充液弹性毛细管低温相变的力学分析

作者：陶泽; 李墨筱; 提飞; 刘勇岗; 刘少宝^*; 卢天健^*

来源：应用数学和力学, 2021, 42(10): 1045-1061.

• 相变
• 界面张力
• 冻胀
• 热毛细弹性数
• 冻毛细弹性数

充液弹性毛细管广泛存在于生物体(如毛细血管、植物导管等)和工程领域(如微流控冰阀门、制冷系统热管、MEMS微通道谐振器等).低温工作环境中,充液弹性毛细管内部的液柱会发生相变并引发冻胀效应,从而导致管壁的变形、损伤乃至断裂.该文建立并求解了考虑温度梯度、界面张力及液体冻胀作用的弹性毛细管平衡方程,分析了液柱低温相变过程中毛细管壁的径向和环向应力,发现管壁应力分布受热毛细弹性数和冻毛细弹性数的影响,且影响大小跟壁厚相关.该研究不仅有助于理解生物体内充液弹性毛细管冻胀失效机制,还可为MEMS微流控芯片的抗冻胀失效设计提供理论指导.

• 单位
  机械结构力学及控制国家重点实验室; 南京航空航天大学