电离作用下黏性细颗粒泥沙絮凝沉降数值模拟

基于分形理论构建泥沙颗粒的絮凝沉降模型,从三维角度动态模拟絮团在布朗运动、颗粒静电力和重力作用下的发育、沉降过程.研究结果表明:絮团形态与泥沙颗粒的表面电荷量有关,电荷量越大,絮团形态越开放;不同带电量泥沙颗粒的絮凝速度与沉降速度具有差异性,表面电荷量越大絮凝沉降速度越缓慢;泥沙颗粒的带电量对絮团平均粒径分布有显著影响,不同带电量下絮团达到最大直径所需时间不同.研究成果进一步揭示了天然河流中黏性细颗粒泥沙絮凝现象的内在机理.     

一类激波问题的同伦解析解

讨论了激波或膨胀波诱导边界层问题,通过相似变换,将边界层方程组转化为非线性常微分方程组,利用同伦分析方法求得了问题的近似解析解,给出了无量纲的相似流函数和温度分布.     

水平钻井环空岩屑床表面颗粒临界启动流速的影响因素

利用环空流速分布规律和边界层绕流理论,探讨水平井大斜度和水平井段钻进时钻井液冲蚀岩屑床的临界流速。水平井大斜度和水平井段钻进时,环空岩屑因停泵而自然沉降形成岩屑床,通过对岩屑床表面颗粒进行受力分析和边界层绕流假设,结合数学推导得到床面岩屑颗粒所受钻井液表面切力解析式,建立床面颗粒临界启动解析模型。模型计算与实验数据结果表明,在不同井斜角和颗粒直径条件下,循环介质为清水时模型预测的临界启动流速与实验数据的绝对平均误差不超过8.80%,循环介质为PAC溶液时绝对平均误差在2.51%～7.06%。边界层绕流和环空流速是岩屑临界启动流速的重要影响因素。     

滑动平板下摩擦与温差驱动熔化分析

研究滑动平板下相变材料由温差与摩擦共同驱动的接触熔化过程,分析了熔化特征和规律．应用边界层理论推导得熔化所应该满足的基本方程,由此可推导得摩擦单独作用下的接触熔化结果．通过数值计算求得无量纲的熔化率、边界层厚度和压力的分布．讨论了有关结果和影响因素．分析表明,温差越大,熔化率和边界层厚度越大,压力分布越不对称．而滑动速度越大,熔化率越大,边界层厚度越平坦,压力分布越对称．另外,混合驱动下的接触熔化结果不是摩擦与温差熔化各自结果的叠加．     

大气边界层风洞实验的物理模型

从基本相似原理出发,提出理论上精确相似的5个无量纲参数和边界条件,具体针对大气边界层环境风洞实验的特点,对各个无量纲参数及边界条件进行了详细的分析研究,得出大气边界层环境风洞实验主要应遵守的各无量纲参数和边界条件的相似准则,为大气边界层环境风洞实验提供了理论根据.     

循环流化床内生活垃圾颗粒冷态分层特性分析

对城市生活垃圾循环流化床焚烧炉炉内冷态流场及生活垃圾颗粒冷态分层特性进行了数值模拟.结果表明:密相区和稀相区的流场存在较大差异,密相区u、v、z值较稀相区大得多,湍流强度大,扰动强烈;稀相区流场横向扰动很弱.不同粒径的垃圾颗粒在炉内存在明显的分层现象,流化风速1.5～2 m/s时,小于1 mm的垃圾颗粒集中在炉膛上部,大于5 mm的垃圾颗粒沉积到炉膛底部.风速从0.8 m/s增加到2 m/s时,风速越小、粒径差异越大,分层越明显.随着风速的增加,不同粒径垃圾颗粒分布趋于均匀,分层现象减弱.当风速小于1 m/s,炉内整体流态化及循环状况较差,1.5～2 m/s的流化风速对生活垃圾流化床较为适合.     

干扰床分选机数学模型初探

目前国外已有多个能够描述干扰床分选机分选过程的数学模型,但国内此项研究尚为空白。本文分别用Galvin模型公式、Das模型公式以及阿连公式计算颗粒自由沉降速度,对35个窄粒度级密度级颗粒进行自由沉降速度实验测得其自由沉降速度,以评估数学模型计算精度。通过对比发现:Galvin模型预测结果与实验数据平均偏差为0.024364,与实验数据最接近,因此,建议在数学模型的进一步研究中使用Galvin模型公式计算颗粒自由沉降速度。     

内循环流化床颗粒流动特性的数值模拟

采用离散单元法分析了非均匀布风方式下流化床内的气固流动特性.数值模拟结果表明:床内存在大尺度的颗粒横向循环流动;高风速区为气泡活跃区域,气泡尾涡裹挟颗粒上升是形成内循环的关键环节;供风非均匀程度越大,颗粒内循环力度越强烈;改变风速,颗粒流量变化显著;倾斜布风板设计有利于促进颗粒定向循环过程.     

垂直管道颗粒沉降速度的影响因素

 针对深部资源开采的“高井深”问题,研究了垂直管道水力提升过程中颗粒沉降速度的影响因素。基于球形颗粒的水中沉降机理,分别建立层流区、过渡区及紊流区的颗粒沉降速度表达式,对影响沉降速度的颗粒粒径、颗粒密度及水温进行敏感性分析,并考虑颗粒形状及浓度对沉降速度的影响。结果表明,在层流区和过渡区,各因素对沉降速度影响的敏感度随颗粒密度ρ_s与水密度ρ之间比值不同而变化,当层流区ρ_s >2ρ及过渡区ρ_s >3ρ时颗粒粒径 >颗粒密度 >水温,当层流区ρ_s<2ρ及过渡区ρ_s<3ρ时颗粒密度>颗粒粒径>水温;在紊流区,各因素对沉降速度影响的敏感度为颗粒密度 >颗粒粒径 >水温;球形颗粒沉降速度理论值大于不规则颗粒沉降速度实际值,可采用颗粒形状系数加以修正,且在干涉沉降过程中采用Richardson-Zaki 公式,使计算结果符合工程实际。     

D113弱酸交换树脂的水力学特性试验

研究D113弱酸树酯在以自来水为进水条件下，不同流速、不同温度对树脂压力降、反洗展开率和沉降速度的影响规律。结果认为水流速度越大，温度越低，树脂层水流阻越大；反洗流速越大，温度越低，反洗膨胀率越大；树脂粒径越大，温度越高，沉降速度越快。     

幂律流体延伸表面逆来流边界层特性分析与数值模拟

首先利用量级分析理论对幂律流体延伸表面边界层流动进行分析,得到边界层厚度的量级和影响因素;引入量纲为1变量,将动量边界层的控制方程转化为量纲为1的控制方程组. 数值求解了具有不同幂律指数n的流体在平板逆来流且平板运动参数ζ不同的情况下的层流边界层流场,分析了幂律指数n和平板运动参数ζ对动量边界层厚度、量纲为1速度分布和量纲为1剪切力分布的影响规律. 结果表明,速度边界层的分布不仅和平板运动参数有关,而且和幂律指数有关.     

一类幂律流体绕流楔形物体时层流边界层方程的近似解析解

从流体力学的基本方程出发，研究了幂律流体绕流楔形物体时的流动问题，通过引入合理的相似变换，将偏微分方程转化为常微分方程，求得了问题的近似解析解，得到了无量纲相似流函数以及无量纲速度的分布。     

用MM5模式和阻力模型计算硫化物的干沉降速度

使用NCEP资料，由中尺度气象模式MM5产生中国东部及附近地区详细的边界层气象场，使用类似于RADM中的阻力模型，计算了该地区2000年3月22—27日硫化物(SO2、SO4^2-)的干沉降速度的区域分布，以及典型地区的干沉降速度随时间的演变；讨论了不同阻力对硫化物干沉降速度的影响．结果表明：随着下垫面类型和气象条件的不同，硫化物的干沉降速率有着明显的时空变化，尤其是当有天气系统(如锋面)时，污染物的干沉降速率明显增大．对SO2来说，不同的下垫面条件、不同的气象条件下，三种阻力的相对重要性不同；对SO4^2-来说，其干沉降速度主要决定于分子扩散阻尼和表面阻尼．     

等离子体影响平板附面层流动的机理研究

基于Orlov和Corke提出的电场力模型,将等离子体作用力耦合到流动控制方程中,理论分析了等离子体对附面层流动的作用机理和效果,并通过对平板附面层流动的数值模拟验证了理论分析结果。研究表明,等离子体增加了其作用区内壁面附近的压力,绝缘壁面上的压力最大,沿壁面外法线压力梯度为负值;同时等离子体增大附面层内的速度,并诱导出沿壁面内法线方向的流动以及沿流向的顺压力梯度,这将有利于附面层流动分离的控制。随着来流速度的增加,等离子体的作用效果有所减弱,通过提高电极电压来提高电场强度,可以有效的提高其作用效果。     

轴向运动薄板的自由振动分析

首次利用解析法求解了轴向运动薄板的自由振动问题,并对解析结果进行了Galerkin法验证。基于Kirchhoff薄板理论,根据Hamilton原理推导轴向运动薄板自由振动的控制方程,分别采用解析法和Galerkin法求解控制方程,得到了四边简支条件下系统固有频率的解析解和数值解。同时,得到了第一阶临界速度的解析表达式。轴向速度为零时,对比了解析解、Galerkin数值解和ANSYS软件解,三种方法所得结果高度吻合。随后对比了不同速度条件下的解析解与Galerkin解,分析了预应力与临界速度的关系。发现在低速条件下离心力是影响系统振动的主要因素,科氏力影响可忽略;第一阶固有频率的解析解仅适用于低速条件,高阶固有频率的解析解适用的速度范围大。     

烧结矿余热回收竖罐内气体流态的实验研究

采用对Ergun型方程无量纲化的方法对气体通过烧结矿床层的流态进行了研究,考察气体表观流速、烧结矿颗粒直径和床层空隙率对床层内气体压力降的影响,进而探讨床层内临界颗粒雷诺数随颗粒直径的变化规律.研究结果表明:当颗粒直径一定时,床层内单位料层高压力降随气体表观流速的增大呈二次方关系增大.当气体表观流速一定时,单位料层高压力降随颗粒直径和空隙率的增大呈指数关系衰减.床层内临界颗粒雷诺数随床层几何因子的增大呈指数关系减小,且临界颗粒雷诺数实验预测公式的平均计算误差在5%以内,显示了良好的预测性能.     

射流悬浮床气固两相流动的数值模拟

从多相流多流体模型、气相湍流k-ε模型与颗粒湍流k_p模型出发,对底部向上射流悬浮床内气固两相流动进行数值模拟,得到了不同入口气速下各截面的颗粒相速度场、颗粒相脉动速度场的分布,结果与实验定性一致。计算结果与实验值对比的结果表明,数值模拟对进一步的研究有指导意义。数值结果与实测值间存在的差异则有待于进行直接三维流动模拟、进一步考察更为合理的边界条件及应用更先进的模型来解决。     

加速度不对称波浪作用下的底部边界层动力特性

为了研究加速度不对称波浪对底部边界层的影响,建立加速度不对称波浪作用下的底部边界层数学模型,复演物理模型试验中的流速剖面、紊动强度和床面剪切应力,在此基础上探讨加速度不对称波浪边界层的动力特性。结果表明,波峰半周期内正向加速阶段的加速度比较大,引起较快的边界层发育、较大的流速梯度和较大的紊动能量,产生了正向的周期平均床面剪切应力;这些现象随加速度不对称系数的增大而更加明显;在振荡水槽中,加速度不对称波浪边界层内存在底部反向和顶部正向的时均流动,加速度不对称系数的增大会增强底部反向流速;在开敞水域中,时均流速在整个边界层内都是正向的,底部出现"流速外突"的现象,顶部流速趋于均匀分布,加速度不对称系数的增大会减弱底部正向流速。     

锅炉分配集箱非线性水动力特性分析

修正后的光滑管摩系数用可用于示锅炉分配集箱的摩阻系数。动量交换系数也被表示为流速的函数。引入一个描写分配集箱流动行为的非线性数学模型。     

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．