Theoretical,Simulation and Experimental Analysis of Microfluidic Droplet Generation and Recovering Process with Applications in Frying Oil Assessments

The research on microfluidic droplet size prediction has been extensive and fruitful, while the droplet deforming process has been seldom studied. In this paper, a frying-oil-assessing microfluidic device was designed to study the droplet deforming and recovering processes, which were dominated by channel geometry, flow rates, sheath flow viscosity and interfacial tension of the two phases. Theoretical expressions of the deforming process and its extreme value were obtained for the first time, supported by simulation and experiments. Theoretical, simulation and experimental results indicated that the steady-state droplet length could be a useful parameter for frying oil assessment.     

雾化液滴尺寸和速度分布函数的推导

为了增强雾化液滴质量和热量的传递,有效预测与评价喷雾质量,应用最大熵原理和动量守恒定律推导出了新的雾化液滴尺寸和速度的概率密度分布函数,包括数目分布函数、数目微分分布函数、体积分布函数、体积微分分布函数与总体积公式。当不考虑速度分布时,推导的喷雾液滴尺寸分布与曹建明先前推导的尺寸分布具有完全相同的形式,其分布函数是Nukiyama-Tanasawa型雾化液滴尺寸分布函数的一种特定形式,推导结果具有普适意义。     

基于最大熵原理的喷雾液滴尺寸和速度联合分布函数

应用最大熵原理和动量守恒定律,从理论上建立了喷雾液滴尺寸和速度联合分布函数。应用该方程编制数值计算程序,对纯柴油与质量掺混比为30%(L30)的柴油/液化石油气(LPG)混合燃料的喷雾液滴尺寸和速度联合分布进行了数值计算,比较了两种燃料的雾化特性。比较结果表明:由于L30闪急沸腾效应的影响,其液滴尺寸分布曲线的峰值明显高于柴油的分布曲线峰值,且峰值和曲线整体趋势都向小颗粒方向偏移,说明喷射L30产生的液滴颗粒比柴油颗粒小;L30的速度分布曲线峰值较高,且位于小速度范围,说明小速度液滴所占的比例更大。液滴尺寸与速度(D-u)等高线图表明:液滴颗粒越小,其速度分布范围越广;液滴速度越小,其尺寸分布范围越大。L30液滴尺寸与速度联合分布的收敛速度较快,说明L30喷雾所产生的小颗粒和小速度液滴更加密集,雾化质量更佳。     

相场法模拟悬浮熔融硅液滴内部对流及自由界面变形现象

为了模拟具有高密度比的两相流,提出采用牛顿迭代求解半隐式格式离散Cahn-Hilliard方程的方法,应用相场法模拟水的溃坝流和水下气泡的上升变形过程,发现水碰到右边壁面时,水面上卷,气泡在浮力作用下逐渐上升,从球形逐渐变为帽形,模拟结果与界面跟踪法模拟结果一致,验证了数值算法的正确性.在此基础上,数值模拟了悬浮熔融硅液滴的流动、变形过程,结果表明,具有初始变形的液滴在表面张力的作用下逐渐收缩,液滴内产生对流,然后,液滴逐渐变为长条状,液滴内分布着4个涡胞,沿纵向排列.     

变间距弧型除水器动力学特性研究

根据N-S方程组描述了冷却塔变间距弧型除水器内的气液两相流动,采用SSTk-ω模型及颗粒轨道模型对方程组进行封闭,针对除水效率建立了该类除水器的数学模型.通过调节结构参数（除水器板间距）和工况参数（气体流速、液滴直径）,对弧型除水器内多相流流场进行数值模拟计算,分析了各参数对变间距弧型除水器分离效率和压降的影响,提出了提高脱水率的可行性方案.研究发现：液滴直径越大,双通道的弧型除水器的除水效率越高;在低于临界流速的情况下,气速越大,分离效率越大,但达到临界速度以后,变化就不明显;相邻的两个折板间距越小,除水器除水效率越高.     

Investigation on Zener-Hollomon Parameter in the Warm-Hot Deformation Behavior of CF53

The warm-hot deformation behavior of CF53 steel was studied with hot compression tests at temperature of 1 123 ~1 273 K and strain rate of 0.1~20 s -1 . The activation energy for warm-hot deformation is 274.816 kJ/mol. The influences of Zener-Hollomon parameter, strain and grain size imposing on the flow stress were analyzed in the temperature range of warm-hot forging. Based on the creep theory and mathematic theory of statistics, mathematical models of flow stress were obtained. The results provide a scientific basis for controlling microstructure of forging process through Zener-Hollomon parameter.     

Understanding Spray Coating Process: Visual Observation of Impingement of Multiple Droplets on a Substrate

Spray coating is a facile deposition process with numerous existing and emerging applications. However, spray coating is a stochastic process comprising impingement of many droplets which upon impact on a heated substrate may dry or solidify individually or coalesce first to form a thin liquid film and then dry to yield a thin solid film. There is very limited knowledge on how this process occurs; therefore in this work, high speed imaging is used to visualize the spray coating process. Two model solutions including food-dye with properties like those of water, and poly (3, 4-ethylenedioxythiophene): poly (styrenesulfonate) (PEDOT:PSS), a polymeric solution, are sprayed onto permeable glossy paper and regular impermeable glass substrates. Substrates are kept at room temperature and 80 °C elevated temperature. In some cases, a vertical ultrasonic vibration is imposed on the substrate to study its effect on the coating process. It is observed that the spray coating process is highly random and stochastic. A higher substrate temperature results in a better coating process in that a more uniform and defect-free coating forms. Imposed vibration in the case of glossy paper substrates results in better droplet spreading and more uniform coating. The results also show that under the conditions of these experiments, impinged droplets dry individually or as islands of multiple coalesced droplets to form a coating. In other words, at used spray flow rate and spray droplet size, a continuous thin liquid film does not form prior to drying even at room temperature. Further systematic studies and high magnification lenses are required to visualize and understand the details of the process.     

漏斗型峡谷桥址区平均风特性的数值模拟

结合某大跨悬索桥所在山区地形,研究了漏斗型峡谷这一特殊构造地形的桥址区平均风特性,为大跨度桥梁在漏斗型峡谷地区的抗风设计提供依据.首先,建立实际地形的数值模型,并利用Fluent软件对24个不同来流工况进行比较分析;然后,将整体模拟结果与实测结果进行对比,验证数值模拟的合理性;最后,通过模拟结果的对比分析,探讨漏斗型峡谷桥位对风速大小、风攻角、风向角在不同来流方向的影响规律,分析平均风速随攻角分布的特点以及不同位置处的竖向风剖面特性.研究结果表明：漏斗型峡谷桥址区存在明显峡谷风加速效应;漏斗型地形对桥址区来流的攻角和风向分别表现为弱扰乱性和高导向性,来流攻角和风向分别稳定集中在-5°～0°和25°～30°;峡谷中风速对攻角变化的敏感性更高.     

车联网环境下的动态Robertson车队离散模型

传统Robertson车队离散模型参数估计是基于历史数据,不能很好地反映交通流的动态变化特征,为解决这一问题,构建了车联网环境下的动态Robertson车队离散模型.考虑到车联网环境下车辆的行程时间数据易于获得,基于此可对Robertson模型的相关参数进行实时动态估计建立动态Robertson车队流量离散模型.通过实际调查数据,分析了上游交叉口车辆离去流率与下游交叉口车辆到达流率的关系,并将文中模型与静态Robertson模型、实际观测数据进行了比较分析.结果表明,文中动态模型更能反映交通流的车队离散规律,与静态Robertson模型相比,平均预测均方误差减少了30.68%.      

Three-dimensional numerical simulation of splat formation on substrates in plasma spraying

Plasma sprayed coatings are built up by the accumulation of splats formed by the impacting, spreading and solidifying of molten droplets on the substrate. A three-dimensional computational model including heat transfer and solidification is established to simulate the formation process of a single splat using the computational fluid dynamics (CFD) software, FLUENT. The fluid flow and energy equations are discretized and solved according to typical finite volume method on an unstructured grid. A volume of fluid (VOF) tracking algorithm is used to track the droplet flow with free surface. In order to understand the splat formation mechanism, the process of splat formation caused by impacting and spreading of a molten nickel droplet on a polished mild steel surface is simulated. On this basis, the simulations of impact of a molten droplet on substrate with different conditions including the surface morphology, thermal conductivity, initial temperature of the substrate and the thermal contact resistance are presented. The results clearly show the effect of those parameters on the shape of the final splat and splash behaviors.     

Experimental study on the liquid slug of cryogenic slug flow in inclined tubes

An experimental study was carried out to understand the phenomena of the boiling flow of liquid nitrogen in inclined tubes with closed bottom by using a high speed motion analyzer.The experimental tubes are 0.018 and 0.014 m inner diameter(ID) and 1.0 m in length.The range of the inclination angle is 45°-90° from the horizontal.The experimental observation on the liquid slug was carried out along the tubes.Statistical method was employed to analyze the experimental data.The experiment analyzed the influences of the inclination angle and the tube diameter on the liquid slug length and velocity.The results show the liquid slug propagation velocity increases with the decrease of inclination angle θ.For all cases,the maximum values of the mean liquid slug lengths were obtained at θ = 60°.The mean liquid slug lengths were greater for large tube at higher tube position.These conclusions provide a basis for further study liquid slug of cryogenic two-phase undeveloped slug flow.     

行程时间服从混合高斯分布的车队离散模型

为充分描述异质交通流条件下的车队离散规律,为信号配时优化、公交优先控制提供理论基础.考虑异质交通流条件下车辆行程时间分布特点,采用混合高斯分布拟合车辆行程时间分布.基于此,从流量角度推导了异质交通流条件下车队流量离散模型.通过实际调查数据,分析了下游交叉口到达流率分布与上游交叉口离去流率分布之间的关系,并将本文模型与Robertson模型、实际数据进行比较分析.结果表明,本文模型能够更好地描述异质交通流条件下的车队离散规律,与Robertson模型相比,平均预测均方误差减少了27%.     

�����й����ͨ��������������ɳ�����

目前国内许多大城市都在建设或者规划城市轨道交通,客流资料是项目的必要性论证、方案比选、确定系统规模、进行效益分析的基础,科学合理地预测客流已成为决策中面临的重大课题,及时总结城市自身的轨道交通成长规律和客流特征,有助于提高客流预测的准确性.本文根据广州已开通的八条轨道线运营资料,对轨道交通从单线向网络转变过程中的成长规律和客流特征进行分析.最后,从公交整体水平提升、换乘点接入、站点周边用地开发、以及轨道票价制定等方面提出相关建议,为我国轨道交通客流预测水平的提高奠定基础,为轨道交通的建设、运营提供参考.     

基于Robertson 模型的异质交通流车队离散研究

为充分描述异质交通流条件下的车队离散规律,为信号协调控制提供理论基础,结 合异质交通流条件下的车流特征和Robertson 模型计算速度快的优点,对多股交通流分别建 模,并在此基础上构建异质交通流车队流量离散模型.通过实际调查数据,分析下游交叉口到 达流率分布与上游交叉口离去流率分布之间的关系,并将本文模型和Robertson 模型与实际 数据进行比较分析.结果表明,与Robertson 模型相比,本文模型能够更好地描述异质交通流条 件下的车队离散规律,平均预测均方误差减少了8.29%.     

基于支持向量机的稀土萃取过程建模方法

支持向量机算法用于软测量建模能较好地解决小样本、非线性、高维数、局部极值等问题、本文针对稀土萃取过程组分含量在线检测的难题,将具有径向基（RBF）核函数的支持向量机算法应用于稀土萃取过程组分含量软测量建模,并讨论了模型参数的选择及其对模型的影响、通过某稀土公司生产过程实际采集数据的仿真试验,结果表明基于支持向量机算法的组分含量软测量模型具有较高的泛化能力和较快的预测速度,是实现稀土萃取过程组分含量软测量的一种有效方法、     

柴油与LPG/柴油双燃料喷雾特性的对比

采用高分辨率数码照相机对柴油与LPG／柴油混合喷雾特性进行了对比研究。结果表明，随着LPG掺混比的增大，喷雾油滴的平均直径减小，油滴尺寸数目分布曲线向小颗粒方向偏移，小颗粒油滴数目增多，雾化质量提高，使发动机碳烟排放大幅度降低；大颗粒油滴尺寸变化不大，小颗粒油滴尺寸变小，相对尺寸范围和发散边界扩大。随着喷雾贯穿距离的增大，柴油油滴的粒度增大；混合燃料的油滴尺寸的数目分布向小颗粒偏移，累积容积油滴直径则增大；相对尺寸范围和发散边界呈减小趋势，油滴容积分布在较大油滴的范围内渐趋均匀；喷射距离较长，油束射程总是等于油束到达燃烧室壁面的最大距离。     

基于时空轨迹跟踪的交通流特性参数检测分析

基于视频的交通流检测在智能交通系统中具有重要意义.本文针对广泛采用的低位摄像机,提出了一种交通流特性参数的检测分析方法.首先基于三级虚拟检测线和自适应更新率局部背景建模来快速提取车辆特征点并消除活动阴影对提取精度的影响;然后基于Adaboost（Adaptive Boosting, 自适应增强）分类器实现特征点按车分组,并在跟踪过程中根据运动特征相关度消除分组误差,获取高精度的车辆轨迹;进而自动生成多车道轨迹时空图并提取各车道交通流的多种特性参数.实验结果验证了算法的高效性;同时,自动生成的多车道轨迹时空图也为更多的交通信息获取和更深入的交通流特性分析提供了有力支持.     

放宽条件定点集结模式下编组站车辆 集结排队系统分析

集结模式决定了货车集结过程的结束条件，定点集结是一种高效率的集结方式，有利于提高运输质量.针对放宽条件定点集结模式下编组站车辆集结过程，建立离散时间批到达批服务排队模型，利用嵌入式马尔可夫链方法求得离去时刻瞬时系统集结车辆队长分布，并求得任意时刻车辆集结队长分布，在此基础上分别分析了最小编成辆数，车组大小分布，车流到达强度，服务时间间隔分布对车辆平均集结队长，集结延误时间，效率，一昼夜发送车流量等系统指标的影响.分析结果表明，各因素对车辆集结排队系统影响明显.因此，利用本文提出的模型能为编组站的精细化管理和车流组织优化提供决策参考.     

放宽条件定点集结模式下编组站车辆集结排队系统分析

集结模式决定了货车集结过程的结束条件，定点集结是一种高效率的集结方式，有利于提高运输质量.针对放宽条件定点集结模式下编组站车辆集结过程，建立离散时间批到达批服务排队模型，利用嵌入式马尔可夫链方法求得离去时刻瞬时系统集结车辆队长分布，并求得任意时刻车辆集结队长分布，在此基础上分别分析了最小编成辆数，车组大小分布，车流到达强度，服务时间间隔分布对车辆平均集结队长，集结延误时间，效率，一昼夜发送车流量等系统指标的影响.分析结果表明，各因素对车辆集结排队系统影响明显.因此，利用本文提出的模型能为编组站的精细化管理和车流组织优化提供决策参考.     

����ʱ�չ켣���ٵĽ�ͨ�����Բ���������

基于视频的交通流检测在智能交通系统中具有重要意义。本文针对广泛采用的低位摄像机,提出了一种交通流特性参数的检测分析方法。首先基于三级虚拟检测线和自适应更新率局部背景建模来快速提取车辆特征点并消除活动阴影对提取精度的影响;然后基于Adaboost（Adaptive Boosting,自适应增强）分类器实现特征点按车分组,并在跟踪过程中根据运动特征相关度消除分组误差,获取高精度的车辆轨迹;进而自动生成多车道轨迹时空图并提取各车道交通流的多种特性参数。实验结果验证了算法的高效性;同时,自动生成的多车道轨迹时空图也为更多的交通信息获取和更深入的交通流特性分析提供了有力支持。