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复杂多介质流体系统中动态润湿和界面动力学特性研究

批准号:
11932019
项目类别:
重点项目
资助金额:
330.0 万元
负责人:
丁航
依托单位:
学科分类:
多相流、渗流与非牛顿流体力学
结题年份:
2024
批准年份:
2019
项目状态:
已结题
项目参与者:
丁航

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
润湿现象和界面流动在自然界生物生存、工业应用及现代科技的发展中起到了极为重要的作用。针对复杂多介质流体系统中动态润湿和界面动力学特性问题,综合实验测试、数值模拟和理论分析等研究手段,研究高分子聚合物溶液与壁面相互作用的微观机制及宏观行为,诠释聚合物分子和壁面粗糙度对接触线失稳的影响机制,验证多相移动接触线模型,探讨粘弹性液滴的润湿动力学特性和多相耦合润湿的动力学机理,揭示多相流动、粘弹性颗粒变形与多孔结构交互作用下的流体输运机制;同时,发展移动接触线亚网格模型和锐利界面方法,大幅提升现有界面流动数值模拟的能力。不仅从力学角度全面认识流体流变特性、多介质流体与壁面作用、孔隙壁面结构等因素对润湿现象和界面运动的影响机制,引领界面流体力学的科学前沿研究,也为重要工程应用问题如动态润湿及界面形态响应的精准控制和非均相体系粘弹性颗粒驱油等提供理论分析和技术支持。
英文摘要
Wetting phenomena and interface flows play an important role in the survival of animals and plants in nature, industrial applications and the development of modern technology. Aiming at the wetting and interface dynamics in complex multi-media fluid system, we propose the following studies by means of a combination of experiments, simulations and theoretical analysis, including the interaction between polymer and wall in the meso-scale and the corresponding interface behavior in the macro-scale, the sticking effect of polymer molecule due to wall roughness on the contact line instability, and the validation of multi-phase moving contact line model. We also investigate the wetting dynamics of viscoelastic-elastic droplets and the wetting coupling of multi-component fluids, and reveal the mechanism of fluid transportation subject to the interaction of multi-phase flows, deformation of viscoelastic particles and porous structures. We are about to develop the moving contact line sub-grid model and sharp interface method, which will greatly improve the ability of numerical simulation of interface flows. This proposal provides a comprehensive understanding of influence of fluid rheological properties, interaction between multi-component fluids and substrate, pore structures on the wetting phenomena and interface flows from the mechanical point of view, and leads the scientific frontier research of interface fluid mechanics. Furthermore, it also provides theoretical analysis and technical support for important engineering applications such as accurate control of interface morphology response with dynamic wetting and oil recovery by viscoelastic particles in heterogeneous systems.
动态润湿和界面流动对现代科技发展起到了极为重要的作用。围绕复杂多介质流体系统中动态润湿和界面动力学特性问题,项目组发展了一系列健壮可靠的数值算法用于高精度高效模拟流固耦合界面流动,不仅能够准确模拟具有三维复杂几何边界、多固体运动与流体流动之间耦合作用,还可考虑界面处蒸发、沸腾等相变过程;提出了移动接触线亚网格模型,发展了守恒锐利界面方法,并基于与实验和理论预测的对比,验证了模型及方法的准确性,从而大幅提升了对移动接触线附近多尺度界面流动的仿真能力。进一步,对多相界面流动和多相耦合润湿的动力学问题开展了系统性数值模拟、实验观测和理论分析研究,系统研究了壁面润湿性、重力、温度和润湿梯度等因素对壁面液滴构型和动力学过程的影响机制,包括液滴的静态构型、振动模态、铺展特性和迁移机制等,还搭建了基于高时空分辨率并具备多角度信息采集功能的图像采集实验平台,研究了高分子聚合物液滴撞击壁面的动力学特性和反弹抑制机理,揭示高分子长链与基底之间的相互作用减小了液体在固壁上的滑移长度。这些研究成果不仅从力学角度全面认识润湿动力学、多介质流体与壁面作用等科学问题,引领界面流体力学的前沿研究,受到国内外同行的正面评述,也为重要工程应用问题如浸没式深紫外光刻等提供理论分析和技术支持。项目执行期间,已在国际期刊发表论文共计36篇,其中包括流体力学权威期刊 J. Fluid Mech.(10篇)、J. Comput. Phys.(3篇)、Phys. Fluids(13篇)、Phys. Rev. Fluids(1篇)及Adv. Sci.(1篇)。高鹏教授获入选基金委杰青,刘浩然博士入选基金委优青(海外)。共计19人获博士学位,8人获硕士学位,3名博士后出站。
液滴作用下小型昆虫被动运动的界面效应及流固耦合特性研究
  • 批准号:
    11672288
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    82.0万元
  • 批准年份:
    2016
  • 负责人:
    丁航
  • 依托单位:
两相界面与运动物体相互作用的数值研究及动力学分析
  • 批准号:
    11172294
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    64.0万元
  • 批准年份:
    2011
  • 负责人:
    丁航
  • 依托单位:
国内基金
海外基金