液池中粘弹性热毛细流的流动特性及稳定性机理研究

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基本信息

  • 批准号:
    11402271
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    28.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    A0905.多相流、渗流与非牛顿流体力学
  • 结题年份:
    2017
  • 批准年份:
    2014
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2015-01-01 至2017-12-31

项目摘要

Thermocapillary flow is induced along a free surface with a temperature gradient if the surface tension depends on temperature. It arises in a number of technical applications, such as material welding and crystal growth. The flow stability is very important for the quality of products and therefore has received much attention for many years. In former studies, Newtonian fluid is often used. However, in some processes, for example plastic welding, the plastic melt is polymer liquid, whose viscoelasticity has great impact on the flow. This project will study the flow characteristic and stability mechanism for viscoelastic thermocapillary flow in liquid pools. Rectangular and cylindrical pools are used as the geometrical conditions. Two fluid models are considered which are UCM and Oldroy-B fluids. The thermal boundary conditions are constant temperature or constant heat-flux. The basic flow will be computed. The numerical modeling and stability analysis methods will be developed. We will determine the physical mechanism of flow instability based on the most unsteady modes and the form of energy transfer. The impact of elasticity on the flow stability will be illustrated. This project with the background in plastic welding, will be studied by theoretical analysis and numerical modeling. It will expand the research of thermocapillary flow in liquid pools to viscoelastic fluids which have strong application background. The basic law of the impact of viscoelasticity on thermocapillary flows will be determined.
热毛细流是由液体表面温度分布不均匀形成表面张力梯度而驱动的流体运动,广泛存在于材料焊接、晶体生长等工业领域。其流动稳定性对于产品质量极为重要,长期受人们关注。以往研究中主要采用的是牛顿流体模型。但是某些工艺如塑料焊接中,融化状态下的塑料是聚合物流体,其粘弹性对于流动特性具有重要影响。本项目研究液池中粘弹性热毛细流的流动特性及稳定性。几何条件采用矩形和圆柱形液池模型,流体采用UCM、Oldroy-B两种粘弹性流体模型,传热条件采用热流边界或温度边界;计算基本流场,发展粘弹性热毛细流的数值模拟和稳定性分析方法,并根据最不稳定模态和能量传输关系确定流动失稳的物理机制,说明弹性对稳定性的影响。 本项目以塑料焊接等工艺为背景,基于理论分析和数值模拟方法,将在热毛细效应下液池流动失稳的研究开拓到具有重要应用背景的粘弹性流体范畴,揭示并分析弹性效应对热毛细流动特性及稳定性产生影响的基本规律。

结项摘要

聚合物流体的热毛细对流广泛存在于涂膜、液膜干燥、光刻、喷墨打印和空间站聚合物加工等工程应用中。本项目以聚合物流体的热毛细对流为研究对象,通过数值计算和线性稳定性分析,发现聚合物的热毛细液层存在三种失稳模态,分别是斜波、流向波和展向稳态模态。. 对于粘弹性热毛细液层,其失稳的第一种模态的临界Marangoni数随着弹性数增长而升高;第二种模态的扰动应力做功在竖直方向上有多次震荡;当弹性数足够大时,第三种模态成为最不稳定的模态,它的扰动能量来自表面热毛细力的做功,而由扰动应力耗散。当弹性效应很强时,流体在极低雷诺数下还会出现弹性失稳。. 对于剪切稀化流体,线性流的稳定性在中低普朗特数时下降而在大普朗特数时略有上升;回流的稳定性增强,其扰动能量集中在液面,在大普朗特数时出现流向波,而中普朗特数时温度振荡最大点出现在液层底部。. 对于屈服应力流体,流场分成三层,其中间层为屈服区,速度扰动仅出现在最上层而温度扰动可以在小普朗特数下出现在整个流场,上屈服面会出现扰动,其幅度随普朗特数增大而迅速减小。. 本项研究的成果对于理解非牛顿流体热毛细的对流失稳机理具有重要的理论价值,对于空间站等微重力条件下聚合物流体液层的流动控制具有重要的应用价值。

项目成果

期刊论文数量(5)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(1)
专利数量(4)
Stabilities in plane Poiseuille flow of Herschel-Bulkley fluid
赫歇尔-巴尔克利流体平面泊肃叶流的稳定性
  • DOI:
    10.1016/j.jnnfm.2017.11.007
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    Journal of Non-Newtonian Fluid Mechanics
  • 影响因子:
    3.1
  • 作者:
    R. Liu;Z. Ding;K.X. Hu
  • 通讯作者:
    K.X. Hu
上随体Maxwell(UCM)流体热毛细液层弹性失稳的理论分析
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    空间科学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    胡开鑫;何蒙;陈启生
  • 通讯作者:
    陈启生
Elastic instability in the thermocapillary convection at low Reynolds numbers
低雷诺数下热毛细管对流的弹性不稳定性
  • DOI:
    10.1016/j.jnnfm.2017.10.009
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    Journal of Non-Newtonian Fluid Mechanics
  • 影响因子:
    3.1
  • 作者:
    Kai-Xin Hu;Rong Liu;Meng He;Qi-Sheng Chen
  • 通讯作者:
    Qi-Sheng Chen
Linear stability of thermocapillary liquid layers of a shear-thinning fluid
剪切稀化流体热毛细管液层的线性稳定性
  • DOI:
    10.1063/1.4994596
  • 发表时间:
    2017-07
  • 期刊:
    Physics of Fluids
  • 影响因子:
    4.6
  • 作者:
    Kai-Xin Hu;Meng He;Qi-Sheng Chen;Rong Liu
  • 通讯作者:
    Rong Liu

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其他文献

黏弹性液滴热毛细迁移的对流不稳定
  • DOI:
    10.6052/0459-1879-20-443
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    力学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    章绍能;胡开鑫
  • 通讯作者:
    胡开鑫
热毛细液层非模态稳定性分析
  • DOI:
    10.11728/cjss2022.02.201104097
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    空间科学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
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  • 通讯作者:
    胡开鑫
Bingham流体双自由面热毛细液层的稳定性分析
  • DOI:
    10.6052/0459-1879-22-364
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    力学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    王胜;胡开鑫
  • 通讯作者:
    胡开鑫
双自由面溶质-热毛细液层的不稳定性
  • DOI:
    10.6052/0459-1879-21-148
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    力学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    赵诚卓;胡开鑫
  • 通讯作者:
    胡开鑫
环形液池热毛细对流的线性不稳定性研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    空间科学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    陈启生;何蒙;胡开鑫
  • 通讯作者:
    胡开鑫

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非牛顿流体热毛细液层的表面失稳研究
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    面上项目

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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

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          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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