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师资队伍

张静刚

天博综合克罗地亚app:张静刚

博士

校聘副教授硕士生导师

学科: 供热、供燃气、通风及空调工程

邮箱：jinggangzhang@stu.xjtu.edu.cn;jinggangzhang@xauat.edu.cn

研究方向：

计算流体力学、含表面活性剂液滴的动力学、多孔介质内多相渗流流动、含表面活性剂的高密度比两相流动算法

教育背景

2014年~2017年天博综合克罗地亚app，建筑与土木工程专业，工学硕士；

2017年~2022年西安交通大学，动力工程及工程热物理专业，工学博士。

工作经历

2022年至今天博综合克罗地亚app，天博综合克罗地亚app，校聘副教授。

典型算例

1.液滴在固体壁面的运动、变形和破裂现象广泛存在于石油、化工和环境领域，如土壤地下水修复、提高油气采收率和二氧化碳地质封存等。在上述过程中，添加表面活性剂会显著地减小两流体间的界面张力和改变壁面润湿属性，导致含表面活性剂液滴动力学行为与干净液滴存在显著差异。课题组根据杨氏方程和Langmuir状态方程建立了接触角与表面活性剂界面浓度之间的函数关系，并通过接触角几何公式实施动态接触角，在格子玻尔兹曼框架下发展了包含表面活性剂浓度影响的润湿边界条件；研究了库塔流中含表面活性剂的液滴在静止壁面上的运动、变形及破裂行为，并对比分析了表面活性剂在不同粘性比下对液滴破裂临界毛细数的影响规律。

图1 不同粘性比下干净液滴的破裂临界毛细数

图2 不同粘性比下含表面活性剂液滴的破裂临界毛细数

2.在液滴生成实验中，通常会添加过量的表面活性剂（远高于临界胶束浓度）到微流体系统，导致由表面活性剂在界面非均匀分布产生的马兰戈尼应力完全被抑制。此外，表面活性剂往往具有毒性，过量添加表面活性剂不仅对人体健康产生不利影响，而且会产生巨大的分离成本。为选择合理的表面活性剂浓度，本课题组发展了含可溶表面活性剂的两相流动计算方法，研究了表面活性剂浓度对微通道中液滴生成模式、生成液滴尺寸、通道上游压力以及主通道压力变化的影响规律。以下是不同表面活性剂浓度下液滴生成情况对比：

图3 不同表面活性剂浓度下液滴生成过程。从(a)至(d)表面活性剂浓度分别为0, 0.2, 0.35和0.4。

3.液滴自发输运在油气输运、水收集、祛湿、可穿戴电子器件的汗液收集等领域具有广泛的应用。驱使液滴自发输运的驱动力通常包括润湿梯度、温度梯度或形状梯度，其中形状梯度是最简便的一种。产生形状梯度最简单的方法是破坏基质前端和尾部的对称性，例如锥形结构。当毛细力占主导时，放置于锥形结构表面的液滴会自发的从锥尖输运到锥基。目前，普遍认为液滴在锥形表面自发输运的驱动力源自于几何曲率差引起的拉普拉斯压力梯度。然而，压力梯度取决于液滴内部流体流动和界面弯曲，而非压力梯度驱动液滴自发输运。为探索液滴在锥形表面自发输运机理，课题组首先将格子玻尔兹曼颜色模型拓展到变密度比系统，并通过“预估-矫正”方法实施接触角，发展了适用于复杂几何结构的非等密度比两相流动模型。随后，基于该模型并从移动接触线的角度合理地解释了液滴在锥形表面自发输运机理，即表观前进和后退接触角分别大于和小于施加的接触角，为使表观前进和后退接触角与施加的接触角相等，前进和后退接触线均会向基底运动（见图4）。

图4 液滴在锥形表面自发输运示意图

论文还系统地研究了Bond数、润湿性、锥角和液滴体积对液滴自发输运速度、平衡位置和液滴形状的影响规律。

图5 Bond数对液滴稳态形状和位置的影响

4.常规水驱开采之后，储层中的剩余油被毛管力捕获，滞留于岩石孔隙。添加表面活性剂既能降低油水界面张力，又能改变壁面润湿属性，已成为提高原油采收率的有效技术手段。通过数值模拟能够推测发生在多孔介质内部尚未实验或者不便实验的微观流动过程，并容易分析各种相关因素的影响和获得具有普遍意义的物理规律。因此，申请人课题组发展了精确、实用性好的含表面活性剂的两相流动计算模型，拓展了模型处理复杂几何润湿边界的能力，并在此基础上对含表面活性剂的多相渗流规律进行研究，为深刻认识表面活性剂驱采油机理奠定基础。以下是表面活性剂对多孔介质能两相渗流流动的影响：

图6 不同粘性比下，表面活性剂对多孔介质内渗流流动

主讲课程

传热学（助教）

科研成果

2023年

[1] Gu QQ, Zhang JG, Liu HH, Wu L. Numerical study of droplet behavior passing through a constricted square channel, Physics of Fluids. 2023(35): 076611. (共同一作, SCI二区TOP期刊）

[2] Zhang JG*, Shen H, Cui HH, Chen L, Chen LG. The dynamic behavior of a self-propelled droplet in a conical fiber: A lattice Boltzmann study, Physics of Fluids. 2023(35): 082119. (SCI二区TOP期刊, Editor's Pick论文）

[3] Zhang JG*, Cui HH, Liu HH*, Chen L, Zhang XT, Li CL. The surfactant role on a droplet passing through a constricted microchannel in a pressure-driven flow: A lattice Boltzmann study, Langmuir. 2023 (Accepted) (SCI二区TOP期刊)

2022年

[4] Zhang JG, Zhang XT, Zhao W, Liu HH, Jiang YH. Effect of surfactants on droplet generation in a microfluidic T-junction: A lattice Boltzmann study. Physics of Fluids. 2022(34): 042121. （SCI二区TOP期刊，被引用9次）
[5] Zhang JG, Zhao W, Liu HH, Xi G. Numerical study of surfactant effects on the rise of a single bubble and two coaxial bubbles. International Communications in Heat and Mass Transfer. 2022(137): 106284. （SCI二区期刊，被引用8次）

[6] Zhang XT, Zhang JG, Liu HH. How the presence of particles at the interface influences the droplet deformation in a simple shear flow? Powder Technology, 2022(411): 117920.（SCI二区TOP期刊）

2021年

[7] Zhang JG, Liu HH, Zhang XT. Modeling the deformation of a surfactant-covered droplet under the combined influence of electric field and shear flow. Physics of Fluids, 2021(33): 042109. (SCI二区TOP期刊，被引用21次)
[8] Zhang JG, Liu HH, Wei B, Hou J, Jiang F. Pore-scale modeling of two-phase flows with soluble surfactants in porous media. Energy & Fuels. 2021(35): 19374-19388.（被引用8次）

[9] Li S, Liu HH, Zhang JG, Jiang F, Xi G. Modeling of three-phase displacement in three-dimensional irregular geometries using a lattice Boltzmann method. Physics of Fluids, 2021(33): 122108.（SCI二区TOP期刊，被引用12次）

2020年

[10] Liu HH, Zhang JG, Ba Y, Wang NN, Wu L. Modelling a surfactant-covered droplet on a solid surface in three-dimensional shear flow. Journal of Fluid Mechanics, 2020(897): A33. (流体力学TOP1期刊，博导一作，被引用31次）

[11] Zhang XT, Liu HH, Zhang JG. A new capillary force model implemented in lattice Boltzmann method for gas-liquid-solid three-phase flows. Physics of Fluids, 2020(32): 103301.（SCI二区TOP期刊，被引用16次）

2019年

[12] Zhang JG, Liu HH, Ba Y. Numerical study of droplet dynamics on a solid surface with insoluble surfactants. Langmuir, 2019(35): 7858-7870 .(SCI二区TOP期刊, 被引用25次)

2018年

[13] 崔�：�，张永波, 张静刚, 张鸿雁, 陈力. 微孔道内渗透现象的数值模拟[J]. 天博综合克罗地亚app学报（自然科学版）, 2018, 50(02): 277-284.

科研项目

一、主持项目

1、国家自然科学基金青年基金项目，T型微通道内含表面活性剂的液滴界面失稳机理研究，2024.01-2026.12。

二、参与项目

1、国家自然科学基金面上项目，含表面活性剂的两相驱替微观渗流机理及模型研究，2019.01-2022.12；

2、陕西省自然科学基金项目，表面活性剂影响下两相驱替微观渗流机理研究，2019.01-2020.12。

学术会议

1、第六届“非平衡输运问题的建模及数值方法”研讨会，湖北省武汉市洪山区珞喻路78号宏嘉酒店六楼多功能会议厅，2023.06.16-2023.06.18。

社会兼职

Physics of Fluids 期刊审稿人

发布日期：2023-02-27 17:46:03点击量：

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