稠油输送管道90°弯管的冲蚀模拟分析

为了研究重质稠油内砂粒对弯管的冲蚀作用,以90°弯管为研究对象,运用计算流体力学（computational fluid dynamics,CFD）软件建立液固耦合的离散相冲蚀模型（discrete phase model,DPM）,利用SIMPLEC算法计算得到不同温度、砂粒粒径及质量流率下重质稠油输送管道弯管处冲蚀速率的变化规律。结果表明,同一流动状态下,随着温度升高,重质稠油的黏度及90°弯管的冲蚀速率皆呈指数递减趋势,最大冲蚀点出现在弯管90°方向线与侧壁面中线交点处;湍流流态下,90°弯管的冲蚀速率随砂粒粒径的增大而减小,稠油的黏性力对大粒径砂粒的束缚作用明显,冲蚀速率较低;湍流流态下,冲蚀速率随砂粒质量流率增加而增大,近壁面处砂粒与稠油间形成的黏性微团层对质量流率增加所引起的冲蚀具有一定缓解作用。     

基于CFD的血管病变部位血流流变特性分析

为探究血管病变对血流流动特性的影响，研究了血管结构改变前后血流流动特性的改变.提出了一种对血管病变前后的血流流场进行对比研究分析的方法，利用断层扫描数据建立几何模型，用Geomagic Studio将病变血管复原成为发生病变前的形状，并基于弹性血管中血流脉动的力学特性，使用ANSYS软件对采用牛顿流体力学模型的分叉部位血流流场进行数值模拟.模拟结果显示病变组织部位受到更大的切应力影响，而在病变组织远心端产生了明显的流速低和切应力低的二次流动和更大的血压压差，这些流体特性会对血管进一步病变产生重要影响.     

(滚)法推拿形成运动狭窄粘弹性血管血液动力学

建立具有局部轴向运动狭窄的粘弹性血管中脉动血流模型,模拟研究中医扌衮法推拿的血液动力学机理.血液为牛顿流体,血流遵循线化Navier Stokes方程,血管壁为线性粘弹体,扌衮法推拿作用下血管形成轴向运动狭窄水平外力作用.求解得出血管内血液流速、流量以及管壁切应力.结果表明在扌衮法作用下,血管一个心动周期血液流量有明显变化,且随手法频率的加快以及作用力水平渗透系数增大而增大,随最大狭窄度的增大而减小;同时狭窄段内以及狭窄后部切应力随手法作用也明显变化.手法频率,血管最大狭窄度和作用力水平渗透系数,是中医扌衮法推拿的重要参数.     

锥形血管中非定常流动的管壁切应力分布

对锥形血管中的非定常血流流动进行了讨论,导出了管壁切应力分布的公式,在相应的数值算例中,着重讨论了锥度角及轴向距离对管壁切应力的影响。     

基于双向流固耦合的血管机器人外流场数值模拟

采用双向流固耦合的方法,对血管机器人的外流场进行数值模拟,为血管机器人外结构与运行参数设计提供参考.计算结果显示,伴随着血流脉动,血管的变形呈现周期性喇叭形扩大—向前传递—恢复原状,变形较大的区域主要集中在血管机器人迎流面,同时机身旋转的作用快速将血液输送至背流面,使背流面的变形比机身变形略大;进而给出了壁面剪切应力与血管变形间的关系式,揭示壁面剪切应力随血管变形而变化的规律.最后,分析了血管弹性对血管机器人推动性能的影响,结果表明,血管弹性对血管机器人推动性能影响不大.     

喷动流化床气固流动特性的三维数值模拟

采用离散元方法（DEM）,在用欧拉方法处理气相场的同时用拉格朗日方法处理离散颗粒场,对喷动流化床煤部分气化炉内的气固流动进行了三维数值模拟．直接跟踪床内每一个离散颗粒,考虑了碰撞力、携带力、重力、剪切提升力和Magnus升力,颗粒碰撞采用软球模型．获得了喷动流化床典型操作参数下的流动结构、颗粒的受力、颗粒的速度分布、气体和颗粒的湍流强度等结果．结果表明,颗粒之间碰撞率随着喷动气速的增大而增大,随粒径的增大而减小,然而颗粒与壁面的碰撞率受喷动气速和粒径的影响不明显．颗粒的运动受重力、携带力和碰撞力主导,除喷动区与环形区交界外,Magnus力和Saffman力可以忽略．气体湍流强度是颗粒湍流强度的2～3倍,近壁面区的气体和颗粒的湍流强度均较小．     

基于磁共振图像分割的主动脉管壁剪切力计算

为了获得管壁剪切力等血液动力学参数并用其对心血管疾病进行预测,本文在三维相位对比磁共振成像技术获得的图像数据和血流速度信息的基础上,实现了一种基于图像分割的主动脉管壁剪切力计算方法。其中,图像分割方面,结合需要分割的主动脉血管图像的特点,使用交互式水平集分割算法得到了三维血管壁的分割结果,并对分割结果进行了主观和客观的评价;管壁剪切力计算方面,结合磁共振得到的血流速度信息和图像分割得到的血管壁几何信息,在理想不可压牛顿流体的假设下得到了计算结果,并对结果进行了可视化和分析。最后,对于这两方面研究中存在的一些问题和值得进一步研究的工作进行了总结。     

格子Boltzmann方法模拟狭窄颈动脉修复前后的流场

采用格子Boltzmann方法模拟真实人体颈动脉血管狭窄前后脉动流场的速度、压强以及壁面剪切应力分布,给出脉动流影响下流体分离区可能出现的位置以及壁面剪切应力的分布情况,分析脉动血液流在二维不对称动脉分叉血管中容易发生动脉粥样硬化的动力学机制,并对模拟结果进行定性分析,与已有结论进行对比,为血管壁病变和动脉粥样硬化形成机制提供有用信息.     

不同血管条件下的血管机器人外流场对比分析

采用流固耦合技术,对比弹性血管和刚性血管对血管机器人外流场参数,为血管机器人外结构参数设计提供参考．对比分析发现,刚性壁模型中的血液压力比弹性壁模型的变化幅度大,在刚性壁模型中,下游形成一个速度较高的回流区域;而弹性壁模型中,下游分离成两速度较高区域．刚性壁模型对血液的扰动强度高一些,且幅度略大,而弹性壁模型的壁面剪切应力变化范围比刚性壁模型的略大．     

MICROSTRUCTURE OF AGGREGATES IN DISPERSIONS DESCRIBED IN TERMS OF RADIAL DISTRIBUTION FUNCTION

Following a sticky particle model and its computer simulation scheme proposed in the previous papers, the motions of particles in both 2-and 3-dimensional shear flow fields are simulated. At a steady state of clustering process, the radial distribution functions are calculated to precisely describe the microstructure of aggregates in dispersions, and the configuration of particles is displayed,which gives a direct view of microstructure. It is found that (1) the kind of the microstructure transforms from compact clusters to a loose network as the concentration of particles increases; (2) the microstructure is independent of shear rate which only dominates the size of clusters formed at steady state.     

Large eddy simulation of the gas-particle turbulent wake flow

To find out the detailed characteristics of the coherent structures and associated particle dispersion in free shear flow, large eddy simulation method was adopted to investigate a two-dimensional particleladen wake flow. The well-known Sub-grid Scale mode introduced by Smagorinsky was employed to simulate the gas flow field and Lagrangian approach was used to trace the particles. The results showed that the typical large-scale vortex structures exhibit a stable counter rotating arrangement of opposite sign, and alternately form from the near wall region, shed and move towards the downstream positions of the wake with the development of the flow. For particle dispersion, the Stokes number of particles is a key parameter. At the Stokes numbers of 1.4 and 3.8 the particles concentrate highly in the outer boundary regions. While the particles congregate densely in the vortex core regions at the Stokes number of 0. 15, and the particles at Stokes number of 15 assemble in the vortex braid regions and the rib regions between the adjoining vortex structures.     

微通道中颗粒惯性聚集的力学特性

为揭示微通道内悬浮颗粒惯性聚集现象的机理,基于相对运动原理,利用数值方法研究了单个球形颗粒在方形微通道中的运动状况,并对颗粒的受力特性进行分析.研究发现:较小粒径的颗粒在较高通道雷诺数下可产生惯性聚集现象,但其受到的惯性升力在通道截面横向位置分布具有很大的波动性;惯性聚集位置随通道雷诺数的增大向通道壁面移动,随颗粒粒径的增大向通道轴心移动;颗粒旋转产生的旋转诱导惯性升力使惯性聚集位置向通道壁面移动.惯性升力分为旋转诱导升力和由剪切诱导升力及壁面诱导升力合成的非旋转诱导升力,而后者是惯性升力的决定性部分.     

长寿命膨胀锥及其发射器设计

膨胀锥的外形结构决定了膨胀过程中塑性变形力的大小,其中关键因素是膨胀锥锥角。通过对实体可膨胀管膨胀过程进行数值模拟研究,得出膨胀管与膨胀锥在不同的接触条件;膨胀管在不同的膨胀率及不同的壁厚条件下,膨胀变形力与膨胀锥锥角的关系。在选定了膨胀管材料和确定了膨胀率之后,可确定膨胀锥锥角最佳值。研制了新型PZG-bj型膨胀锥材质。在配合内润滑涂层的条件下,其使用寿命已经达到现场实验连续膨胀150 m无明显损伤;室内实验间断膨胀条件下累计行进450 m无明显损伤。研制出一种发射腔挤压成型的可钻发射器,具有加工工艺相对简单,成本低,可靠性高等优点,单根补贴效率可提高50%。     

甲壳胺与蓖麻油组成的悬浮体系的电流变性能研究

制备了甲壳胺～蓖麻油电流变（ＥＲ）悬浮液,研究了外加电场强度（Ｅ）、剪切速率（γ）大小及体颗粒浓度（Ｃ）对甲壳胺～蓖麻油电流变液性能的影响。结果表明,随外加电场强度的增加,ＥＲ液的表观剪切应力增大;随剪切速率的提高,ＥＲ液的表现剪切应力反而减小,ＥＲ液中存在生产ＥＲ效应的临界颗粒浓度,只有当固体颗粒浓度高于临界值时,ＥＲ液的表观剪应力才有明显增大。     

新型旋转毛细管粘度计测量血液流变特性方法

阐述了新型旋转毛细管粘度计测量血液流变特性的原理和方法．由该粘度计的可测量参数压力梯度和流量,得到了壁面切应力,定义了特征粘度和特征切变率;建立了特征切变率、壁面切应力与血液本构方程的关系,并通过线性回归得到本构方程特征参数;用该粘度计对水和人体血液的测量数据进行验证．结果表明,该粘度计可以用于测量血液的流变特性．     

纳微米聚合物颗粒驱油剂的表征及性能评价

 蒸馏沉淀聚合法制备AM/AA/MMA 聚合物颗粒,利用傅里叶变换红外光谱仪、扫描电子显微镜和激光粒度仪进行表征,研究NaCl 质量浓度对聚合物颗粒水化膨胀性能的影响及水化时间对聚合物颗粒运移封堵性能的影响,并在不同渗透率的岩心中进行驱油实验。实验结果表明,AM/AA/MMA 聚合物颗粒为规则球形,干球粒径约为500 nm。随着水化时间增加,聚合物颗粒粒径逐渐增加,水化时间增至200 h 后,粒径基本不再增加。随着NaCl 质量浓度增加,聚合物颗粒的膨胀倍数逐渐减小,质量浓度由5 g/L 增至20 g/L,膨胀倍数减小了1.01。随着水化时间增加,聚合物颗粒对岩心的封堵作用增强,水化时间由24 h 增至120 h,岩心封堵率增大了40.62%。注入0.5 倍孔隙体积、质量浓度为1.5 g/L 的聚合物颗粒溶液段塞,可平均提高采收率9%以上,随着渗透率增加,提高的采收率逐渐增加,当渗透率大于50×10^-3 μm²后,提高的采收率基本不变。     

应用粒子图像速度场仪对泊肃叶流动及圆柱绕流的测量

为了考察粒子图像速度场仪（PIV）的测量精度及分辨复杂流动结构的能力，对泊肃叶流动和圆柱绕流两种典型流动进行了测量。将泊肃叶流动的速度廓线的测量值与分析解 进行了对比，发现在测试区域内90％的测量值与分析解吻合良好，具有较高的精度，而近壁面区域由于速度偏振，测量值低于分析解。在此基础上，利用PIV技术测量了Re为500时圆柱绕流流动的主流区、圆柱两侧的剪切层，以及圆柱后的回流区和旋涡区的分布，验证了该技术非常适合于研究复杂的流动结构。     

突扩管道中密相两相湍流的数值研究

利用颗粒动力学理论,建立了密相两相双流体湍流模型,给出了其封闭方程组,提出了一个简单而精确的颗粒径向分布函数的计算公式,运用所建的数学模型,系统地研究了竖直向下突扩管道中气固两相湍流的流动计算发现：两相突扩的流动特性与流动突扩比、两相间密度差、颗粒大小、颗粒的平均体积分数等有因素有关;颗粒相的流动特性在某一个颗粒直径下会发生突跃,这个直径的大小是与流动突扩比及两相的密度及粘度有关的。     

耗散粒子动力学在流动数值模拟中的应用

对耗散粒子动力学方法在流动问题中的应用进行了理论及数值研究，给出了耗散流体粒子运动的控制方程组、边界条件、数值方法及随机数据统计方法等．提出用固壁粒子层结合流体粒子反弹运动的方法来处理固壁边界有滑移流动边界条件，有效地消除了目前耗散粒子动力学及分子动力学模型在固壁附近的粒子密度波动问题．利用该方法编程计算了2类流动问题：方腔驱动流动与泊肃叶流动，计算结果与现有的理论及数值结果比较吻合，验证了所采用的数学模型、计算方法在流动数值模拟中的可行性及潜在优势．     

钢包底喷粉元件狭缝粗糙壁面对粉气流输送行为影响

针对钢包底喷粉精炼新工艺,研究了底喷粉元件狭缝粗糙壁面对粉气流输送行为影响规律.通过分析颗粒-粗糙壁面的碰撞过程,提出了壁面粗糙角概率分布函数,建立了颗粒历史影响模型,基于欧拉-拉格朗日法,模拟研究了钢包底喷粉元件缝隙内粉气流输送行为,考察了壁面粗糙度对颗粒运动轨迹、颗粒速度分布及颗粒质量浓度分布的影响,预测了近壁面附近颗粒的运动轨迹.结果表明:粗糙壁面增加了颗粒壁面碰撞的频率,导致颗粒输送动能降低,脉动速度增加,并促使粉剂颗粒在底喷粉元件缝隙内均匀分布.