静电纺纳米纤维的纺程形态模拟

采用计算流体动力学(CFD)对静电纺射流进行计算机模拟,采用POLYFLOW软件在二维空间上对稳定段射流的运动形态进行2D模拟,采用FLUENT软件对不稳定段射流运动形态进行3D模拟.采用专用前处理软件GAMBIT建立几何模型和生成网格.模拟结果显示:当溶液流速不变时,射流直径随牵伸力的增加而变小;但当牵伸力太大时,射流在运动的过程中不再仅仅是变细,在某一位置会出现先变粗再变细的情况;当牵伸力达到一定程度时,稳定射流消失.对于不稳定射流的模拟结果发现:在牵伸力小的情况下,射流容易发生弯曲;在牵伸力大的情况下,射流发生弯曲的位置即不稳定点离喷头远.模拟结果与实验结果十分吻合.     

Theoretical Mechanism Analysis of 3D Free Surface Electrospinning

Electrospinning is a new type of free-end spinning built on the electric field. The electric force of polyacrylonitrile( PAN)polymer solution overcomes the surface tension of the solution,and then it causes wave and forms jet flow. In the process of injection,the solution is evaporated or solidified,eventually forming a fiber on the receiving device. Different from ordinary single needle head,in the study,a new type of 3D free surface spinneret is used to produce multiple jets at the same time, and this will greatly improve production efficiency. In the paper,the model of 3D free surface is analyzed by the theory of fluid mechanics. The relationship among the wave length,surface tension and the electric field is obtained.After the mechanical analysis on the stable period of the jet,the relationship between the jet radius and the distance from the spinneret to jet is carried out. At the same time the relationship between the jet velocity and the tensile force is carried out. After mechanics analyzing on the unstable period of the jet,it can be concluded that the radius of the jet is inversely proportional to one half power of the distance from the jet to the spinneret,and the electrostatic spinning jet's velocity is directly proportional to one half power of the tensile force. After the mechanical analysis of the unstable period of the electrospinning jet,it can be concluded that the radius of the jet is inversely proportional to one fourth power of the jet intercept point distance.     

煤与瓦斯突出瓦斯射流数值模拟

将煤与瓦斯突出过程的瓦斯突出视为连续射流,应用伯努利方程,建立了瓦斯射流的数学模型,得到了瓦斯突出射流流速和流量表达式,在此基础上考虑突出口压力和突出口直径影响,进行了瓦斯射流的数值模拟,得到了突出压力与突出射流最大速度、突出压力与射流流场分布、突出口直径与突出影响范围间关系规律。模拟结果表明:突出口压力与突出射流最大速度近似呈线性关系,在一定条件下射流流场分布具有甩尾效应,突出口直径越大,其突出影响范围越大。     

水力喷射压裂中环空水力封隔全尺寸实验

多级水力喷射压裂技术依靠水力封隔实现层段间隔离。通过地面全尺寸实验,提出从环空压力变化的角度评估水力封隔效率。实验中对喷射速度、围压、喷嘴直径和射孔入口直径以及环空注液对水力封隔效率的影响进行测试。实验结果表明:射流速度和围压是影响环空压力降低的两个主要因素,环空压力降低的幅度与射流速度呈线性增长关系,与围压呈指数递减关系;水力封隔效率与射流动能和孔道入口直径的比值成正比,可通过增大喷嘴直径和减小孔道入口直径的方法提高水力封隔能力;环空注液降低水力封隔效率。     

鸭嘴阀扩散器卷吸特性研究

对同向流动环境中的水平DBV射流的掺混特性进行了一系列试验研究,对不同试验组次下的时均速度分量、射流边界、射流动量、紊动强度、雷诺应力和射流卷吸参量做了研究.研究结果表明：按时均中心线流速衰减规律,可将流动划分为3个区域,每个区域有其自身特定的指数衰减率;当x/D＞1.5,除主轴平面内的紊动应力以外,时均速度,紊动强度,雷诺应力出现自相似;轴变换发生在x/D＝1～1.5附近;平均稀释度和无量纲的沿程距离之间存在线性关系,相比于具有相同名义直径的同向流动环境中的圆射流,在相同排放流量条件下,DBV射流具有更好的稀释效果.     

热横向射流近壁区的温度变化研究

当热射流垂直入射至主流中时,在宽广的射流与主流流速比（0．01－1．50）下,测量了3个不同区域内近壁区流体的温度随流速比变化,通过实验发现,横向射流的流动形式复杂,不同区域近壁区流体的温度随流速比变化的情况不尽相同,在射流下游区,当流速比大于0．40以后,射流核心区已基本离开近壁处,在射流管出口处,低流速比时射流出口温度分布极不均匀,在射流管内,低流速比时存在有紊动区,当流速比大于0．05以后,射流管内温度已不受主流的.影响。     

脉冲喷嘴射流特性试验研究

对常压下脉冲喷嘴自由淹没射流结构特性进行了试验研究.并对设计出的脉冲喷嘴进行了大量试验.结果表明,脉冲喷嘴射流的外边界变化规律、等速核和无因次速度分布规律等均与普通射流有较大差异.脉冲喷嘴射流的外边界为一波浪线,且在喷距达一定数值后,随着喷距的加大,呈非线性缓扩直至平直趋势.脉冲喷嘴射流不存在明显的等速核,射流从喷嘴一射出就有较大的速度脉动.文章给出了脉冲喷嘴射流轴心线上的脉动速度与无因次喷距之间的变化规律.     

建筑内自然对流对射流的影响研究

当射流出口速度较小或室内自然对流强度较大时,室内自然对流对射流特性产生重要影响。采用数值模拟方法,研究了建筑内左右壁面为定壁温边界条件下的自然对流与射流共存时的速度场和温度场。根据数值计算结果,分析了自然对流对射流特性的影响及其影响因素。这为工程设计中预测自然对流对室内气流射流的作用及合理设计室内气流组织提供了依据。     

倾斜射流在井底产生的漫流分布特性研究

应用流体力学基本原理,建立了源-汇叠加的物理模型,用以描述倾斜射流在井底产生的漫流流动,推导出了漫流速度分布的数学模式,并进行了实验验证.从实验中得出了倾斜射流在井底产生的漫流速度分布规律,实验结果与理论分析相吻合,证明了倾斜射流的漫流速度包络线基本上呈椭圆状.倾斜射流不仅会使冲击方向上的漫流速度增大,还会使其厚度增加,因此大大增加了对岩屑的推动力和与钻头切削齿的对流换热能力,强化了该方向上对钻头的清洗和冷却.     

岩溶区排泥库泥浆深层泄漏机理

受喀斯特地貌及动水环境季节性变化影响,岩溶区排泥库底部泄漏事故时有发生,泄漏点探测成为控制灾害影响程度的关键。为此,通过灰色关联分析多参数对泥浆泄漏渗流力的影响,认为其中泥浆密度与流速对其渗流力影响较大,建立了泥浆密度、含水量、流速与泥浆渗流力的多元线性回归方程;并进一步建立了不同泄漏孔口大小、含水量和动力黏度条件下的泥浆泄漏数值模型,结果表明:泥浆含水量、动力黏度对泄漏影响半径影响不大,而泄漏孔口大小与泄漏影响半径关系较为密切,水平影响半径平均为泄漏孔口半径的4.61倍,竖直影响半径平均为泄漏孔口半径的5倍。     

水射流动力特性及破土机理

水射流破土效果取决于射流参数和土体参数,射流参数决定射流作用力的大小,而土体参数决定着土体临界破坏力. 通过射流动力特性及其破土机理分析,揭示了射流参数与土体参数之间存在的内在联系,建立了水射流破土的理论方程. 该方程解决了以往在射流破土过程中参数选取的随意性或无法确定射流参数的问题.     

脉冲射流喷嘴机理及水力特性研究

在对新型射流机理探讨的基础上,研究了脉冲射流喷嘴的机理和水力能量关系,得出了计算式.结果表明,脉冲喷嘴的瞬时高频射流所获能量是低频射流的2.558倍,是连续射流的1.438倍. 还得出了脉冲射流喷嘴的水马力和冲击力的计算式.为脉冲射流喷嘴的应用及进一步研究,提供了理论依据.     

射流冲击载荷对井底岩石应力场的影响

考虑三向地应力、液柱压力、孔隙压力和射流速度的影响,建立射流冲击井底岩石流固耦合模型,运用有限元及有限体积法进行求解。结果表明:井底压差越大,井底岩石最大主应力越大;射流最大冲击压力与速度平方成正比,孔隙压力在冲击面和冲击轴线上随距离增加均呈"三次抛物线"减小;射流冲击井底岩石存在明显的局部效应,射流主要影响区域在冲击面上约为2倍射流半径,在冲击轴线上约为2.5~3.5倍射流半径,与应力波理论结果相吻合。     

起爆方式对聚能射流性能影响的数值分析

应用LS-DYNA有限元程序,采用ALE方法对聚能装药在点起爆、面起爆、正向环形起爆和逆向环形起爆等不同起爆方式下的射流形成过程进行了三维数值模拟.计算结果表明,起爆方式对射流性能有着重要的影响;不同的起爆方式在装药中产生不同的爆轰波形,当爆轰波波形与药型罩外表面越接近时,罩微元的压垮速度越高,导致射流头部速度越高;环形起爆形成的射流头部速度高于面起爆的,面起爆高于点起爆的,并且随着起爆直径的增大,面起爆与环形起爆所形成的射流头部速度逐渐增大.     

基于ALE算法的水射流破土特性

为探究水射流破土过程中射流参数对破土特性的影响,通过ALE流固耦合算法建立了淹没状态下水射流破土的数值模型,开展水射流破土的室内试验验证了数值计算结果的准确性。基于数值模型分析不同射流速度和靶距下冲蚀深度与体积的变化特征,探讨射流参数对破土特性的影响机制。研究结果表明：水射流破土形成的冲蚀深度随着射流速度的增大而逐渐变大,且随着射流时间的增加会呈现线性增长、缓慢稳定增长和稳定三个阶段;靶距越大冲蚀深度越小,但冲蚀体积受射流速度的影响较大,在低速时冲蚀体积随靶距的减小而增大,而在高速时冲蚀体积则会先减小后增大再减小;基于试验结果分析敏感性可知射流速度对冲蚀深度与体积的影响程度要大于靶距。     

毛细管内两相流体驱替规律研究

本文模拟了不同半径毛细管中水驱油和油驱水时界面移动的全部过程,为深入理解液-液两相流动机理,建立正确的两相流流动模型提供一定的依据,探索孔隙内流体驱替速度与外加压差之间的关系。根据实验数据,发现它们之间存在很强的规律性,其流动规律明显偏离泊谡叶公式,依据实验资料,得到的结论是：两相驱替时界面移动的动态接触角余弦与外加压差之间存在线性关系;进而得到动态毛细管压力与外加压差之间的线性关系;两相驱替时,液体的流动规律是,界面的移动速度与外加压差成线性关系,对于水驱油和油驱水时,直线的斜率不同,其截距是静毛细管压力,转变点的压力与静态接触角和直线的斜率有关。     

药型罩对聚能射流速度影响的数值模拟分析

为了研究药型罩对聚能射流破甲威力的影响,利用LS-DYNA动力有限元计算程序对聚能射流形成过程进行了数值模拟.在此基础上着重应用数值模拟方法分析了药型罩锥角、药型罩壁厚、药型罩形状对聚能射流速度的影响,得到了射流速度与药型罩的关系,射流速度随药型罩锥角的减小而增加,随药型罩壁厚的增加而降低,喇叭形罩比圆锥罩速度大.从而为聚能射流药型罩的设计提供参考.     

气液两相射流破岩流场数值模拟

为解决传统水射流破岩资源消耗巨大的问题,急需研究出一种高效节能的射流破岩技术,以达到节能减排、绿色可持续发展的目的。本文基于计算流体力学方法,在水射流的基础上加入定量气相,形成气液两相射流,并对其进行数值仿真,研究了气液两相射流的速度场、压力场特性,分析了气相体积分数、入射压力和喷距对气液两相射流破岩性能参数的影响规律。研究结果显示：气相体积分数为30%的气液两相射流的最大轴向速度为288 m/s,相比纯水射流提升超过19%。当射流从喷嘴喷出,高压的气泡溃灭会形成高速溃灭微射流,提高射流速度和射流冲击力。随气相体积分数增加,射流最大轴向速度不断增加,而驻点压力略有下降。随入射压力增加时,射流最大轴向速度呈上升趋势,但增幅逐渐变缓。当喷距增加到35 mm时,射流中的大部分气泡在靶面附近发生溃灭,对靶面产生脉动冲击,使驻点压力回升到26 MPa,此时驻点压力高,射流扩散较小,射流破岩性能良好。     

流线型喷嘴湍流射流结构与动量特性的试验研究

本试验研究是将空气通过风机送往稳定箱,稳定后经过流线型喷嘴产生高速射流射入大气,射流马赫数Ma=0.141,雷诺数Re=8.48×10~4。试验结果表明,射流结构由初始段和基本段组成。初始段中,无因次速度不存在相似性;基本段中无因次速度具有相似性。初始段中聚能效果好,具有较大的冲击性和切割性;基本段中聚能效果差,无切割性,但速度分布均匀。因此,在工业上,不同用途时应采用射流的不同区段。     

半固态挤压铸造B级钢轴箱体的成形研究

采用半固态挤压铸造工艺对B级钢轴箱体进行了成形研究,获得了形状完整、轮廓清晰的铸件,但铸件表面有明显的裂纹和冷隔等缺陷.针对这些缺陷进行了深入的理论分析,分析表明:压头脱出力、模具预热温度、比压等是影响铸件质量的关键因素.在理论分析的基础上进行了大量实验,结果表明:优化压头脱出力、模具预热温度、比压等成形工艺参数可以消除缺陷.