三维炭纤维预制体孔隙模型与气体传质计算

通过建立三维正交结构炭纤维预制体宏观孔隙网络结构几何模型和化学气相渗透（CVI）工艺过程中反应气体在孔隙网络中的数学传质模型，研究预制体的孔隙网络结构对CVI工艺过程中气体的比渗透率和复合材料最终致密度的影响。研究结果表明：三维正交结构炭纤维预制体的宏观孔隙结构在空间上可以看成是由呈周期性排列的体心立方“晶胞”构成：X,Y和Z3个方向纤维束直径大小及比例关系决定三维正交结构炭纤维预制体宏观孔隙网络的结构和形状，也是决定反应气体在孔隙中的比渗透率和复合材料最终致密度的重要因素；当X,Y和Z3个方向纤维束直径的比例关系一定时，不同预制体在CVI增密过程中比渗透率随孔隙率变化的趋势相同；复合材料的最终致密度一定；比渗透率随纤维束直径增大而略有增大。     

基于石墨微晶表面模型的热解碳沉积过程Monte Carlo模拟

以石墨微晶的基平面作为碳/碳复合材料化学气相渗透(chemical vapor infil-tration,CVI)制备工艺热解碳基体的表面模型,基于CVI工艺中存在的Particle-Filler(P-F)热解碳沉积模型和Langmuir-Hinshelwood(L-H)模型,利用Monte Carlo(MC)方法对热解碳基体生长中所伴随的微观织构形成过程进行了模拟,对CVI工艺中热解碳基体织构内部的界面形成过程进行了分析.研究结果表明,随着气相成分组成参数R(C6与C2浓度比)的变化,热解碳基体的织构形成过程曲线呈现"S"形特征变化.线性稳定性分析结果表明,该曲线具有双稳态分布的特征.进一步的计算结果表明,不同织构的热解碳双稳态转变存在一个迟滞区域,且此区域大小明显受气相成分组成参数的影响.     

基于多通道流场与热场控制的C/C复合材料制备与工艺优化

纤维增强复合材料以耐高温、高比强度等优点在航空航天领域得到广泛应用，为有效提高多孔复合材料沉积过程的可控性与均匀性，该研究提出一种基于双温区-双通道结构的双工艺化学气相渗透/沉积(chemical vapor infiltration/deposition, CVI/CVD)系统。基于装备设计-建造-理论-制备-优化的一体化研究思路，对该系统制备碳纤维增强碳基复合材料(C/C复合材料)进行工艺设计与优化研究。通过建立流动、传热和物质传递反应模型，分析了温度、速度、浓度对致密化过程的影响，其中降低沉积温度能够提高厚度方向的沉积均匀性，通过改变空间温度梯度能够实现沉积位置的控制，初始速度、浓度的匹配能够提高致密化效率。利用双工艺CVI/CVD系统对多孔复合材料进行两步法沉积模拟，验证了C/C复合材料沉积样件均匀性控制与工艺优化的可行性。     

CVI-RMI法制备C/SiC复合材料的微观结构与弯曲性能

以T700炭纤维准三维编织针刺整体毡为预制体,在炭纤维表面CVI预沉积热解炭涂层,利用化学气相渗透-反应熔体浸渗法(CVI-RMI)制备C/SiC复合材料,观察材料的微观形貌,并探讨界面对弯曲性能的影响。研究结果表明:利用CVI-RMI联合工艺制备的C/SiC复合材料致密度高,开孔率较小(10%),基体分布均匀;材料弯曲强度达133 MPa,呈逐层破坏机制,表现出良好的假塑性;热解炭涂层与CVI-SiC基体减少了RMI工艺过程对炭纤维的损伤,且热解炭涂层调节了炭纤维与基体之间的界面结合状况,有利于纤维的拔出。     

纳米碳管增强陶瓷基复合材料热残余应力分析

针对纳米碳管与陶瓷材料热膨胀系数的差异导致的热失配问题,采用复合材料细观力学方法,利用有限元分析软件ANSYS建立了不同长径比的纳米碳管增强陶瓷基复合材料模型,模拟降温冷却过程中纳米碳管的性质对纳米碳管增强陶瓷基复合材料热残余应力变化特征的影响;利用轴对称体弹性力学理论导出纳米碳管贯穿陶瓷基体时纳米碳管增强复合材料的热残余应力解析式,所得结果与数值模拟结果一致,证明数值模拟方法的可靠性.研究表明:纳米碳管的弹性模量、热膨胀系数、体积分数、长径比和温度差等因素的变化对复合材料热残余应力有不同程度的影响.     

聚乙二醇柔性间隔基纳米SiO2增韧环氧树脂性能研究

采用聚乙二醇对纳米二氧化硅粒子表面进行改性,制备了具有柔性间隔基的纳米硅粒子及其与环氧树脂的复合材料,并对其结构进行了红外光谱表征和力学性能测试.结果表明,聚乙二醇能对纳米硅刚性粒子进行有效包覆,从而在纳米硅粒子表面成功地引入了柔性间隔基,改善其与环氧树脂基体的黏结性能.该复合材料的韧性明显得到改善.     

单颗粒增强复合材料破裂过程的数值模拟

采用MFPA^2D数值模拟软件,对单颗粒增强增韧脆性基复合材料在单轴拉伸荷载作用下经变形、损伤直至破坏的全过程进行模拟．模拟结果表明脆性基体分别加入复合刚性颗粒和柔性颗粒后具有不同的破坏机制,加入刚性颗粒对材料的强度没有的改善,而加入柔性颗粒后材料的强度虽有所下降,但材料的韧性可以得以显著提高．     

准三维C/C复合材料的压缩性能及其破坏机理

以炭纤维针刺毡为预制体,分别采用CVI法和CVI与结合液相法相结合的方法制备热解炭、树脂炭和沥青炭基质的准三维C/C复合材料,并研究了这些材料的压缩性能及其破坏机理。研究结果表明:压缩强度随致密度提高而增大;炭基体对压缩强度的影响从大到小依次为CVI炭,树脂炭和沥青炭;树脂炭的垂直压缩强度与CVI炭的垂直压缩强度相近,两者都高于沥青炭;3类基质炭试样的压缩破坏均表现为韧性断裂方式,其中平行压缩主要以分层劈裂的方式破坏,致密度较低的试样垂直压缩呈现出压溃破坏,致密度较高的试样垂直压缩表现为剪切破坏或分层破坏。     

利用水平外力总功研究PVA纤维增强水泥基复合材料韧性

为了研究对比PVA纤维、玻璃纤维、钢纤维水泥基复合材料和高强(钢纤维)混凝土的韧性,采用楔入劈拉法利用荷载与裂缝张口位移曲线(P-WCMOD)下包围的面积值并考虑夹具影响后水平外力做的总功作为评价指标进行对比.实验结果表明:水泥基体发生脆性断裂,从加载到试件破坏P-WCMOD曲线一直呈线性;高强(钢纤维)混凝土和钢纤维、玻璃纤维水泥基复合材料发生半脆性断裂,P-WCMOD曲线在峰值荷载附近有较小的非线性区;而在PVA纤维增强水泥基复合材料(PVA-FRCCs)中观察到韧性断裂,在P-WCMOD曲线中出现明显的假应变硬化现象;脆性和半脆性材料的试件从起裂到破坏,预制缝端部仅出现一条裂缝,且最终沿这条裂缝贯通,对于PVA-FRCCs,预制缝端出现多条细小裂缝,并最终沿着主裂缝贯通.比较几种材料的水平外力总功值可知,PVA-FRCCs韧性最好,钢纤维混凝土次之,钢纤维水泥基复合材料稍差,玻璃纤维水泥基复合材料最差.     

短碳纤维增强玻璃陶瓷基复合材料制备与机械性能

研究了单向短切碳纤维增强锂铝硅酸盐（ＬＡＳ）玻璃陶瓷基复合材料的制备工艺及其对复合材料机械性能的影响．结果表明：短切碳纤维增强ＬＡＳ玻璃陶瓷基复合材料的性能与热压温度、热压保温时间、热压压力有关；随纤维体积含量的不同，复合材料性能存在不同的最佳热压工艺；最佳热压工艺受玻璃陶瓷基体中液相的高温粘性流动行为的影响     

储汽筒充汽系统的热力过程建模与仿真

应用变质量热力学及黏性流体动力学理论,以储汽筒充汽系统为研究对象,建立了系统各组成单元的数学模型.利用Matlab软件对给定调节阀控制策略下的充汽过程进行了数值仿真分析,获得了储汽筒充汽系统的动态特性,为系统的初步设计提供了可选方法及参数.     

SiCp/Al复合材料界面反应研究现状

界面反应研究是碳化硅颗粒增强的铝基复合材料研发中的重要研究方向.各国研究者分别从界面反应规律、影响因素、控制途径等方面展开研究.界面反应规律方面研究了Al合金液与SiC颗粒可能存在的界面化学反应、界面反应过程和界面反应模型、界面上的相等;界面反应影响因素方面研究了界面反应与制备工艺过程、参数的关系;界面反应有效控制途径方面研究了、基体合金化、SiC颗粒表面处理、工艺选择与工艺参数控制等.今后的界面反应研究方向为:界面精细结构的研究;界面反应的化学热力学及动力学研究等.     

页岩气藏压裂水平井渗流数值模型的建立

水力压裂后的页岩气藏水平井渗流区域内储层呈现复杂的裂缝网络形态,考虑解吸–吸附机理的单井渗流数
值模型的建立对单井产能影响因素分析具有较强的理论价值和现实意义,基于Warren-Root 双重介质模型思想,建立
了考虑解吸–吸附的基质渗流数学模型和裂缝渗流数学模型,并进行了差分离散方法的设计及渗流方程的IMPES 方
法线性化处理,最后实现了通过Gauss-Seidel 迭代编程模拟。现场应用中,在页岩储层水平井压裂时的微地震结果基
础上构建了地质模型,所建立的数值模型可分析压力、吸附气量、渗透率、地层物性等多个参数特征对生产的影响,并
与页岩气产出规律相符,因此该简便模型可有效指导现场的工程设计及动态分析。     

面向对象的发动机曲柄连杆机构动力学仿真

基于面向对象的多物理领域联合仿真平台SimulationX,建立了发动机工作过程和曲柄连杆机构的统一物理模型,该模型实现了发动机一维燃烧和运动机构三维动力学联合仿真.通过对某型号发动机曲柄连杆机构的多刚体系统动力学仿真分析,得到了相关载荷参数,为后续发动机的热力学和结构动力学分析提供了边界条件,也为发动机数字化的虚拟设计和仿真分析提供了依据.     

基于响应面法的海上油藏注气参数设计方法

针对海上低渗油藏注气方案设计受平台环境、油藏特征和工艺条件等众多因素影响而复杂烦琐的问题,将响
应面方法引入水气交替驱方案的设计中。在确定了少量但具有代表性的气驱方案的基础上,通过对其结果的统计分
析,形成了采收率指标与注气时机、水气比、周期注入段塞3 个因素之间的预测模型与响应曲面,并在此基础上开展了
注气参数优化设计。通过该方法可以对研究范围内的气驱方案进行高效地设计、预测和优化,简洁、直观地确定最佳
气驱方案,科学、高效地实现设计目标,提高了海上低渗油藏气驱设计工作的效率和质量。     

MATLAB在化工模拟控制软件开发中应用的探讨

讨论了“反应釜温度仿真工具”软件中应用MATLAB的情况，分析了MATLAB在化工生产模拟控制软件开发中的优势。如：数据计算能力，图形处理能力，可生成各类二维、三维图形；可广泛应用于化工研究与开发、化工数学模型的参数估计和识别、化工过程优化设计、工艺控制参数的优化、化工过程控制的优化及最优调度；支持混合编程，可方便的与多数高级编程语言混合编写程序等。通过“反应釜温度仿真工具”这一应用反映了MATLAB在化工领域的应用前景十分广泛。     

多孔陶瓷板城市燃气预混燃烧的数学模拟

对人工均布小孔的多孔陶瓷板内城市燃气的预混燃烧进行了研究．讨论了作为目前上海城市煤气的主要成分ＣＯ、Ｈ２、ＣＨ４的反应动力学及其参数——活化能、频率因子等,建立了反应动力学方程．通过理论分析推导出燃气－空气预混气体的连续性方程、组分方程、能量方程、状态方程及多孔陶瓷的能量方程,建立了多孔陶瓷板中城市煤气预混式燃烧的数学模型．由数值计算得到多孔陶瓷板的板内固体温度分布,并与实验数据进行比较     

双回路控制系统PI/PID控制器的解析设计

针对化工双输入输出时滞过程,基于常用的双回路控制结构提出一种解析地设计PI/PID控制器的方法.根据鲁棒控制H2最优性能指标,提出实际期望实现的系统传函矩阵中的对角元.考虑到两个闭环之间的耦合作用,引入动态解调因子设计最优双回路控制器,采用数学有理逼近的方法得到其实际可执行的PI/PID形式.分析了控制系统保证鲁棒稳定性的充要条件,给出基于谱半径的稳定判据.通过仿真实例验证了文中方法相对于近期发展的数值化设计方法的优越性.     

基于LMI方法的鲁棒AQM控制器设计

研究了因特网拥塞控制中的鲁棒主动队列管理(AQM)控制器设计问题. 基于Internet传输控制协议(TCP)拥塞避免机制的线性模型,根据AQM的设计要求, 首先将此问题转化为鲁棒镇定问题;然后利用线性矩阵不等式(LMI)方法得出了动态输出反馈控制器存在的充分条件,并给出了相应的设计方法. 最后,给出了控制器设计的算例并进行了仿真. 仿真结果表明所得出的控制器是可行和有效的,它不仅对全部网络参数鲁棒而且过渡时间短.     

多孔介质中可逆化学反应和传质过程数值模拟

考虑到流体同固体骨架间的化学反应对多孔介质内的传递过程有很大影响,在导出微元体的综合速率表达式基础上,建立了描述当流体同固体骨架间存在可逆化学反应时多孔介质内传递过程的数学模型,运用有效容积隐式方法对其进行数值求解·针对固定床中铁矿石的间接还原反应,分析了流速、颗粒半径、化学反应平衡常数、化学反应速率等主要参数以及Peclet数和Thiele数的相对大小对床层内气体浓度分布和固体转化率分布的影响规律·研究结果对反应器的设计和运行具有一定的参考作用·