《磁場下磁性液體氣泡/液滴的相界面現象》是依託西安交通大學，由畢勤成擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：磁場下磁性液體氣泡/液滴的相界面現象
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：畢勤成
- 依託單位：西安交通大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
本項目基於採用磁性液體為工質的傳熱裝置以及磁性流體潛在的醫學工程套用，提煉出其中的基礎科學問題，實驗研究和理論分析磁場作用下磁性液體氣泡/液滴運動的相界面特性，分析外加磁場對氣泡上升速度、形狀及液滴界面不穩定性等的影響，以揭示磁性液體中磁場與流場的耦合機制。本選題既有創新性和學術價值，也有工程套用價值。. 本項目採用實驗研究與數值模擬相結合的研究方法，真實反映磁性液體中的多相流現象。採用Hele-Shaw單元對磁性液體氣泡/液滴進行可視化研究，同時運用新的測量手段，包括超音波成像技術和X光拍照方法，觀察氣泡/液滴的界面特性。建模過程中考慮磁性液體微觀結構對巨觀性能的影響，引入磁各向異性參數修正平衡磁化理論導出的磁化方程。數值模擬採用VOF方法捕捉相界面，修正N-S方程，引入磁場項，求解Maxwell方程獲得磁場分布，並將模擬結果與實驗獲得的數據進行對比，發展和建立新的理論。
結題摘要
本項目針對以磁性液體為工質的傳熱裝置及磁性液體潛在的醫學工程套用，提煉出其中的基礎科學問題，實驗研究和理論分析了磁場作用下磁性液體氣泡/液滴運動的相界面特性，分析了外加磁場對氣泡上升速度和液滴形狀等的影響，以揭示磁性液體中磁場與流場的耦合機制。本選題既有創新性和學術價值，也有工程套用價值。 本項目採用試驗研究與數值模擬相結合的研究方法，真實反映磁性液體中的多相流現象。採用Hele-Shaw單元對磁性液體氣泡進行了可視化研究，觀測了外加磁場對單個氣泡及氣泡串的作用，考察了磁場強度、流體物性等因素的影響，總結了磁場中磁性液體內氣泡的運動規律，發現磁場會改變氣泡的形狀及上升速度，氣泡會沿磁場方向被拉長，氣泡在正梯度磁場區域做減速運動，在負梯度磁場區域做加速運動。完成了磁場作用下磁性液體液滴動力學行為的試驗研究，觀測了豎直和橫向磁場對液滴變形和速度的作用，考察了磁場強度、流體粘度、液滴尺寸等因素的影響，分析給出了梯度磁場中液滴運動速度的理論公式，計算結果與實驗數據吻合良好。完成了氮氣-磁性液體兩相流電磁感應現象的試驗研究，獲得了感應電壓與流型的對應關係。完成了均勻磁場中磁性液體氣泡/液滴的二維數值模擬，N-S方程中添加了磁場項的影響，界面追蹤採用VOSET方法，表面張力採用CSF模型；另外推導了Maxwell方程的二維理論解，驗證了本數值方法求解Maxwell方程的正確性。 本項目的研究成果為完善磁性液體兩相流理論及數值模型提供了一定的參考和指導。
