高速气流作用下液膜在预膜板结构唇边破碎机理研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51776031
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    60.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0605.多相流热物理学
  • 结题年份:
    2021
  • 批准年份:
    2017
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2018-01-01 至2021-12-31

项目摘要

The two-phase hydrodynamic process of liquid breakup into droplets is not only a matter of scientific problems, but also a key technology for many engineering applications. In this project, experimental study and numerical simulation will be used to investigate the breakup phenomenon of continuous liquid film at structured lips of the prefilming plate and in its vicinity under the effect of double-sided high-speed airflow. A series of experiments will be performed to observe the flow of liquid film over prefilming plate, the primary breakup of liquid bags at the structured lips, and the secondary breakup of liquid ligaments in its vicinity. On the basis of the experimental data analysis and processing, the breakup mechanism of the liquid film at the structured lips will be theoretically explained, and the influence of the size and shape of the prefilming plate lip on the liquid film breakup and the favorable factors will also be revealed. Then, the physical and mathematical models of the primary breakup of liquid bags at structured lips of the prefilming plate and the secondary breakup of ligaments in its vicinity will be established. A mass-conserved level set interface tracking method will be developed. Combined with the lattice Boltzmann method and large eddy simulation method, a multi-scale numerical calculation platform will be built to accurately reproduce the physical phenomenon of the liquid flow over the prefilming plate at structured lips. By comparing with the experimental results, the established model and computation method can be modified. Therefore, the physical and mathematical models of liquid film breakup at the structured lips and in its vicinity of the prefilming plate will be established and applied to investigate the breakup process of liquid film. The work will lay the foundation for the design of the corresponding prefilming airblast nozzles.
液体破碎成微小液滴的两相流体动力学过程不仅蕴含许多科学问题,也是许多工程应用领域的关键技术。本项研究拟采用可视化实验和数值模拟相结合的方法研究在双侧高速气流作用下,连续液体在预膜板结构唇边及尾部的破碎现象。实验观测液膜在预膜板上的流动、液袋在结构唇边一次破碎和唇边尾部液丝二次破碎过程。在实验数据处理分析基础上,理论阐释结构唇边液膜破碎机理、探寻预膜板结构唇边尺寸和形状对液膜破碎的影响规律和有利的因素。建立结构唇边液袋一次破碎以及结构唇边尾部液丝二次破碎物理数学模型,发展质量守恒的水平集界面追踪方法,联合格子Boltzmann方法、大涡模拟方法,构建准确再现液膜在预膜板结构唇边破碎物理现象的多尺度计算平台。将数值模拟结果与实验结果进行比较,修正模型和计算方法,获得能够描述液膜在预膜板结构唇边及尾部破碎的物理数学模型,系统模拟和分析液膜破碎的全过程,为实现相应预膜气动雾化喷嘴的设计奠定基础。

结项摘要

液体破碎成微小液滴的两相流体动力学过程不仅蕴含许多科学问题,也是许多工程应用领域的关键技术。本项研究采用可视化实验和数值模拟相结合的方法研究在双侧高速气流作用下,连续液体在预膜板结构唇边及尾部的破碎现象。实验观测液膜在预膜板上的流动、液袋在结构唇边一次破碎和唇边尾部液丝二次破碎过程。在实验数据处理分析基础上,理论阐释结构唇边液膜破碎机理、探寻预膜板结构唇边尺寸和形状对液膜破碎的影响规律和有利的因素。建立结构唇边液袋一次破碎以及结构唇边尾部液丝二次破碎物理数学模型,联合格子Boltzmann方法、大涡模拟方法,构建准确再现液膜在预膜板结构唇边破碎物理现象的多尺度计算平台。获得了液体在结构唇边预膜板上的破碎模式,雾化液滴的分布状态,提出了雾化质量的优劣评判标准,确定了预膜板结构唇边最优形状特点,研究表明矩形结构唇边预膜雾化喷嘴的雾化质量最佳。在本项目资助下,共发表期刊论文22篇,其中SCI检索19篇,EI检索20篇(含双检索)。会议论文2篇。2名博士研究生、5名硕士研究生顺利完成答辩并获得学位。

项目成果

期刊论文数量(22)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(2)
专利数量(0)
A 3D thermal LB model on non-orthogonal grid and its application for natural convection in irregular domains
非正交网格上的3D热LB模型及其在不规则域自然对流中的应用
  • DOI:
    10.1016/j.ijheatmasstransfer.2019.02.069
  • 发表时间:
    2019-06
  • 期刊:
    International Journal of Heat and Mass Transfer
  • 影响因子:
    5.2
  • 作者:
    Xun Zhou;Bo Dong;Weizhong Li;Cong Chen
  • 通讯作者:
    Cong Chen
气体速度对液膜在预膜板表面流动形态影响的LBM模拟
  • DOI:
    10.7511/jslx20200423001
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    计算力学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    于蔚然;周训;李维仲
  • 通讯作者:
    李维仲
Phase-Field-Based LBM Analysis of KHI and RTI in Wide Ranges of Density Ratio, Viscosity Ratio, and Reynolds Number
在较宽的密度比、粘度比和雷诺数范围内对 KHI 和 RTI 基于相场的 LBM 分析
  • DOI:
    10.1155/2020/8885226
  • 发表时间:
    2020-06
  • 期刊:
    International Journal of Aerospace Engineering
  • 影响因子:
    1.4
  • 作者:
    Xun Zhou;Bo Dong;Weizhong Li
  • 通讯作者:
    Weizhong Li
Analysis of freezing process about falling droplet using the lattice Boltzmann method
格子玻尔兹曼法分析下落液滴冻结过程
  • DOI:
    10.1108/hff-09-2017-0373
  • 发表时间:
    2018-10
  • 期刊:
    International Journal of Numerical Methods for Heat and Fluid Flow
  • 影响因子:
    4.2
  • 作者:
    Zhao Xin;Dong Bo;Li Weizhong
  • 通讯作者:
    Li Weizhong
A thermal LBM-LES model in body-fitted coordinates: Flow and heat transfer around a circular cylinder in a wide Reynolds number range
贴体坐标系中的热 LBM-LES 模型:宽雷诺数范围内圆柱体周围的流动和传热
  • DOI:
    10.1016/j.ijheatfluidflow.2019.04.001
  • 发表时间:
    2019-06
  • 期刊:
    International Journal of Heat and Fluid Flow
  • 影响因子:
    2.6
  • 作者:
    Xun Zhou;Bo Dong;Cong Chen;Weizhong Li
  • 通讯作者:
    Weizhong Li

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其他文献

多孔介质孔隙尺度下不可压缩流体流动特性的SPH模拟
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    大连理工大学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    李维仲;赵月帅;宋永臣
  • 通讯作者:
    宋永臣
垂直上升气液环状流流动参数的数值计算
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    计算力学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    刘杨;李维仲
  • 通讯作者:
    李维仲
利用格子Boltzmann方法模拟单个气泡在复杂通道内的运动特性
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    计算力学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    李维仲;孙红梅;董波
  • 通讯作者:
    董波
过冷沸腾气泡在圆形朝下壁面上特性实验研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    大连理工大学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    李维仲;姬安生;董波
  • 通讯作者:
    董波
单气泡沿过热曲面运动的格子Boltzmann模拟
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    热科学与技术
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    李维仲;周训;董波
  • 通讯作者:
    董波

其他文献

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AI技术路线图

李维仲的其他基金

曲率不同的朝下加热曲面上蒸汽泡的生长滑移和脱离机理研究
  • 批准号:
    51276030
  • 批准年份:
    2012
  • 资助金额:
    80.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目
复杂几何流道内运动变形气泡与热质传递之间的相互作用机理研究
  • 批准号:
    50976017
  • 批准年份:
    2009
  • 资助金额:
    38.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目
运动变形相界面与热质传递之间的相互作用机理研究
  • 批准号:
    50476074
  • 批准年份:
    2004
  • 资助金额:
    24.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目

相似国自然基金

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  • 批准号:
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  • 批准年份:
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  • 资助金额:
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相似海外基金

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AI项目解读示例

课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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