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流动矢量主动控制的微射流技术研究

以微电子机械系统(MEMS)、混沌论及非线性复杂大系统不稳定理论为基础,一种全新的流场主动控制技术——微射流技术应运而生。作为一种全新的流场主动控制手段,微射流是通过其微尺度扰动同宏观大尺度流动的整体耦合作用达到控制宏观流动的目的。微射流控制系统简单、轻便、能耗极小且不需要工质源,初步显示出了常规射流控制方法所不具备的优势,具有非常广阔的应用前景。本文对微射流及其与主射流的合成流场进行数值模拟和机理分析,为微射流技术的工程应用研究打下基础。本文的主要研究成果如下:1.通过对微射流与主射流合成流场的深入分析,分别建立了微射流作动器二维、三维可压外流场控制方程以及二维微射流与主流合成流场的控制方程。采用快速求解的近似隐式因式分解法(AF方法)并内置似牛顿子迭代,有效地抑制了数值振荡、提高了稳定性并恢复了非线性方程在线化过程中所丢失的一些重要特性,同时还消除了因使用显式边界条件、人工粘性及隐式一边使用低阶空间差分近似所带来的误差。显式  (本文共123页) 本文目录 | 阅读全文>>

《空气动力学学报》2003年03期
空气动力学学报

双微射流作动器合成流场数值模拟

0 引 言  微射流技术是一种新型的流场主动控制技术[1]。该技术例如可用于流动方向控制。由于微射流作动器具有微型化和零净质量流率的特点,工作时喷射的工质全部来源于环境流体,控制系统简单、轻便,且消耗极少的电能,其优越性是传统的控制方法(例如二次喷射)所无法比拟的。此外,微射流技术还可用于增强混合、控制换热、减小阻力以及气动力控制和内部流动匹配等。  微射流作动器的结构详见文献[2]。当微射流作动器的压电薄膜通电工作时,环境气体周期地经由窄缝进入和排出腔体。在排出过程中,由于排出气体相对于静止环境的气体发生运动,必然会在动与静的交界面上产生流动剪切层,即在交界面上有两列旋涡产生。旋涡一旦产生便会以自诱导速度向下游迁移运动。当作动器进入下半个工作循环,腔体开始吸气,周围环境气体进入腔体,这时上半个周期产生的旋涡已远离窄缝,不受正在进入腔体的气体的影响。于是,在作动器的工作过程中,不断有旋涡对产生并向下游迁移、逐渐耗散,最终和静止的...  (本文共8页) 阅读全文>>

《物理学报》2012年18期
物理学报

冲击诱导金属铝表面微射流现象的微观模拟

l引言当材料自由表面受到强冲击载荷时,通常会发生微喷射现象,即部分物质以较高速度脱离材料自由表面或基体向外喷射.微喷射是材料近表面区域的一种特殊破坏形态,其形成过程包含了近表面各种微缺陷的跨尺度发展,并与材料动态物性密切相关.这一现象在诸多强冲击、高速碰撞等工程领域研究中占有重要地位,因而该现象自被发现ll]以来便引起人们的极大关注[z].已有研究表明,影响材料微喷射特性的主要因素包括表面的缺陷构成[”一SJ、冲击加载压力与波形陈7】、材料强度与卸载熔化[s]等几个方面;当然,不同材料的喷射特性也存在明显差异[0J,同一材料在不同冲击强度下的喷射机制也有本质变化,使得微喷射质量出现阶段性变化规律阎.金属表面(机加工)一般都以周期性沟槽结构为主要形貌特征,这种结构常被作为研究微喷射机制的主要模型之一在较强冲击下这些沟槽将被激活而产生微射流,从而构成微喷物的一个主要来源机制.因此,人们基于沟槽样品陆续开展了大量的实验和理论研究.如:...  (本文共7页) 阅读全文>>

《现代食品科技》2011年09期
现代食品科技

微射流处理对红豆分离蛋白结构及功能特性的影响

红豆,又名赤豆,一年生草本豆科植物。其原产于亚洲的中国、日本、韩国等[1],在中国栽培较为广泛,主要分布于广东、广西、江西等省。在我国主要作为药膳加以利用,用于治疗浮肿、腹泻[2]。最近研究表明,在红豆中,其蛋白含量高达25.5%,其蛋白主要成分是盐溶性球蛋白[3],且必须氨基酸含量较高,组成相对较均衡,符合FAO/WHO标准[4],是一种重要的蛋白资源。目前,红豆蛋白在我国尚未开发利用,利用率相对较低,是一种潜在的质优豆类蛋白资源。研究发现采用碱溶酸沉法制备红豆分离蛋白过程中,由于酸碱诱导构象发生变化,导致了蛋白发生聚集,进而造成了红豆分离蛋白功能较差,在一定程度上限制了其在食品加工中的应用。因而,对红豆分离蛋白改性可以促进红豆蛋白资源的利用。高压技术被认为是一种环境友好的物理改性手段,文献[5]研究表明通过微射流可以有效减低蛋白溶液的粒径,诱导不溶性聚集物解聚,改善蛋白溶解特性,文献[6]探讨了不同压力微射流对芸豆分离蛋白功...  (本文共4页) 阅读全文>>

《食品科学》2012年03期
食品科学

高压微射流处理对大豆分离蛋白构象及功能特性的影响

大豆蛋白以其较高营养价值和独特的功能特性,已经成为目前世界上最大的具有商业价值的植物蛋白。随着我国经济建设的飞速发展,人们生活水平的日益提高,大豆蛋白常作为添加剂来改善食品的品质,在食品、医药保健食品、婴儿食品和饮料食品等领域得到越来越广泛的应用。然而,商用大豆蛋白的功能特性通常较差,很大程度地限制了其应用范围[1]。高压技术被认为是一种环境友好的物理改性手段,目前有高压微射流、高静压和传统动态高压处理。在样品高压微射流处理过程中,高速流动的蛋白质溶液快速通过具有一定几何形状的腔体,物料同时受到高速剪切、高频振荡、空穴效应和对流撞击等机械力作用和相应的热效应,由此引发的机械力化学效应可诱导生物大分子物理、化学及结构性质的变化[2]。由于其处理的时间短,温度低,效果独特,被认为是很有发展前景的一种低温物理加工方法[3]。Sathe[4]利用动态超高压微射流技术制备了亚微米级的乳状液;Iordache等[5]探讨了高压微射流处理对变...  (本文共5页) 阅读全文>>

《物理学报》2009年02期
物理学报

加载波前沿宽度对铝表面微射流的影响

1.引言冲击波从金属自由表面卸载时,可在金属表面产生微喷射现象.这一现象的研究对认识材料在高速碰撞或冲击等极端条件下的力学响应和破坏行为具有重要意义.金属表面形成微喷射的影响因素较多,机制复杂,如缺陷形成的微射流、近表面空穴和杂质形成的喷射、近表面层的微层裂等.目前,对这一领域的理论研究还处于探索阶段,相关文献报道较少.部分研究表明,在不同的材料状态和加载状态下,形成喷射的主导机制各不相同.在样品表面发生熔化之前,微射流机制可能是形成喷射的主要物理机制之一,值得深入研究.针对微射流机制,Asay[1,2]利用铝材料沟槽样品,实验研究了沟槽夹角对微射流总质量和质量速度分布的影响;韩长生[3]则从经典的定常射流理论出发,提出了一个估算冲击载荷下楔形槽表面微射流射量的半经验解析公式;陈军等[4]采用分子动力学方法模拟了不同夹角情况下,单晶铜的微观沟槽射流问题;文献[5]中,作者利用二维光滑粒子流体动力学程序模拟了沟槽微射流实验,研究了...  (本文共7页) 阅读全文>>