方程、動(dòng)量方程、能量方程和組分?jǐn)U散方程。
蒸發(fā)和冷凝過程中的相變通過UDF在體積分?jǐn)?shù)方程、能量方程和組分輸運(yùn)方程中分別添加質(zhì)量源項(xiàng)、能量源項(xiàng)和相等的質(zhì)量源項(xiàng)實(shí)現(xiàn)。
這種算法能夠精確地模擬吸液芯的毛細(xì)現(xiàn)象、蒸發(fā)管的沸騰、冷凝器的冷凝等復(fù)雜現(xiàn)象，為熱管的設(shè)計(jì)與優(yōu)化提供了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)支持。
（二）準(zhǔn)確、可靠的計(jì)算結(jié)果
在實(shí)際案例中，VirtualFlow軟件展現(xiàn)了優(yōu)秀的計(jì)算精度和可靠性。以某物理研究所的環(huán)路熱管項(xiàng)目為例，在50W功率下2D軸對稱條件下，蒸發(fā)器內(nèi)的流場最終達(dá)到穩(wěn)態(tài)，其液相體積分?jǐn)?shù)、相變速率、液體/氣體總體積、質(zhì)量流量等參數(shù)的計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)趨勢高度一致。
蒸發(fā)器壁溫計(jì)算結(jié)果與測量結(jié)果的偏差基本控制在1.5℃以內(nèi)，冷凝器部件仿真結(jié)果同樣表現(xiàn)出色。整機(jī)仿真結(jié)果顯示，隨著熱流密度的增高，冷凝器中的液體體積先減后增，這一結(jié)果與實(shí)際物理現(xiàn)象相符，充分驗(yàn)證了軟件的準(zhǔn)確性和可靠性。
蒸發(fā)器內(nèi)各統(tǒng)計(jì)量隨時(shí)間的變化：a)相變速率；b)液體/氣體總體積；c)質(zhì)量流量
（三）解決方案優(yōu)勢
VirtualFlow軟件在熱管領(lǐng)域的應(yīng)用具有諸多獨(dú)特優(yōu)勢。
它具備氣液兩相模型，能夠模擬微納米尺度如空隙尺度的多孔介質(zhì)、微納結(jié)構(gòu)等吸液芯的毛細(xì)潤濕和蒸發(fā)過程，預(yù)測毛細(xì)能力及蒸發(fā)換熱性能。
展開 解決氣液兩相流仿真難題，這款國產(chǎn)自主的流體力學(xué)仿真軟件有哪些特色？
軟件通過對兩相流動(dòng)的毛細(xì)力和沸騰換熱、冷凝換熱的研究，完善了相關(guān)的求解算法和物性參數(shù)庫。在模擬過程中，能夠精確地模擬吸液芯的毛細(xì)現(xiàn)象、蒸發(fā)管的沸騰、冷凝器的冷凝等復(fù)雜現(xiàn)象。
2、核島內(nèi)管道兩相流模擬
核島內(nèi)管道復(fù)雜，高溫液體在其中高速流動(dòng)，當(dāng)液體與壁面接觸時(shí)，劇烈的沸騰現(xiàn)象產(chǎn)生，氣泡不斷生成、長大并脫離壁面，形成復(fù)雜的氣液兩相流場。此過程中的相變現(xiàn)象對管道的熱傳遞效率及設(shè)備的穩(wěn)定性起著決定性作用。
VirtualFlow 的多相流模型能精準(zhǔn)捕捉氣液界面的動(dòng)態(tài)變化，其直接相變模型考慮了相變潛熱、質(zhì)量傳遞等因素，可精確模擬壁面沸騰過程。成功預(yù)測了壁面處的熱通量分布、氣含率等關(guān)鍵參數(shù)。
3、石油天然氣領(lǐng)域的應(yīng)用
在石油天然氣行業(yè)，在油氣生產(chǎn)與輸運(yùn)環(huán)節(jié)，管道內(nèi)的氣液兩相流情況復(fù)雜。通過 VirtualFlow 軟件的混合流模型和 LevelSet 界面追蹤技術(shù)，能夠準(zhǔn)確預(yù)測泡狀流、彈狀流、環(huán)狀流和霧狀流等不同流型，為管道運(yùn)輸工藝的優(yōu)化提供了數(shù)據(jù)支持。
在深海油氣泄漏模擬中，結(jié)合水合物模型，VirtualFlow 能夠精準(zhǔn)再現(xiàn)水合物的生成、擴(kuò)散及堵塞過程，為深海油氣采集的安全性分析提供了重要參考。在關(guān)鍵設(shè)備優(yōu)化方面，如臥式三相分離器的設(shè)計(jì)，VirtualFlow 采用 LevelSet 模型結(jié)合非牛頓流體模型，清晰呈現(xiàn)油、氣、水三相流的分離過程，幫助工程師優(yōu)化分離器的結(jié)構(gòu)和操作參數(shù)。
展開 
FLOW-3D微液滴碰撞仿真應(yīng)用
前言
微小液滴以一定速度碰撞水平表面是自然界和實(shí)際工程應(yīng)用中常見的物理現(xiàn)象。關(guān)于這個(gè)問題的研究可以追溯到19世紀(jì)[1,2]，早期以試驗(yàn)研究為主，采用高速攝影技術(shù)對液滴撞壁的全過程進(jìn)行分析；近期，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)以及計(jì)算流體力學(xué)的發(fā)展，數(shù)值模擬研究也有大量有價(jià)值的研究成果。目前該問題研究成果已經(jīng)起到了指導(dǎo)工程應(yīng)用的作用，如噴墨打印機(jī)、噴霧燃燒、噴涂技術(shù)、噴霧冷卻、醫(yī)療器械等眾多領(lǐng)域[3]。
微小液滴低速碰撞水平表面屬于兩相流范圍，整個(gè)動(dòng)態(tài)過程比較復(fù)雜，與液體的物性參數(shù)、接觸角、平面的表面粗糙度、表面張力、碰撞速度等多個(gè)因素密切相關(guān)。整個(gè)過程基本包含鋪展、回縮、反彈、破碎等運(yùn)動(dòng)過程。
概念介紹
微小液滴低速碰撞水平表面的數(shù)值模擬涉及到很多物理概念，比如接觸角、表面張力系數(shù)等，這里針對各參數(shù)概念進(jìn)行介紹。
接觸角（contact angle）
接觸角也叫做濕潤角[4]，液滴與壁面接觸后，會出現(xiàn)氣、液、固三相交接的情況，在交界處作氣-液界面的切線，此切線在液體一方的與固-液交界線之間的夾角θ，單位為度，如下圖所示。小于90度表示易濕潤壁面，液滴容易鋪展；大于90度表示不易濕潤壁面，液滴容易反彈。
表面張力系數(shù)[5]（Surface tension coefficient）
液滴之所以能成為“滴”就是因?yàn)橛斜砻鎻埩Φ拇嬖冢砻鎻埩Φ男纬膳c液體的屬性相關(guān)，主要是表面薄層內(nèi)分子的相互作用導(dǎo)致。表面張力現(xiàn)象在自然界中容易觀察到，比如毛細(xì)現(xiàn)象、肥皂泡現(xiàn)象等。表面張力系數(shù)σ是在溫度T和壓力p不變的情況下吉布斯自由能G對面積S的偏導(dǎo)數(shù)。其中，吉布斯自由能的單位是能量單位，因此表面張力系數(shù)的單位是能量/面積。
展開 操控液體新思路！北航《先進(jìn)材料》：一步制備多維取向的圖案化納米線薄膜
日常生活中，人們的頭發(fā)在潤濕后晾干的過程中往往會粘附在一起，這是由于去浸潤過程總毛細(xì)作用力下纖維陣列發(fā)生的彈性聚集現(xiàn)象導(dǎo)致的。在該過程中，纖維陣列頂端的液膜會自發(fā)的各向異性收縮，這為納米線溶液的可控輸運(yùn)及組裝提供了新的契機(jī)。
近日，北京航空航天大學(xué)的劉歡研究員課題組發(fā)展了一種簡單通用的策略：利用陣列碳納米管陣列在去浸潤過程中的毛細(xì)粘彈聚集現(xiàn)象，實(shí)現(xiàn)了液膜的方向性收縮，基于此一步制備了多維取向的圖案化納米線薄膜。該方法不需要任何外部力量輔助。其原理是被納米線溶液潤濕的碳納米管陣列在去浸潤過程中，出現(xiàn)毛細(xì)彈性聚集現(xiàn)象，使納米線溶液液膜能夠在碳納米管陣列頂部各向異性收縮，迫使液膜中隨機(jī)分布的納米線向著液膜的方向旋轉(zhuǎn)、移動(dòng)，最終緊密有序地排列在碳納米管陣列頂部。在碳納米管陣列聚集的同時(shí)，碳納米管紗線被牽扯出來連接兩個(gè)相鄰的碳納米管陣列聚集體，最終構(gòu)筑了由上層X方向上水平有序排列的納米線，下層Z方向上垂直排列的碳納米管陣列聚集體和Y方向上連接碳納米管陣列聚集體的碳納米管紗線三部分組成的多維度有序的納米線微圖案。這種多維取向的圖案化納米線薄膜表現(xiàn)出良好的壓力傳感性能，靈敏度為0.32 kpa-1，有望用于構(gòu)筑電子皮膚。 此外，取向的納米線可以轉(zhuǎn)移到不同的基底上，且轉(zhuǎn)移位置精確可控，可用于構(gòu)建微電路。重要的是，這種方法具有很好的普適性，適用于銀、氧化鋅、氧化鋁等不同長徑比的納米線的有序組裝，甚至可以對有生命活性的微生物進(jìn)行多維取向排列，代表了一類新的操控納米線溶液的方法。相關(guān)工作發(fā)表在Advanced Materials（DOI: 10.1002/adma.201900534）上，北京航空航天大學(xué)博士研究生邊瑞欣為本文的第一作者。
圖文速遞
圖1. 纖維毛細(xì)彈性聚集誘導(dǎo)的基于一維納米線的多維度有序微圖案的制備過程示意圖。
圖2.
展開 四十六、Fluent壁面函數(shù)的選取依據(jù)
</p><p><br></p><p>壁面函數(shù)基于對數(shù)律，要么忽略粘性底層，要么對粘性底層進(jìn)行修正，對于粘性底層的求解仍然不夠精確，因此對于以下問題，壁面函數(shù)并不適用：</p><p>很低的雷諾數(shù)流動(dòng)，如毛細(xì)現(xiàn)象</p><p>壁面相變問題，如壁面沸騰現(xiàn)象</p><p>大壓力梯度導(dǎo)致的邊界層分離現(xiàn)象</p><p>依靠體積力驅(qū)動(dòng)的流動(dòng)，如自然對流，浮力等</p><p>對于3D模型，邊界層歪斜度較大也不適用壁面函數(shù)</p><p> </p><p><br></p><p class="ql-align-center"><img src="https://mmbiz.qpic.cn/mmbiz_jpg/8tJMdLVYZy9hleicyYmC1hcuSC7hJ2Z4VcXA7F7xf11Fzl1RDOr509vCdJNofY5CYe5YBsHeOZfNGBfCicNNqrOg/640?wx_fmt=jpeg" width="531"></p><p>既然壁面函數(shù)存在一些適用不了的工況，那么我們就想研究這樣工況應(yīng)該怎么辦呢？？</p><p> </p><p class="ql-align-center"><img src="https://mmbiz.qpic.cn/mmbiz_jpg/8tJMdLVYZy9hleicyYmC1hcuSC7hJ2Z4V42oxNwAvssgTzEZd8jAPricWuibbZXA9tKBZnXlY111WtYDIMNcdm0fw/640?wx_fmt=jpeg" width="418"></p><p><br></p><p>還記得<a href="http://mp.weixin.qq.com/s?
展開 武漢大學(xué)Nano Energy : 用于太陽能蒸汽產(chǎn)生的仿生毛細(xì)管驅(qū)動(dòng)泵
圖5 仿生毛細(xì)管驅(qū)動(dòng)泵的組成
a) 仿生毛細(xì)管驅(qū)動(dòng)泵的組裝過程； b) 4 kW·m-2太陽密度下蒸汽產(chǎn)生圖片。
圖6 仿生毛細(xì)管驅(qū)動(dòng)泵的蒸汽產(chǎn)生性能
a) 太陽能蒸汽產(chǎn)生的實(shí)驗(yàn)裝置示意圖；
b,c) 在1個(gè)和4.8個(gè)太陽強(qiáng)度下，泵的蒸發(fā)質(zhì)量損失；
d) 在一系列光密度下泵的蒸發(fā)速率；
e) 在不同光密度下蒸發(fā)表面的溫度；
f) 在不同光密度下泵的太陽能-蒸汽轉(zhuǎn)化效率。
【小結(jié)】
研究人員成功地開發(fā)了一種基于毛細(xì)管現(xiàn)象的高效太陽能蒸汽產(chǎn)生仿生泵。通過沉積三層TiAlON基納米太陽能吸收器于NiO盤的表面，M-NiO的太陽吸收率高達(dá)0.97。結(jié)合多孔親水性M-NiO盤和一維供水設(shè)計(jì)，毛細(xì)管驅(qū)動(dòng)泵在1個(gè)太陽強(qiáng)度下的太陽能-蒸汽轉(zhuǎn)換效率可達(dá)到73%，4個(gè)太陽強(qiáng)度下可達(dá)到90%。上述易于擴(kuò)大規(guī)模的新設(shè)計(jì)在太陽能密度較低的情況下具有一定潛在的應(yīng)用。
文獻(xiàn)鏈接：A bioinspired capillary-driven pump for solar vapor generation (Nano Energy, 2017, DOI: 10.1016/j.nanoen.2017.10.039)
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