微重力条件下气固两相界面耦合燃烧的数值模拟

在建立气固两相界面耦合燃烧计算模型的基础上，对微重力条件下火焰在固相可燃物表面的蔓延过程进行了三维非稳态数值模拟．考虑气相燃烧过程的同时，对固相可燃材料也用有限差分法研究其内部的传热和热解过程，给出了体现两相耦合作用的相界面处理方法．还研究了强迫流动对微重力火蔓延的影响．为了分析对比，进行了正常重力条件下的计算．数值模拟得了微重力燃烧的一些基本特点，结果令人满意．     

微重力条件下三维瞬态传热过程的数值分析

研究了微重力条件下固体表面受到外界热辐射作用时的三维瞬态传热过程。气相采用六通量辐射传热模型，通过求解三维非稳态的Ｎａｖｉｅｒ－Ｓｔｏｋｅｓ方程得到气相流场。固相给出了半无限大固体受到热辐射作用时的表面温度精确解。数值计算时，两相进行耦合迭代求解，结果表明，微重力大小对传热和流动过程有显著影响，它决定着热膨胀、自然对流和强迫流动三者对传热过程影响的相对大小。     

气固两相自由射流燃烧的数值模拟

采用修正的k—ε湍流模型，利用k-ε-kp气固两相模型和EBU—Arrhenius燃烧模型模拟了不同工况下煤粉气固两相自由射流燃烧的过程。在SIMPLE计算程序的基础上编制了计算气固燃烧程序。由冷态气相场开始，计算了冷态颗粒场，热态气相场和热态颗粒场，其中包括了两相间的耦合及迭代过程。对冷态和热态气相和颗粒相湍动能进行了比较。模拟结果表明，为保证燃烧的充分进行，在一定的颗粒浓度下，应保证自由射流的入口速度。     

微重力两相流相似模拟准则新探

根据两流体同心环状流线性稳定性分析的结果，对微重力气／液两相流地面模拟实验所应遵循的相似准则进行了探讨，得到了一个新的重力无关性准则，即Bond数和环形区流体相的毛细数之比的绝对值不大于1．此外，微重力气／液两相流模拟实验还必须满足两个条件，即流量比和气相表观Weber数应与所模拟的流动中对应数值相等．     

气粒湍流流动中考虑重力时颗粒的扩散

对气固两相后台阶流动,利用大涡模拟方法模拟气相场,轨道法模拟颗粒相运动。计算中气相亚格子模式(SGS)采用了标准的Smagorinsky模式。不考虑重力条件,研究了不同入口滑移条件下颗粒的扩散行为,表明颗粒扩散行为与连续相大涡运动行为存在差异。在此基础上深入研究了考虑重力条件时颗粒在流场中的扩散行为。该文工作为在细观框架下进一步研究气固两相相互作用奠定了基础。     

气—液两相瞬变流的流固耦合研究

论述了国内外气-液两相瞬变流流固耦合的研究成果及现状，阐述了气-液两相瞬变流的流动规律和流固耦合研究的各种方法。评述了气-液两相瞬变流、流固耦合等方面的理论模型和数值计算方法，并对不同模型和数值方法进行了比较和分析。指出了目前两相瞬变流流固耦合研究中存在的问题，预测了流固耦合研究的方向应为两相流体瞬态时的流固耦合实验研究和耦合模型的数值计算方法研究。     

强激光驱动微颗粒高速冲击下铝合金材料的动态力学行为

微颗粒冲击条件下铝合金材料的动态力学行为研究，对保障铝合金部件在极端环境下结构设计和安全防护性能至关重要. 针对2024铝合金材料，采用强激光驱动微颗粒高速冲击实验和数值模拟，研究其微弹道冲击行为. 首先通过强激光驱动微颗粒冲击实验，获得了常温条件下冲击过程中微颗粒的能量损失与铝合金板材冲击的局部变形行为，并对有限元模型进行了验证；基于相场动力学模拟，获得了接近熔点温度的固液共存铝合金的微结构特征，并建立了流固耦合计算模型，给出了不同温度下铝合金材料的冲击能量耗散特性、应力分布规律与变形失效行为. 数值模拟结果表明，动态加载下固液共存态铝合金中的流固耦合效应对铝合金的宏观动态力学行为有重要影响；固液共存铝合金材料的吸能效率更低，且由于固相枝晶的相互作用，使应力的传递路径发生明显变化.      

微重力条件下列管相变蓄热器的传热特性研究及拓扑优化

基于相变蓄热器在航天航空领域的应用，对列管式蓄热器建立物理模型和数学模型，采用数值模拟研究其在不同重力及雷诺数下的传热特性，此外引入基于变密度法的拓扑优化方法对蓄热器进行结构优化，设计出一种不等长拓扑肋片模型，并对比研究各因素对相变材料熔化速度的影响。研究结果表明，相同雷诺数时微重力条件下相变材料的熔化速度相比于有重力条件下的较慢，不同雷诺数时微重力条件下的熔化速度比有重力条件下的熔化速度分别减小了82.7%,86.1%,90.1%。但在微重力条件下，增大雷诺数已不足以有效提升相变材料的熔化速度。与无肋片管相比，经拓扑优化所得肋片模型的强化换热效果明显，在微重力条件下其相变材料熔化时间相比于无肋片管熔化时间缩短了47.83%，表明所设计的拓扑优化肋片模型可有效地减小微重力对蓄/放热速率的影响。     

气液两相瞬变流的流固耦合研究

论述了国内外气液两相瞬变流流固耦合的研究成果及现状 ,阐述了气液两相瞬变流的流动规律和流固耦合研究的各种方法。评述了气液两相瞬变流、流固耦合等方面的理论模型和数值计算方法 ,并对不同模型和数值方法进行了比较和分析。指出了目前两相瞬变流流固耦合研究中存在的问题 ,预测了流固耦合研究的方向应为两相流体瞬态时的流固耦合实验研究和耦合模型的数值计算方法研究。     

燃烧室热-声-固耦合数值模拟研究

为减少NO_x等污染物的排放,现代燃气轮机多采用贫油预混燃烧技术,由此产生较为突出的燃烧振荡与燃烧室结构疲劳问题。应用有限元软件建立燃烧室数值模型优化燃烧室模型网格;对比分析进气速度対数值模拟结果的影响;运用单向耦合与双向耦合方法计算分析了燃烧室热-声-耦合特性。研究表明:网格质量在一定程度上影响计算精度,进气速度对数值模拟结果影响较大;相对于声压载荷,热载荷对结构固有频率和振型影响较大,特别是在高频段;双向耦合较单向耦合数值模拟结果与实际情况更为接近。热-声-固耦合分析方法对发动机燃烧震荡机理研究及其抗热-声-固耦合疲劳设计具有应用参考价值。     

微重力环境及地基的高温熔体润湿特性

经典材料表面与界面的一些实验现象被重力效应覆盖,影响人们对材料本质物理特性的深入了解.因此,微重力对熔体的润湿行为和固/液界面反应的作用机理研究具有重要的意义.本文综合前人对高温熔体特别是高温锡基合金的润湿行为及与基板间的界面反应特性的研究,通过与微重力条件下相关研究及实验结果对比,总结了卫星微重力环境及地基环境下的高温熔体润湿特性,为以后的空间实验及分析提供理论参考.     

微重力条件下气／液两相流压降实验研究

利用俄罗斯IL-76失重飞机对微重力条件下方形截面管道内的水/气两相流压降进行了实验研究．利用本次微重力气／液两相流压降实验结果对一些目前常用的基于地面常重力实验结果的两相流压降预测模型(均相模型、Lockhart-Martinelli—Chisholm模型和Friedel模型)在微重力条件下的适用性进行了评估．比较发现,均相模型和Lockhart-Martinelli—Chisholm模型预测结果和实验数据差异很大;而Friedel模型的预测结果尽管也与实验数据有着明显的差别,但在这些模型中是误差最小的．因此,可以利用Friedel模型来对微重力气／液两相流压降进行初步预估,而新的、更精确的模型将依赖于更有物理意义的分析方法及不同重力条件下气／液两相流压降实验的结果．     

重力对压缩机气液分离器回油影响分析及数值模拟

蒸汽压缩式热泵作为空间热控制系统对未来航天有着重大的意义,而蒸汽压缩式热泵的核心部件之一是压缩机。为了探究重力对压缩机气液分离器回油特性的影响,对常重力和微重力环境下回油进行分析并开展数值模拟。建立了气液分离器的数学模型,并利用Fluent软件对其内部的气-油混合物进行了数值模拟,探讨了重力对润滑油相分布的影响以及润滑油量和速度对在微重力下流场的影响。数值模拟的结果表明,当压缩机入口速度大于10m/s或重力加速度小于0.04m/s²时,制冷剂和润滑油的混合物可平稳回流。尽管微重力下气液分离器可以正常运行,但是会使大量润滑油进入压缩室,造成压缩恶化,严重影响压缩机的性能,后续会针对微重力下润滑油大量进入压缩室造成的压缩恶化对压缩机进行微重力适应性改造。     

分解炉计算机辅助实验平台的研究与开发

采用Visual C 与OpenGL编写分解炉计算机辅助实验平台的前、后处理的可视化界面，采用Fortran编写求解器部分，将数值模拟过程与计算机可视化研究相结合，建立基于分解炉内气固两相流动、煤粉燃烧和碳酸钙分解的计算机辅助试验平台，为研究实际工程中分解炉内的物理化学过程提供了一种可视化的平台．     

磁流化床气固两相流动的数值模拟及实验验证

建立了床体为圆筒的磁流化床筒化数学模型。采用SIMPLEC算法对此类磁流化床床内的气固两相流动进行数值模拟，并对多种运行条件下床内气固两相流动的数值模拟结果进行分析，获得了磁流化床内气固两相在偏离或接近临界稳定区域的流化特性。通过用相对应的实验装置进行实验验证。结果证明：该简化的双相模型和SIMPLEC算法对磁流化床床内气固两相流场进行数值模拟具较好的适用性和准确性。     

机械密封动静环的热流固耦合分析

本文以计算流体动力学及热流固耦合数值计算理论为基础，对处于高速、高温、高压等高参数极端工况的机械密封摩擦副密封环界面、流体膜及工作流场进行了热流固耦合数值计算分析，为高参数机械密封动环的进一步结构优化设计提供依据。因此，对密封环进行热流固耦合方面的研究就显得非常有必要。     

含有可变形界面的两相流和传递数值模拟

化工生产过程普遍涉及两相流动.两相流的数值模拟研究发展迅猛,对深入理解动量、热量和质量传递现象具有重要的指导意义.建立两相流和传递过程的数学模型并进行数值求解,特别是准确描述相界面的变形和运动,是当今两相流数值模拟研究的重点和难点.本文围绕含有可变形界面的两相流的数值模拟研究,主要介绍了两种典型的模拟可变形界面的水平集(Level Set,LS)方法和边界元法(Boundary Element Method,BEM).本文综述了近年来界面处理算法在含有可变形界面的两相流领域中的微流体、液滴撞击和溅落、气泡聚并破碎等数值模拟研究的现状和发展趋势.最后简要描述了两相流界面间质量传递的数值模拟方法.     

旋转圆盘上液固两相流冲刷磨损数值模拟研究

对旋转圆盘内液固两相流冲刷腐损过程进行了数值模拟研究.数值模拟研究采用欧拉-拉格朗日方法来模拟液固两相流动,即通过在欧拉坐标系下求解流体相的雷诺时均方程组来模拟流体流场,通过拉格朗日坐标系下的随机轨道模型来获得固体颗粒相的运动轨迹.将最终数值模拟结果和实验测量数据进行了比较,结果表明文中构建的综合模型基本上是正确和可行的.     

不同风速下拉索表面水线的形成

本文将气液两相流理论与VOF法相结合,提出一种模拟风雨条件下斜拉索表面水线产生过程的新方法;采用计算流体软件CFX进行数值模拟,通过分析重力及气流单独作用下的水线形态,并与前人的研究成果进行比对,验证了这一方法的准确性与合理性;通过研究不同风速条件下受重力和气流共同作用时的水线初始形成时间、位置和形态,分析重力和气流作用对水线形成的影响,为人工水线风洞试验和理论分析提供依据.     

流化床烟气脱汞气固两相流动的可视化研究与数值模拟

为了探究流化床烟气脱汞反应器内气固两相的流动过程,通过可视化显形实验对不同主流化风速、床层物料高度、颗粒粒径和活性炭喷口速度下反应器内气固流动的行为和特征进行了研究.通过计算流体动力学方法对气固两相流动过程进行了数值模拟,并与实验进行比较.结果表明,数值模拟具有流动模拟的可靠性.主流化风速增加或颗粒粒径减小,均会加剧气固两相流动的剧烈程度,活性炭喷口气流会造成气固两相的局部湍动,但床层物料高度由于受到壁面与颗粒的摩擦力和内部气泡大小的综合作用,对气固流动行为的影响不显著.