自由面滚波影响下超疏水球面液膜流动机理研究
批准号:
12072193
项目类别:
面上项目
资助金额:
62.0 万元
负责人:
郭晓宇
依托单位:
学科分类:
水动力学
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
郭晓宇
中文摘要
考虑超疏水和自由面滚波共同影响下的液膜流动问题鲜有研究,通过建立理论模型研究该问题可深化对液膜流动机理的认知,同时为超疏水材料在实际工程中应用的有效性提供理论依据。..本项目采用理论分析和模型实验两个途径研究超疏水球面液膜厚度的变化规律和界面波的演化特征。通过多尺度理论分析,建立考虑超疏水微结构影响的液膜时均流动数学模型,分析微结构局部流场特性及对液膜厚度的影响;在此基础上考虑液膜自由面滚波的影响,通过理论分析建立液膜自由面演化的理论模型,研究超疏水表面滚波演化特征和对液膜厚度的影响;通过高速摄像和PIV流场测量系统开展液膜流动演化的机理实验,研究超疏水表面和自由面综合影响下的液膜流动特性。理论研究和实验验证相结合揭示超疏水球面液膜流动机理,为使用超疏水材料降低雨天雷达天线罩上雨水膜厚度提供理论依据。
英文摘要
A fluid-mechanical theory for the fluid film considering the influences of superhydrophobic surface and roll wave is seldom addressed. The investigation can improve the understanding of fluid mechanism on the fluid film, and provide the evidence on the application of superhydrophobic surface in practical engineering..Present study intends to investigate the evolution of fluid film over a superhydrophobic sphere by theoretical analysis and model experiments. A mathematical model for an averaged flow with accounts for the micro-structure effect will be set up by homogenization method. The local velocity field and the effect of micro-structure on the film thickness will be analyzed. A theoretical model for the fluid film evolution will be presented further by considering the free surface effect. The evolution characteristics of roll wave will be analyzed. An experiment will be conducted for the flow filed based on the PIV system, which will provide benchmarks for the theoretical model. Meanwhile, the influence of free surface and surperhydrophobicity on the fluid film can be investigated. The systematic investigation by theory and experiment can reveal the flow mechanism of the fluid film over a superhydrophobic sphere, which is expected to provide an efficient method of calculating the film thickness on radome.
考虑超疏水和自由面共同影响下液膜流动问题鲜有研究,通过建立理论模型研究该问题可深化对液膜流动机理的认知,同时为超疏水材料在实际工程中应用的有效性提供理论依据。本项目采用理论分析和模型实验两个途径研究超疏水球面液膜厚度的变化规律和界面波的演化特征。通过多尺度理论分析,建立了考虑超疏水微结构影响的液膜时均流动数学模型,分析了微结构局部流场特性及对液膜厚度的影响;在此基础上考虑液膜自由面的影响,通过理论分析建立液膜自由面演化的理论模型,研究超疏水表面自由面演化特征和对液膜厚度的影响;通过高速摄像和PIV流场测量系统开展液膜流动演化的机理实验,研究超疏水表面和自由面综合影响下的液膜流动特性。理论研究和实验验证相结合揭示超疏水球面液膜流动机理,为使用超疏水材料降低雨天雷达天线罩上雨水膜厚度提供理论依据。.主要研究成果有:基于多尺度理论分析方法,推演获得了液膜厚度演化方程;考虑表面张力的影响,在稳态液膜流动理论研究的基础上建立了液膜自由面扰动的理论模型,通过稳定性分析,揭示了自由表面波的波动特性;采用相场法并结合实验,研究了不同微结构表面流动特性,揭示了微结构内部气层涡流演化规律,获得了滑移长度、速度剖面、底部切应力的变化规律;通过不同结构特征宽度与深度的影响研究,阐明了多级微结构表面上钉扎的气液界面更具有稳定性,微结构的减阻性能是表面气层与次级涡共同作用的结果。研究拓宽了对基本流动的认知,采用多尺度理论分析方法加速建模过程降低了计算量;提出了超疏水自由液面影响下平均液膜厚度快速计算公式,为核算雨天雷达天线罩的电磁损耗提供准确的雨膜厚度。
海岸带水生植物群落间动量输运和质量输运的水动力学特征研究
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批准号:11572193
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项目类别:面上项目
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资助金额:68.0万元
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批准年份:2015
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负责人:郭晓宇
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依托单位:
水生植物群对近岸波浪传播作用机理的多尺度分析方法研究
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批准号:11202129
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项目类别:青年科学基金项目
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资助金额:28.0万元
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批准年份:2012
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负责人:郭晓宇
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依托单位:
国内基金
海外基金