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液-液驱替动力学研究

物理学报 2022年第6期71卷 175-180页

作者：秦威广王进纪文杰赵文景陈聪蓝鼎王育人青岛理工大学机械与汽车工程学院青岛266520 中国科学院力学研究所国家微重力重点实验室北京100190 中国科学院大学工程科学学院北京100049

Marangoni效应是一种液体在界面张力梯度作用下的自发流动行为.液体界面上液体的Marangoni效应在工程技术领域具有重要作用.本文使用硅油作为驱动液体,正十六烷作为被驱动液体,十二烷基硫酸钠溶液作为液体基底,通过高速相机捕捉正十六... 详细信息

Marangoni效应是一种液体在界面张力梯度作用下的自发流动行为.液体界面上液体的Marangoni效应在工程技术领域具有重要作用.本文使用硅油作为驱动液体,正十六烷作为被驱动液体,十二烷基硫酸钠溶液作为液体基底,通过高速相机捕捉正十六烷受驱动铺展的整个过程,研究了三相液体系统中液滴的Marangoni效应.实验发现,正十六烷在硅油的驱动下从内向外铺展,形成液体圆环.本文根据正十六烷圆环内、外边界铺展行为,分析了正十六烷内边界和外边界的铺展原理,并研究了滴入硅油体积对于铺展过程的影响.研究发现,正十六烷内边界铺展与单一液滴的铺展规律相同,正十六烷内边界前期铺展由重力主导,内边界铺展标度律在R~t^(1/4)到R~t^(1/2)范围.随后铺展由界面张力梯度主导,内边界铺展标度律为.因内边界铺展受重力影响,内边界的铺展速度与硅油体积成正相关.而正十六烷外边界在硅油驱动下,因接触角改变而产生界面张力梯度,在界面张力梯度作用下外边界铺展标度律为R~t^(3/4).

关键词：三相液体系统液滴 Marangoni 效应界面张力梯度

气液传质过程中Marangoni对流的观测与定量分析

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化工学报 2014年第10期65卷 3760-3768页

作者：于海路曾爱武天津大学化工学院化学工程联合国家重点实验室天津300072

建立了一套气液传质装置和一套纹影系统对乙醇解吸CO2过程中产生的Marangoni对流结构进行垂直界面方向上的观察,发现解吸过程中近界面处出现均匀分布的旋涡状的对流结构,并随时间聚合发展变大。此外还利用定量纹影法考察了传质过程中的... 详细信息

建立了一套气液传质装置和一套纹影系统对乙醇解吸CO2过程中产生的Marangoni对流结构进行垂直界面方向上的观察,发现解吸过程中近界面处出现均匀分布的旋涡状的对流结构,并随时间聚合发展变大。此外还利用定量纹影法考察了传质过程中的浓度分布和界面张力梯度等信息。定量的结果表明较大的界面张力梯度位于对流胞型的边缘和中心处,驱动着界面流体的运动,并耦合浮力效应,形成了近界面环流的运动形式。这种环流运动造成了对流胞型边缘浓度较大、内部浓度小的分布,促进了相界面流体微元的更新,加强了传质过程。

关键词： Marangoni对流纹影解吸界面传质浓度分布界面张力梯度

含Mo梯度钨合金液相烧结过程中的液相定向迁移

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粉末冶金材料科学与工程 2014年第5期19卷 681-686页

作者：禹辉锆曹顺华金莹朱杰长沙锐合钻石工具有限公司长沙410003 中南大学粉末冶金国家重点实验室长沙410083

在液相烧结制备的含Mo梯度W-Ni-Fe合金中,对液相迁移或液相再分布的控制极为关键。液相迁移的驱动力为液相迁移压(Pm),而液相迁移压主要由界面张力和晶粒尺寸的变化所引起。本研究从实验角度探究W(Mo)-Ni-Fe体系中界面张力和晶粒尺寸对... 详细信息

在液相烧结制备的含Mo梯度W-Ni-Fe合金中,对液相迁移或液相再分布的控制极为关键。液相迁移的驱动力为液相迁移压(Pm),而液相迁移压主要由界面张力和晶粒尺寸的变化所引起。本研究从实验角度探究W(Mo)-Ni-Fe体系中界面张力和晶粒尺寸对液相迁移的影响,并通过动力学模型来描述Mo的扩散和液相迁移。结果表明界面张力梯度与晶粒尺寸梯度均有助于液相的迁移,并且算得由晶粒尺寸和Mo分布梯度诱导的液相迁移速率分别为4.807×10-4kg/m2s和8.117×10-4kg/m2s。

关键词：梯度钨基重合金液相迁移晶粒尺寸梯度界面张力梯度

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界面不稳定现象

日用化学工业 1998年第2期28卷 26-28页

作者：胡学铮虞学俊倪邦庆张景尧无锡轻工大学化学工程系无锡审214036

扼要介绍了起因于局部界面张力梯度的界面不稳定现象,现象的起因、动态表现及研究进展,

关键词：界面不稳定现象界面张力梯度表面活性物质

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液态金属驱动机械臂机制及实验研究

液态金属驱动机械臂机制及实验研究

作者：师常瑞哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

随着科学研究逐渐向微纳尺度迈进，微小型机器人作为机器人研究领域的重要组成部分，在微机电系统、医疗设备和芯片实验室等领域受到广泛关注。液态金属作为一种新型驱动材料，凭借其可控的界面张力以及独特的理化性质，在微小型机器人... 详细信息

随着科学研究逐渐向微纳尺度迈进，微小型机器人作为机器人研究领域的重要组成部分，在微机电系统、医疗设备和芯片实验室等领域受到广泛关注。液态金属作为一种新型驱动材料，凭借其可控的界面张力以及独特的理化性质，在微小型机器人的驱动系统中发挥着重要作用。然而，液态金属的高流动性导致运动轨迹难以精确控制，并且液态金属形变和运动往往依赖于在电解质溶液中诱导产生的界面张力梯度，这使得其的应用场景受到限制。因此，本文将液态金属作为柔性驱动马达与传统机械结构相结合，设计了一种连杆双驱动机械臂结构，提高了液态金属的可控性;采用双动力驱动的方式实现液态金属驱动力的跨介质传递，打破了电解质溶液环境的限制，并通过搭建智能控制平台，实现了机械臂在不同应用场景下的基础操作功能。　　首先，分析了液态金属的电场调控机理和运动状态。结合电场作用下液态金属界面双电层的动态变化过程，分析了界面诱导张力梯度的形成以及液态金属界面处的流体流动与驱动力之间的关系。进而探究了驱动单元与机械臂在运动中的受力情况和运动稳定性的影响因素。　　其次，对液态金属在电场下的运动特性进行数值仿真分析。建立液态金属液滴在硬质壳体内的三维运动仿真模型，采用COMSOLMultiphysics6.0软件从流场和电场两方面进行分析，深入探究了液态金属的运动机理以及不同环境变量对其运动性能的影响。　　然后，结合机械臂的驱动机制进行了结构设计和运动空间分析，并通过试验探究了驱动单元和机械臂的运动特性。机械臂的连接结构采用了单杆式和双杆式两种结构，并根据同步驱动和分步驱动机制分析了机械臂的工作空间;通过分组试验的方式，探究了不同条件对机械臂和驱动单元运动速度及稳定性的影响。　　最后，搭建机械臂的智能控制平台，并进行不同场景下的应用试验研究。将机械臂的驱动原理与控制系统相结合，搭建了可以自主轨迹规划和运动控制的智能控制平台，并通过更换末端执行器，机械臂自主完成了图案绘制、货物运输和试剂检测任务。真正实现了将液态金属驱动力从溶液限制中解放出来，这一发现为拓展微小型机器人的驱动方式提供了新的思路。

关键词：机械臂液态金属跨介质传输智能操作平台界面张力梯度运动控制

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C_4醇、油/水双液系中的界面不稳定现象

无锡轻工大学学报（食品与生物技术） 1997年第4期16卷 51-55页

作者：胡学铮张景尧陈烨璞虞学俊无锡轻工大学化学工程系

研究了Ｃ４醇、油／水两相部分互溶和不互溶双液系中起因于溶质界面吸附不平衡的界面不稳定现象。通过对滴加在Ｃ４醇水溶液表面的示踪液滴的运动特征的分析，揭示了该现象的动力学规律。对两类不同体系中不稳定现象动态表现差异的对比... 详细信息

研究了Ｃ４醇、油／水两相部分互溶和不互溶双液系中起因于溶质界面吸附不平衡的界面不稳定现象。通过对滴加在Ｃ４醇水溶液表面的示踪液滴的运动特征的分析，揭示了该现象的动力学规律。对两类不同体系中不稳定现象动态表现差异的对比研究，进一步显示了多相体系相平衡对溶质Ｍａｒａｎｇｏｎｉ现象的影响及双因素自耦合的复合机理。

关键词：界面不稳定现象界面张力梯度 C4醇油

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液液界面铺展及驱替失稳研究

液液界面铺展及驱替失稳研究

作者：秦威广青岛理工大学

学位级别：硕士

液体放置在固体或液体界面上,液体在界面张力梯度的作用下向外铺展成为液体薄膜。这一过程在自然界中十分常见,例如油在水面上铺展、农药在叶片铺展及人体内血液在人体内的流动等。不仅如此,在工程领域上,控制界面上流体的流动,在发动... 详细信息

液体放置在固体或液体界面上,液体在界面张力梯度的作用下向外铺展成为液体薄膜。这一过程在自然界中十分常见,例如油在水面上铺展、农药在叶片铺展及人体内血液在人体内的流动等。不仅如此,在工程领域上,控制界面上流体的流动,在发动机燃料输运、石油化工、焊接、半导体制造、农业、生物医疗、表面涂层等很多行业都有重要的应用。但因流体受任意微小力都会发生连续大变形的特殊性质,控制流体在界面上的对流传质一直是一个难点,长期以来都是物理、力学、生物、材料等多学科致力于解决的关键问题。本文通过实验和数值拟合的方法,从宏观尺度研究了液体在液体界面上的驱替铺展问题,并分析了液体铺展过程中产生的流体失稳行为。本文所研究的液液驱替过程主要以液体间的Marangoni力为驱动力。实验利用一种低表面张力液体接触高表面张力液体,通过两液体间的界面张力梯度,驱动液体出现高度有序的铺展行为。本文建立了以硅油(低表面张力液体)、正十六烷(高表面张力液体)、不同溶质水基溶液(液体基底)组成的实验体系。研究发现,当硅油滴入正十六烷,正十六烷在硅油驱动作用下向外铺展形成一个液环,液环在不断向外运动过程逐渐变窄,破碎成一圈小液珠。研究发现,正十六烷圆环内边界铺展是重力、表面张力、惯性力和粘性力共同作用的结果。铺展前期,内边界铺展受重力与惯性力、粘性力影响。铺展后期,受表面张力与粘性力影响。而外边界铺展是接触角变化产生的界面张力梯度所引起。文章细致研究了驱动液体积对驱替铺展的影响,发现正十六烷铺展速度与驱动液体积正相关。此外,本文利用流体失稳特征参数分析了铺展过程中发生的流体不稳定现象,分析数据发现,液环失稳时失稳特征参数与液体发生Rayleigh-Plateau失稳时的理论参数接近,液环破碎是液柱在表面张力作用产生的Rayleigh-Plateau失稳。此外,本文不仅研究了单一正十六烷液滴受单一硅油液滴驱动的铺展过程,还首次研究了单一连续大液膜和两分散液膜,同时受两滴硅油驱动的铺展过程。实验中正十六烷出现不同的铺展行为。实验发现,两分散液膜同时受硅油驱动发生铺展后,形成的两个液体圆环会在液面上相互碰撞,在碰撞处圆环变形产生两个平行液柱,最终形成一个“8”图案。在完整大液膜同时受双滴硅油驱动实验中,正十六烷大液膜同时受硅油驱动发生铺展后,液体会产生截然不同的图案,在两硅油碰撞处出现一条直线液柱。液柱在随后铺展过程中同样会发生Rayleigh-Plateau失稳变成小液滴。实验还发现,在铺展末期液面存在两个很大液滴,这是剩余液膜在表面张力作用下所产生。

关键词： Marangoni效应液体驱替界面张力梯度铺展流体失稳

Fabrication of a micro-structured surface based on interfacial convection for drag reduction

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Chinese Science Bulletin 2011年第7期56卷 626-632页

作者： DOU ZhaoLiang WANG JiaDao YU Feng CHEN DaRong State Key Laboratory of Tribology Tsinghua UniversityBeijing 100084China China Ship Research and Development Academy Beijing 100192China

Based on interfacial convection in the presence of solvent evaporation, a novel method for the fabrication of a micro-structured surface is proposed to facilitate drag reduction. A mixture was coated on a substrate through a specially developed spray-painting system. Micron scale pits formed spontaneously in the coated surface because of interfacial convection and deformation driven by the gradient of the interfacial tension. Experimental results indicated that particles in the mixture played a crucial role in pit for-mation, and with a suitable selection of particle size and dosage, the characteristic parameters of the pitting could be controlled. The drag reduction experiments were first performed in a water tunnel, and the results showed that the micro-structured surface had a remarkable drag reduction performance over a great range of flow speeds.

关键词：界面张力梯度减阻性能微结构对流表面制备溶剂蒸发表面加工喷漆系统

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原油破乳界面特性的研究

甘肃科技纵横 2004年第1期33卷 47-47,11页

作者：石英黄世海兰州炼油化工总厂技术中心甘肃兰州730060 兰州石化公司油品储运厂甘肃兰州730060

就破乳剂界面特性如界面张力、界面剪切粘度以及动态界面张力梯度等三个基本参数对破乳剂破乳效力的影响大小进行了分析,从而为获得具有有效破乳效力的破乳剂提供一定的理论依据。

关键词：破乳剂界面特性原油界面张力界面剪切粘度界面张力梯度炼油厂