【摘 要】
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毛细管浸入液体中,其内部液面发生升降是一个常见的自然现象,液面高度的变化通常可以由朱琳准则判断,但该准则无法满足液体界面高精度的需求。在本文中,根据杨-拉普拉斯方程求解了毛细管内液柱顶端弯液面的实际形状,研究了液柱高度变化的精确解答,给出了平面模型和轴对称模型中弯液面形貌的理论解。将模型计算结果与朱琳准则、修正的朱琳准则以及利用Surface Evolver软件仿真的结果进行了比较,结果表明,当两
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毛细管浸入液体中,其内部液面发生升降是一个常见的自然现象,液面高度的变化通常可以由朱琳准则判断,但该准则无法满足液体界面高精度的需求。在本文中,根据杨-拉普拉斯方程求解了毛细管内液柱顶端弯液面的实际形状,研究了液柱高度变化的精确解答,给出了平面模型和轴对称模型中弯液面形貌的理论解。将模型计算结果与朱琳准则、修正的朱琳准则以及利用Surface Evolver软件仿真的结果进行了比较,结果表明,当两块平行板之间的距离或毛细管的直径变大时,朱琳准则和修正的朱琳准则会引起较大的误差,必须根据杨-拉普拉斯方程计算弯液面的轮廓形态。这些发现将有助于更好地理解毛细作用和润湿机理,对于驱油、矿物浮选、建筑材料制备、纺织工业等领域具有一定的启示意义。贾敏效应是两相流体在毛细孔道中流动时,由离散的气泡或液滴引起阻力现象。它影响着流动的速度与压力,一直受到许多工程领域的关注,如注水驱油、微流体流动、粘度测量、多孔隙介质和复合材料成形等,但目前对贾敏效应开展的定量全面的研究仍比较缺乏。贾敏效应一般由接触角滞后或孔道几何形状的收缩引起,本文根据质量守恒原理和杨-拉普拉斯方程建立了计算贾敏效应阻力的理论模型,并探究了不同孔道构型的影响。同时,本文通过实验、模拟和理论分析,定量的研究了由孔道的收缩引起的贾敏效应对驱动压力的影响及其产生的阻力。结果表明,在气泡通过突变型孔喉的过程中,最大阻力发生在初始进入或最后脱离孔喉的时刻,只有驱动压力大于流动阻力,流体才能克服贾敏效应,否则将造成堵塞。此外,流体的润湿性、气泡的大小、孔喉结构都对阻力有一定影响。利用量纲分析,提出了关于临界压力的无量纲数,探索了临界压力和系统各种参数之间的关系,并在此基础上提出了一种计算临界压力的经验公式,可用于工程计算。本文所提出的定量评估贾敏效应的方法为降低贾敏效应危害及合理利用提供了理论依据,具有较强的实际工程应用前景。
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