冷喷涂制备功能涂层工艺中两相射流数值模拟研究

在材料表面改性新技术——冷喷涂工艺中,喷嘴出口射流流场的特性对喷涂介质参数、涂层性质有重要影响．为此通过适当的工程简化,以不同材料、直径的固体颗粒,对圆喷嘴超音速流场进行了两相射流流场的数值模拟计算,得到了流场的压力和速度分布．结果表明：大密度颗粒与大直径颗粒受流场影响趋势相同;材料密度较大时,颗粒直径应相对取小,材料密度较小时,颗粒直径应相对取大些,喷涂效果最佳;若喷涂气体为空气时,最佳颗粒直径应在1～10μm．     

超音速射流流场中湍流模型

为了确定适用于超音速射流流场数值模拟的湍流模型,首先从理论上分析常用的五种湍流模型之间的差异及其适用范围;其次,采用五种湍流模型,分别对不同马赫数下超音速射流流场进行数值模拟,将数值模拟结果与实测值和理论值进行对比分析.结果表明:剪切压力传输k--ω模型与其他模型相比,通过对输运方程的修正,保证其在计算射流流场时具有较高的准确性;在喷管内部和外部射流流场的模拟中,剪切压力传输k--ω模型的计算结果与理论值和实测值具有较高的吻合度,在五种湍流模型中最适合于超音速射流流场的数值模拟研究.     

含有限速率化学反应火箭燃气射流流场的数值模拟

该文在归纳、总结、分析以往火箭燃气射流流场数值模拟的基础上，结合含有限速率化学反应火箭燃气射流流场的特有规律，利用推导的ＴＶＤ组合数值模拟算子，对某火箭燃气射流流场进行了数值计算。由于含化学反应流体的流动和单一组分混合流流动之间存在着较大的差异，特别是化学反应的存在在一定程度上影响了系统能量的改变，进而改变整个流场中的压力和温度分布，同时化学反应和激波之间的相互增强作用引发了流场中的异常压力和温度，结合数值模拟的结果，分析了产生这些现象的原因，并且和以往的计算结果进行了对比。     

高速超高压水射流喷管内外湍流流场的数值模拟

基于对现有研究成果的分析，选用了应用最广泛的涡动粘性系数法中的－κ－ε模型对高速超高压射流辅助钻井钻头井底湍流流场进行了数值模拟，研究了高速超高压射流的结构特性和喷管内外流场的分布规律。模拟精度基本达到了工程技术要求。对高速超高压射流喷管内外湍流流场的全场数值模拟表明，高速超高压射流井底流场是由射流冲击区，漫流区，涡流区和返游戏我组成的，对于有较大锥形角的斜面或曲面内流道喷嘴，一般可不必考虑流体的     

高速超高压水射流喷管内外湍流流场的数值模拟

基于对现有研究成果的分析，选用了应用最广泛的涡动粘性系数法中的ｋε模型对高速超高压射流辅助钻井钻头井底湍流流场进行了数值模拟，研究了高速超高压射流的结构特性和喷管内外流场的分布规律．模拟精度基本达到了工程技术要求．对高速超高压射流喷管内外（井底）湍流流场的全场数值模拟表明，高速超高压射流井底流场是由射流冲击区、漫流区、涡流区和返流区组成的，对于有较大锥形角的斜面或曲面内流道喷嘴，一般可不必考虑流体的压缩性影响（约为５％）．     

倾角对湍流狭缝冲击射流流动与传热性能的影响

为了研究倾斜冲击射流的流场结构和传热性能,采用SIMPLE算法和RNGk-ε湍流模型,对三种入射角度下的狭缝湍流冲击射流进行了数值模拟。结果表明,由于射流的卷吸以及上封闭板的作用,在流场两侧的流出区域分别形成了一个环形的回流区。当射流倾角减小时,左侧回流区的范围变小,而右侧的回流区增大。流场中的低温区以及冲击表面压力系数最大值和局部Nu最大值的位置也都随着倾角的减小而向流场的左侧偏移。当倾角减小时,冲击表面压力系数最大值降低,局部Nu最大值没有明显的变化,射流与冲击面之间的平均传热率降低。     

低度欠膨胀超音速圆盘止推气体轴承缝隙射流的数值模拟

采用SSTk-ω湍流模型,对高压圆盘气体轴承出流气体形成的低度欠膨胀超音速圆盘缝隙射流流场进行数值模拟。结果表明,低度欠膨胀超音速圆盘射流起始段1的流场波系,与低度欠膨胀超音速轴对称射流类似;起始段2中由于黏性作用逐渐深入核心区,使核心区宽度持续减小。进入亚音速基本段之后,核心区消失,射流对称面上速度持续下降,直至出现滞止区。与此同时,缝隙射流发生规则分离,两股气流偏离滞止区向两侧流动,在射流左右两侧的远场形成规则对称的两个大尺度环状漩涡。     

冷喷涂材料改性气粉射流流动计算与分析

在冷喷涂材料表面改性技术研究中,圆喷嘴气、固两相可压缩紊流射流的流场计算非常重要。在奥尔逊（Ｏｌｓｏｎ可压缩二元射流理论基础上,对可压缩三元射流进行分析、建模、计算,在并基础上,采用固相单颗粒动力学模型,完成了实验要求的气、固两相射流流场计算计算结果与实验结果比较,吻合良好。     

单兵火箭燃气射流冲击噪声场的形成与发展

该文以单兵火箭冲击射流流场为研究对象，采用数值模拟技术，对定向器管尾附近区域的燃气流场进行了数值计算，给出了发动机工作早期阶段冲击射流噪声场形成过程的计算结果。通过对计算结果的分析可知：对于开放式定向器尾管结构，燃气射流压缩空气产生的冲击波会对局部发射环境造成较为严重的破坏，在进行单兵火箭结构设计时应充分考虑这一影响因素，采用合理的设计结构以避免这一现象发生。     

面向喷涂技术的等离子射流特性研究

结合纹影成像等测试技术和数值模拟技术，考察、记录和分析等离子喷涂过程中的现象与数据，揭示等离子射流动力学和热物理特性，研究上述特性对涂层质量的影响规律．结果表明，冷空气强烈卷入，导致射流温度、速度、浓度沿射流轴向和径向衰减很快，有必要采取附加保护喷嘴等措施，减缓空气卷入对涂层质量造成的负面影响．所建模型可为提高等离子喷涂涂层质量提供有益的指导．     

起动孔对涡流室柴油机影响的数值模拟研究

应用数值模拟方法，对吊钟型涡流室柴油机的起动扎进行研究，分析对比了起动工况下有、无起动扎对涡流室内流场及燃油喷雾过程的影响．起动扎的开设，对整个涡流室内的主涡流形态影响不大，而对燃油喷雾过程则起促进作用，从而改善了涡流室柴油 机的冷起动性能．     

Experimental study on the effect of additives on the heat transfer performance of spray cold plate

The spray cold plate has a compact structure and high-efficiency heat exchange, which can meet the requirements of high heat flux dissipation of multiple heat sources, and is a reliable means to solve the heat dissipation of the next generation of chips. This paper proposes to use surfactants to enhance the heat transfer of the spray cold plate, and conduct a systematic experimental study on the heat transfer performance of the spray cold plate under different types and concentrations of additives. It was found that among the three surfactants, sodium dodecyl sulfate (SDS) can improve the heat transfer performance of the spray cold plate, and at the optimal concentration of 200ppm, the heat transfer coefficient of the spray cold plate was increased significantly by 19.8%. Both the n-octanol-distilled water and Tween 20-distilled water can reduce the heat transfer performance of the cold plate using multi nozzles. In addition, based on the experimental data, the dimensionless heat transfers correlations for the spray cold plate using additives were conducted, and the maximum errors of dimensionless correlations for using additives were 2.1%, 2.8%, and 5.4% respectively. This discovery provides a theoretical analysis and basis for the improvement of spray cold plates.     

团簇在金属表面沉积过程的分子动力学模拟

在冷喷涂过程中,喷涂粒子被超音速气流加速到较高的速度,在低于喷涂材料熔点的温度下撞击基体,发生剧烈的塑性变形而沉积形成涂层.但是由于高速粒子碰撞变形的瞬时特点,不能对粒子变形沉积过程进行直接观察,通过对Ni团簇在Cu基体上的沉积过程的分子动力学模拟,可以观察到团簇撞击基体并在基体上沉积的过程,以及团簇和基体的形貌变化;另外,通过计算团簇原子进入基体表面层的数量探讨了影响团簇沉积过程的主要因素.     

卧式喷淋塔烟气脱硫的数值模拟

卧式喷淋塔技术是北京科技大学环境中心开发的一种新型烟气脱硫系统工艺,在某些方面克服了立式喷淋塔的缺点,具有脱硫效率高、压力损失小、运行成本低、易检修等特点.但在实际工程中仍然需要进一步的改进.为了研究不同喷淋的布置格局对卧式喷淋塔的内部流场的影响,构建了卧式喷淋塔物理模型,采用Icem软件划分网格,利用Fluent软件数值模拟计算.模拟中选择k-ε湍流模型及随机轨道模型,数值模拟计算采用SIMPLE算法.模拟结果表明:双层喷淋设置时喷雾锥角为90°,上部喷淋高度为距顶部0.9 m,下部喷淋高度为距顶部2.4 m,喷淋层间距为1.5 m时,有效的减少脱硫塔压力损失,降低能耗,塔内吸收区烟气流动的速度均匀,增大了气液接触的频率.烟气的温度适宜于气液反应.总体上提高了烟气的脱硫效率,为实际工程的设计和应用提供指导.     

喷雾冷却高热流密度散热传热特性研究

 针对喷雾冷却的高热流散热方式,设计和构建封闭循环实验装置。通过热电偶计算得到发热面的热流密度。通过激光多普勒测速仪(PDA)测量喷嘴的液雾分布、粒径和尺寸。基于气泡动力学与传热学,建立喷雾冷传热特性的理论模型。数值模拟的计算结果显示出喷雾高度对喷雾冷却曲线的影响：随着喷雾高度的增大,喷雾冷却的换热能力升高,与实验结果的变化趋势相同。同样采用数值的方法,给出不同喷雾张角、不同喷雾压力和不同喷雾高度下的换热系数,对喷雾冷却的传热特性进行分析。研究表明,两相区内的喷雾冷却换热能力得到了显著的增强,喷雾冷却存在最佳喷雾高度。     

水雾扩散与大气边界层的数值模拟

利用三维非线性ＰＢＬ方程组,采用工程上实用的湍流［Ｅ－ε］闭合方案,建立了一个高分辨率的ＰＢＬ模式来模拟不同层结下,水雾在流场中的散布,以及对环境湿度的影响．模式中考虑了水雾在流场中的扩散、蒸发,及相变潜热对流场的反馈机制．以某水电站在泄洪过程中水雾扩散为例,模拟了中性、不稳定层结下,对坝内附近环境湿度的影响,结果表明;在中性层结下,在源下风方向１ｋｍ左右的范围内,相对温度改变１％～１．８％．在不稳定层结下,相对湿度在近整个模拟域的范围内有１％～２．６％的改变,改变的范围和程度都比中性层结下大．文中结合该地区复杂的气流场,对结果进行了分析．对水雾扩散过程中潜热反馈对温度场和流场的影响进行了数值试验     

高温下正十二烷喷雾及燃烧数值模拟研究

耦合RANS湍流模型、KH-RT破碎模型及SAGE燃烧模型,运用CFD数值模拟平台,对正十二烷在高温定容状态下的喷雾及燃烧现象进行研究。首先进行喷雾模型的标定与验证,确定了适合模拟的最小网格尺寸,然后分析若干边界条件对于正十二烷喷雾着火的影响规律。结果表明,环境压力对正十二烷喷雾尖端平均推进速率的影响程度不大;随着环境温度的升高,正十二烷喷雾的气相贯穿距不断增大,液相贯穿距呈现下降趋势,但变化并不明显;随着环境温度、环境氧浓度的升高,正十二烷喷雾滞燃期在不断地缩短,着火位置越来越靠近喷嘴。     

模拟发动机工况下二甲醚喷雾燃烧实验及仿真研究

在定容弹内模拟发动机实机工况的高温、高压环境(920K,6.0 MPa),借助专用共轨系统产生100 MPa压力进行二甲醚喷射实验,通过定容弹内混合气体中的氧气浓度来控制二甲醚的燃烧,使用高速摄像机观察并记录二甲醚在超临界和亚临界条件下的喷雾及燃烧形态。基于实验结果,采用FORTE软件开发二甲醚喷雾燃烧仿真模型,其中耦合了二甲醚氧化还原反应动力学模型。实验和仿真结果表明,二甲醚在两种喷射条件下的喷雾贯穿距离无明显差异,而超临界条件下的液相贯穿距离较短;与亚临界条件相比,超临界条件下二甲醚喷雾着火时刻略早,火焰举升距较小,并且燃烧时释放出了更多的热量;仿真模型较好地拟合了二甲醚喷雾燃烧实验结果。     

静电收集器的研制及其在热喷涂法制备粉末中的应用

根据静电收集原理结合热喷涂制备粉末的特性，试制了适合于热喷涂制粉的静电收集器。用冷喷Al2O3粉末、石墨粉末、Al粉末以及热喷涂的方式对收集器的收集效率进行了测试。结果表明，影响静电收集器收集效率的参数有电压大小、板板间距、粉末类别等；静电收集器收集到的粉末是微细粉末。     

Numerical Simulation and Experimental Studies of Air Treatment Process with Water Spray of One Row Counter Flow

The present work is focused on heat and mass transfer in a direct evaporative air cooler of one row counter flow spray. Models of the two-phase flow in such a air treatment system have been developed. The fields of temperature and relative humidity in spray chamber, as well as the trajectories of sprayed drops have been obtained by numerical method. Experiments aiming at quantifying the system performance and its influence factors have been conducted. It indicates that the increase of air velocity and water/air ratio while thedecrease of nozzle density are favorable. The performance of the system of parallel flow spray and counter flow spray have been compared by means of humidifying efficiency. Comparison between numerical simulation and experimental results demonstrate good agreement for outlet air temperature with a maximum error of 8% observed for air relative humidity.