铝液在多孔介质中流动的水力模拟测试

本文采用单片微型机辅助测试系统对铝液在多孔介质中渗流的水力模拟流动进行了测试,通过与图像处理结果比较表明该测试稳定性好,灵敏度高,所测结果较真实地反映了流体反重力渗流的流动规律。     

基于Lattice-Boltzmann方法的多孔介质真空绝热特性

作为真空绝热板的芯材,多孔介质微尺度空间形貌结构及物性参数对其绝热性能影响较大。为研究多孔介质真空下的导热性能,选择颗粒状、纤维状和泡沫状3种典型多孔介质材料,并基于Lattice-Boltzmann(LBM)提出了一种随机构造多孔介质物理模型的方法。模型中重要参数结合多孔介质电镜扫描图像处理获取。采用D3Q15LBM模型进行数值模拟,并分析了真空度及颗粒/纤维/泡孔等效直径对导热系数的影响规律。模拟与实验的对比结果揭示了多孔介质真空下的导热系数随真空度及多孔介质物性参数的变化规律。     

基于多孔介质的发汗冷却特性数值研究

针对航空航天领域日益严峻的热防护需求,采用发汗冷却对受气动加热以及高温燃气侵蚀的热端部件进行热防护的技术方案受到广泛关注.本研究发展了适用于高超声速条件下的多孔介质发汗冷却数值分析方法,对相变发汗冷却数值分析方法进行验证及修正,进而获得具有较高准确度的多孔介质发汗冷却数值计算方法.对相变发汗冷却与外流场进行一体化耦合分...     

覆盖多孔介质的圆柱减阻特性和机理研究

多孔材料由于其独特的孔隙结构,可用于声学降噪以及流动控制领域。首先,采用大涡模拟（Large eddy simulation,LES）方法,开展了亚临界雷诺数条件下有、无覆盖多孔介质的圆柱绕流数值计算;其次,对比了两种不同工况的升、阻力系数大小,分析多孔介质的减阻控制效果;最后,结合气动力以及流场结构变化,揭示出多孔介质的减阻控制机理。研究结果表明：雷诺数为5.6×10⁴,圆柱表面后缘处铺设位置角为270°的多孔介质时,减阻效果可达到8.53%。由于多孔介质表面具有渗透性,一方面可提高多孔-流体交界面处的滑移速度,稳定圆柱表面的分离剪切层,降低涡脱落频率;另一方面,流体穿过多孔介质可产生类似微射流的作用效果,增强分离区圆柱表面的压力,降低圆柱上下游的压力差,从而显著减小圆柱表面的总阻力。     

装有多孔介质的封闭腔体中热驱动换热的数值研究

以涡轮叶片超级冷却技术为研究背景,用数值计算的方法,模拟了离心力场下装有多孔介质的封闭腔体中的热驱动换热现象。计算结果表明,在封闭腔体中加入大孔隙率多孔介质后确实能起到强化换热的效果,采用的固体介质的导热性越好,封闭腔体中流体的热驱动能力越强,换热效果越好。而且采用导热性比较好的固体介质时,在大孔隙率范围内,随着孔隙率的减少,封闭腔体中流体的热驱动能力和换热均得到增强。     

基于气体分子热力学特性的页岩渗透率修正模型

揭示页岩气微观渗流机理是当前页岩气藏开发中亟待解决的问题之一。为弄清气体在孔隙中的渗流机理,通过对孔隙中吸附气分子、吸附剂分子以及非吸附气分子两两相互作用方式进行分析,揭示不同作用对象的气体分子在孔隙中的运移机制。建立多重渗流机理耦合的页岩渗透率计算模型,并对不同参数的敏感性进行了研究。结果表明：1)页岩气微观渗流机理包括达西渗流、表面扩散和非吸附气扩散。通过引入有效分子平均自由程,修正了非吸附气模型,模型计算结果与实验测试结果具有较好的一致性。2)与现有的非吸附气三种扩散模型相比,该非吸附气扩散模型与理论分析结果一致性更好。3)饱和吸附量对渗流能力的影响由低压阶段的正向促进逐渐向高压阶段的负向抑制转变;储层的兰氏压力越高,渗流能力递减速率越快;温度对储层渗透能力起促进作用,但对渗透能力的提升效果先随储层压力增加而增加,储层压力超过3 MPa后,提升效果开始缓慢减弱。     

多孔介质传热传湿过程多层不连续问题的数值分析

提出了一种基于有限体积法预测非线性边界条件下多层多孔介质内的传热传湿过程的数值分析方法。求解过程中考虑了瞬态边界条件，从而避免了通常处理中边界条件设定为常数而给计算带来的误差，对于多层多孔介质每一层物性参数的非连续性，采用了有效的有限差分逼近处理。利用该处理对典型的三层墙体层与层界面处相对湿度的瞬态值进行了预测，计算结果与Liesen R J等的传递函数求解方法符合很好。     

隧道衬砌外水压力计算方法研究

隧道工程中地下水作用在衬砌上的外水压力是进行衬砌设计的一个重要因素,如何确定外水压力是隧道工程界迫切需要解决的一个问题。本文详尽论述了折减系数法、理论解析法、解析数值解法、水文地球化学方法和渗流理论分析法五种计算方法,并建立了渗流场与应力场的全耦合计算模型。     

SOFC多孔电极有效导热系数的实验和模型研究

固体氧化物燃料电池（SOFC）内部流动传热和化学反应复杂,容易产生热不平衡区。获取高精度的多孔电极有效导热系数对于建立多物理场耦合数值分析模型和电池热管理具有重要的意义。基于稳态法设计并搭建了多孔材料有效导热系统实验平台和测量系统,在372.1~932.4 K温度范围内详细测量了多孔电极实验样件温度分布,通过多孔材料内传热理论分析,基于现有EMT和ME1数学模型,利用比例因子t构造了温度修正的SOFC多孔电极综合有效导热系数的计算模型。同时通过对比孔隙率为0.2349~0.4178的3个实验样件表面温度的计算值和实验测量值,验证了该有效导热系数模型的有效性和高精度。     

管道系统激波运动的数值模拟

对激波在管道、活塞腔系统内运动的两种数值模型──一维非定常气体运动模型和二维轴对称气体运动模型，进行了数值模拟，其计算曲线（压力曲线、活塞速度、位移曲线）与相应的实验曲线符合较好，表明基于Ｇｏｄｕｎｏｖ格式的激波运动计算方法能成功地处理含有激波且边界条件复杂的管道系统内气体运动问题，因而能较精确地预测管道系统内详细的压力变化过程，特别是预测激波在管道系统内的传播过程。     

混气电解加工中两相流音速及阻塞机理研究

着重分析研究气液两相流音速特性及其阻塞机理。通过测量由小药量电雷管爆炸而产生的压力波传播速度，然后修正到音速。试验结果表明，气液两相流音速与气泡率、当地压力及其流型有关。由于气液混合物强烈的压缩性，混气电解加工间隙中易于出现类似可压缩气体的阻塞现象。     

金属板料的激光冲击变形分析及其实验研究

介绍了激光冲击变形机理和冲击波产生原因,并建立了激光冲击下的板料变形模型,且推导了板料变形量计算公式。根据爆轰波和爆炸气体动力学理论,建立了激光冲击成形中激光-能量转换体-靶材系统爆轰波压力的估算式,并根据冲击波压力估算式估算所需激光脉冲能量,从而探讨了板料变形与激光能量、冲击波压力之间的关系,并进行实验研究。实验结果表明,板料厚度对变形量的影响与变形理论模型的分析基本相同,其变形量随厚度的增加而呈指数曲线减小,其轮廓形状也由小圆锥形逐渐向小球冠状变化。     

B/L湍流模型在强压力梯度流场计算中的应用

对在湍流计算中已得到广泛应用的Ｂａｌｄｗｉｎ／Ｌｏｍａｘ（Ｂ／Ｌ）代数湍流模型进行了修正。修正后的Ｂ／Ｌ模型考虑了压力梯度及物面引射速度对内层ＶａｎＤｒｉｅｓｔ衰减因子的影响。与此同时,文中还用修正的Ｂ／Ｌ湍流模型对亚声平板附面层流动、拉伐尔喷管内的正激波／湍流附面层干扰流动进行了计算。计算与实验结果比较表明,修正后的Ｂ／Ｌ模型不仅可以更准确地计算具有强压力梯度的激波／附面层干扰区内流动压力分布,而且还可以准确地预报激波／附面层干扰引起的流动分离,从而为Ｂ／Ｌ模型的工程应用开拓了领域。     

数值模拟具有四个腔室的多分支管道二维非定常流动

应用基于Ｇｏｄｕｎｏｖ格式的二维非定常流数学模型，模拟具有四个腔室的多分支管道内的瞬变气体运动，以便对该气体运动的发展过程有一更好的了解。根据所给出的模型编制了相应的计算及绘图软件。数值模拟定量给出了多分支管道内详细的速度矢量场，压力样梯度场及各分支管道的质量流量变化曲线。并对多分支管道内非定常气体运动过程的某些特征做出了分析和讨论。计算结果表明：基于Ｇｏｄｕｎｏｖ格式的非线性波作用计算方法能成功地处理合压力波（包括激波）的传播发展和含复杂几何形状边界的多分支管道流动问题。因此该方法可以作为一个有效的数值分析工具，用来精确预测多分支管道内详细的压力变化、速度变化和质量流量变化的过程。     

负压实型铸造金属基复合材料的成型理论研究

负压实型铸造金属基复合材料的合金液前沿受到气化模气化产生的气体阻力Pc，凝固阻力Pf，毛细作用力Pc，自身重力G，纤维间的摩擦阻力f以及充型时端部紊流引起的非线性力等，其中气体的阻力，凝固阻力，毛细作用力是主要的作用力，文中通过分析影响这些作用力的因素，提出了改善合金液充填的有效途径；严格控制气化模中纤维的分布形态，使得合金液的充填速度均匀，控制浇注过程中的工艺参数，对纤维进行适当的表面处理，改善润湿性能等。     

双锥流量计气水两相流流量测量实验研究

设计了等效内径比分别为0.424、0.586的双锥流量计,并采用该流量计在多相流实验装置上开展了气水两相流参数测量实验研究。通过对双锥流量计上的差压波动信号时间序列进行分析,采用其特征值建立气水两相流分相含率测量模型;在分相流模型的基础上,通过分析准气相流量比和Lockhart-Martinelli常数的关系建立气水两相流流量测量模型。在多相流实验装置上进行了气水两相流参数测量系列实验,结果表明在实验范围内,所建立的体积含气率测量模型测量相对误差在5%以内;气液两相流总流量和液相流量测量误差在6%以内。气相流量的测量结果表明,在以空气和水为介质、干度很小的工况下,气相流量的测量相对误差明显大于总流量和液相流量的相对误差。     

波转子对小型燃气涡轮发动机性能的影响

波转子是一种自冷却动压交换设备,具有提高各种发动机和机械的性能与运行特性的特有优势。本文建立基于波转子技术的小型燃气涡轮发动机热力循环分析模型。研究了压气机、涡轮压比、燃烧工作条件变化等5种热力循环方案情况下波转子技术对小型燃气涡轮发动机性能的影响。探讨波转子嵌入燃气涡轮发动机后导致燃烧室工作环境的变化规律。在相同压气机压比、相同涡轮进口温度热力循环方案情况下,波转子技术提高燃气涡轮发动机性能最高,获得了基于波转子技术小型燃气涡轮发动机最佳性能优化区和燃烧室工作环境变化规律。     

基于流-固耦合方法的涡轮叶片热应力仿真

为真实模拟超高速转子的工作性能,必须对涡轮叶片进行流体-热-结构耦合分析。将有限元软件中提供的流-固耦合仿真技术应用到涡轮叶片瞬态传热计算中,利用ANSYS CFX建立了涡轮叶片与高温燃气的流-固耦合传热模型,该模型既包括了固体与固体之间的接触传热,也包括了流体与固体之间的耦合传热。以某涡轮转子为例进行了流-固-热耦合分析仿真计算,获得叶片的瞬态温度场分布和热应力。在此基础上结合整个涡轮叶片的实际工作状况对其模拟结果进行定性分析,验证其分析方法的可行性,为实际涡轮叶片设计优化提供了理论依据,有助于叶片加工工艺方法的改进,其分析方法对类似问题的处理也很有借鉴意义。     

机械加工对烧结金属多孔材料孔隙的影响

建立了烧结金属多孔材料连通孔隙形成的模型,通过控制机械压制压力获得了一定孔隙率的金属多孔材料。为了拓展烧结金属多孔材料在工业领域中的应用,文中研究了放电线切割、水切割和磨削加工对材料表面孔隙结构及材料透气性的影响,采用扫描电镜和显微镜分析了材料加工后表面上孔隙的形貌。实验结果表明,放电线切割、水切割和磨削对烧结金属多孔材料加工之后,材料被加工的表面孔隙被部分堵塞,材料的透气性有一定程度的降低,但材料内部的孔隙仍有较好的连通性。