旋转磁场电磁搅拌数值模拟

对旋转磁场搅拌凝固过程中金属液的流动进行了数值模拟,结果表明,金属液所受Ｌｏｒｅｎｔｚ力切向分量及径向分量沿半径方向逐渐增大,但数值大小相差悬殊;切向流动速度沿半径方向呈抛物线规律变化,最大值发生在０．６ｒ０处,这种三维流动将有利于温度、成分均匀化的作用。     

楔横轧凸轮轴金属流动规律的有限元分析

通过有限元仿真楔横轧凸轮轴时在轧件上取跟踪点,跟踪这些点的位置变化情况来揭示轧件内金属的详细流动规律. 因凸轮体小圆端部分在轧制过程中所受模具挤压较小,其金属轴向流动和径向流动较其他变形区小,这种金属流动的不均匀性会影响轧件成形质量;轧制过程中因凸轮体小圆端与模具上凸轮凹槽产生啮合作用,这一作用降低了模具对凸轮体小圆端部分的周向扭转力,因此凸轮体小圆端部分的周向扭转相对较小. 轧件凸轮体部分为非圆截面,此部分各向金属流动不均匀,造成凸轮体部分心部金属偏移量比其他部分大.     

并联管路气液两相流分流实验与数值模拟

为了研究气液两相流在并联立管中的分流状况,在实验室中建立了带有并联立管的气液两相流流动回路。建立了气液两相流分流数学模型,通过数值模拟方法对气液两相流分流进行研究。实验过程中发现了并联立管中三种不同的流动状态分别为弹状流-弹状流、搅混流-搅混流以及弹状流-搅混流。实验结果表明当并联立管中的流动状态为弹状流-弹状流时,两根立管中的压降相同,但是并联立管中的液塞排出并不具有同步性,可能产生偏流状况。在气液流速较高的搅混流-搅混流时两相流在并联立管中始终处于均匀分配状态。介于两者之间的弹状流-搅混流,并联立管中的压降产生较大的偏差,气液两相流流量更倾向于搅混流一侧流出,此时并联立管中产生严重的偏流状况。数值模拟过程中,通过对并联立管出口持液率进行监测,在较低的气液速下两相流并不能够均匀分配,但是在较高的气液速下,两相流始终处于均匀分配,可见所建立的数学模型具有良好的准确性。     

半固态挤压扩展成形过程金属流动规律的有限元分析

利用有限元法对半固态连续挤压扩展成形过程中扩展腔内的金属流动规律进行模拟,得到了不同模具设计参数下的金属流动规律·结果表明,高固相率半固态金属浆料以层流方式填充模具,扩展腔内半固态金属浆料流动速度从扩展腔中心区域向两边侧壁逐渐减小·随着扩展角、模具台阶长度的增大,模具出口横断面上金属流动速度趋于更加均匀,随着模具定径带宽度增大,金属流动不均匀性增加,同时台阶太长,模具扩展腔两侧会出现金属流动的死区或涡流·在合理的模具设计条件下,可以实现半固态连续挤压扩展成形·     

地下岩体的流动电位研究

利用室内模拟地层条件下的岩心注液系统及流动电位测试仪,对某中砂岩试件进行了注液实验,研究不同注入压力和不同注入液矿化度下砂岩中流体流动电位的变化规律。为了解地层注水时产生的流动电位的实际情况,进行了小规模的野外中砂岩岩层注水监测实验。室内实验结果表明:砂岩试件注液过程中,流动电位伴随着流体的注入而产生;流体的注入压力越大,注入液矿化度越低,产生的流动电位就越大。野外小型验证实验表明,实际地层注液过程中也产生了流动电位。在石油注液中,可通过对流动电位的监测来实现对流体流态的监测,从而揭示储层地质结构。     

水平井两相流变密度射孔模型研究

综合考虑水平井气液两相流体分层流动特性以及气液两相流体高速通过射孔孔眼所产生的非达西流动效应等因素,基于向井流流动模型和水平井筒气液两相分层流动模型,建立了水平井两相流变密度射孔优化模型。通过对所建模型的数值求解,揭示了变密度射孔完井水平井内气液两相分层流动规律,并对模型中产量、地层渗透率等重要参数进行了敏感性分析。结果表明,均匀射孔会导致水平井筒跟端的径向流入量大大增加,出现明显的端部效应,而通过调节射孔密度,可以有效地调整水平井生产剖面,尤其对于高渗油藏,变密度射孔能够有效地减缓可能出现的水气锥进,从而提高油田的开发效益。     

镁合金真空低压消失模铸造充型特征

采用摄影法和电触点法对薄壁镁合金零件的充型特征进行了系统研究．实验结果表明，在低真空度条件下，镁合金呈拱形层状推进，其充型速度随充气流量的变化而变化．过小的充气流量会造成金属液充型速度较小，产生浇不足缺陷，而充气流量过大则会使金属液流动前沿不平稳，产生气孔缺陷．真空度有利于砂型紧实和热解产物的传输，但过高的真空度使金属液呈凹槽形推进，不利于热解产物的溢出，在铸件末端产生集中性气孔缺陷．因此，镁合金真空低压消失模铸造最佳的充气流量范围为3～4m^3／h，真空度低于0．02MPa．     

水平井筒两相流压力计算模型

对水平井筒变质量分层流动进行了微元段流动分析,根椐气相和液相的连续性方程及动量方程,忽略加速度的影响,得到了气、液两相的混合动量方程,并由此建立了水平井筒变质量气、液两相流动的压力梯度模型,该模型中考虑了流体从油藏到井筒流动的影响。利用已有的处理水平管分层流动的方法,计算了考虑流体沿水平井筒有径向流入时水平井筒的压力分布。因为水平井筒上不同点的生产指数不同,所以,本模型更接近于实际。对沿井筒的压力降和流入剖面进行了实例计算。结果表明,随着水平井半径的减小,压力降逐渐增大,从而产生了不均匀的流入剖面     

铝合金圆管挤压成形的切线分流桥模具结构分析

挤压成形是铝合金产品成形的主要手段之一。对一般的空心型材制品,由于挤压成形本身的工艺特点,不可避免的会在产品表面产生挤压焊合线,影响到产品的表面质量。对圆管型材制品,给出了一种切线分流桥的结构,能够减轻甚至避免圆管表面出现明显焊合线;并通过数值模拟分析,发现了该种模具设计方案增加了金属在焊合室中的横向流动能力,有效的改善了金属挤压焊合的质量和流动均匀性。     

水平井两相流变密度射孔模型研究

综合考虑水平井气液两相流体分层流动特性以及气液两相流体高速通过射孔孔眼所产生的非达西流动效应等因素，基于向井流流动模型和水平井简气液两相分层流动模型，建立了水平井两相流变密度射孔优化模型。通过对所建模型的数值求解，揭示了变密度射孔完井水平井内气液两相分层流动规律，并对模型中产量、地层渗透率等重要参数进行了敏感性分析。结果表明，均匀射孔会导致水平井简跟端的径向流人量大大增加，出现明显的端部效应，而通过调节射孔密度，可以有效地调整水平井生产剖面，尤其对于高渗油藏，变密度射孔能够有效地减缓可能出现的水气锥进，从而提高油田的开发效益。     

离心式中间包流场的大涡模拟研究

为了研究离心式中间包的流动过程,采用大涡模拟(LES)方法针对3种不同情况,即(a)电磁力加直水口注流;(b)利用钢液的位能使用弯水口注流;(c)电磁力和弯水口注流共同作用,考察了影响旋流强度和中间包内流动结构的工艺参数.结果表明,LES方法可以成功模拟离心式中间包的三维湍流流场.与单纯电磁力或单纯弯水口相比,旋转电磁力和弯水口共同作用时可使水平面的旋流强度显著增强.在原有电磁力作用的基础上,使用弯水口注流可比原流场最大速度值增加约15%~19%.     

喷流式感应体熔沟内金属熔体流动数值仿真

基于电磁流体力学和电磁感应现象,对喷流式感应体熔沟内金属熔体的电磁场和流场进行数值模拟,并进行试验验证.结果表明,在熔沟旋转磁场作用下,金属熔体存在沿熔沟轴线的流动及熔沟进出口处二次环流;金属熔体表面磁感应强度与电流频率成反比,与输入电压成正比;金属熔体所受到电磁力最大值与磁感应强度的平方成正比,与频率成反比;金属熔体沿熔沟轴线流动的平均流速与磁感应强度成正比,与金属熔体密度平方根成反比.     

新型电磁制动漏斗形结晶器内复杂行为的数值模拟

针对漏斗形结晶器的不规则外形开发了新型电磁制动装置,建立了三维物理模型和数学模型.分别借助ANSYS模拟了电磁场,FLUENT模拟了钢液湍流、传热以及凝固.磁场计算结果通过线性插值导入流场,采用等效比热容法处理潜热.钢液拉坯速度为5.5 m/min,水口浸入深度为300 mm.研究了新型电磁制动装置相对结晶器的位置高度和磁动势对钢液流场、温度场及凝壳的影响.结果显示,新型电磁制动装置上表面距离自由液面为250 mm时的制动效果要好于300 mm的情况.对于所选取的流场参数而言,磁动势为8 kA.n即可,磁动势过大会消耗更多的电能,造成不必要的浪费.     

侧壁式感应加热中间包磁/热/流耦合模拟

提出一种新的中间包感应加热方式,建立了三种线圈模型,模拟研究了三种线圈模型的电磁力分布及其对中间包内流场和温度场的影响,并结合RTD曲线评估了最佳线圈模型和加热功率.结果表明:感应线圈向端部移动有利于改善浇注区远端钢液流动形态及温度分布;相同加热功率条件下,U形感应加热线圈优于E形感应加热线圈,且相较于双侧对称分布U形线圈,单侧U形线圈的热效率更佳,冶金效果更好;提高感应加热功率有利于改善钢液的流动和提高铸坯的质量;对于四流中间包,加热功率为800~1 000 kW时,可达到均温补热的效果.     

翼型绕流不同频率展向振荡电磁力减阻控制实验研究

研究结果表明展向振荡电磁力可控制湍流边界层,电磁力的振荡频率对湍流的控制效果有影响,但并未讨论电磁力振荡频率对控制效果的影响机理。实验研究了不同频率展向振荡电磁力控制翼型绕流的减阻效果及其影响机理。实验在转动的水槽中进行,在翼型的背风面包覆展向振荡电磁力激活板,并将其浸入水槽中,利用应变传感器测量翼型的阻力,基于意法半导体公司生产的微处理器开发电磁力控制器,用于控制电磁力的方向和振荡频率。研究结果表明展向振荡电磁力对翼型绕流具有减阻效果,对比分析了不同频率的展向振荡电磁力的减阻效果,发现电磁力的振荡频率为20 Hz时减阻效果较优,减阻效率可达到18%;展向振荡电磁力可减小翼型阻力的振动幅值,具有减震功能;当电磁力的振动频率与阻力曲线内小波动频率相近时,电磁力的减阻减震的效果最佳。     

展向电磁力对舵面的湍流减阻控制

将电磁激活板包覆于舵面体表面并置于流动的弱电介质溶液中(如海水),通过产生的电磁力对舵面体表面的流体边界层结构进行控制.基于近壁湍流的拟序结构理论,分析了在湍流状态下展向电磁力的方向、强度、脉动方式与作用频率对湍流减阻的控制作用效果.研究结果发现,一定强度和间歇频率的展向电磁力能够有效地减小湍流状态下的舵面体所受到的流体阻力,表明湍流边界层上的展向电磁力能够影响控制舵面的湍流流体动力学特性.     

电磁力控制翼型失速的研究

电磁场在导电的流体边界层上产生的电磁力能有效地改变边界层的结构,控制边界层的流动分离,消除涡流,可以增加翼型体升力,减少其阻力,实现对翼型失速的控制.本文基于电磁体积力控制流体边界层原理,将包覆有特制电磁激活板的翼型体置于弱电解质溶液中,利用基于TMS320F2812(DSP芯片)组建的翼型失速实验控制系统来灵活改变翼型的攻角和转速,显示流场的演化过程,测量升力和阻力的变化;实验结果表明,电磁力能够消除翼型的尾流涡街,正向电磁力能够有效地抑制和延缓翼型失速的发生.     

柴油机压缩过程紊流场规律的研究

在直喷式柴油机气缸和燃烧室中利用热线风速仪研究了紊流场的发展变化规律;在两种不同压缩间隙情况下对压缩过程中紊流场进行测量的结果表明,只有在压缩过程的初期及中期,紊流场才可以近似地当做均匀各向同性紊流场,而在循环的其它时间内,气缸和燃烧室内的紊流场属于非均匀各向异性的;通过对气缸和燃烧室中空气运动的力、能转换的分析,导出了上止点附近燃烧室内涡流转速的估算公式,利用该公式得到的结果与试验结果相当吻合。研究和探讨了燃烧室中空气涡流和紊流强度增加的原因及其影响因素。     

电渣重熔过程的数值模拟

以电渣重熔电极、渣池和铸锭为研究对象,建立了电渣重熔体系三维准稳态数学模型.利用商业软件ANSYS得到了电渣重熔过程的电磁场、流场与温度场.计算结果表明,在电极和钢锭内,电流主要集中在外表面,在渣池内主要集中在电极角部;由于电流密度分布不同导致的电磁力和焦耳热及冷却条件共同影响渣池内流场和温度场;随着熔速的增加,熔池深度和两相区最大宽度增加;本工况下,700~800kg/h的熔速将对应一个最短的局部凝固时间.     

用格子Boltzmann方法计算电磁场中圆柱绕流的减阻问题

利用格子Boltzmann方法,模拟电磁场中的圆柱绕流过程,研究电磁力对圆柱所受阻力的影响,并分析了曲线边界处理方法和曲线边界受力的计算方法;计算得到了不同强度的电磁力作用下圆柱绕流的流线、等涡线及阻力系数.结果表明,电磁力能改变圆柱绕流的边界层结构,延缓边界层的分离,同时还能有效抑制旋涡的脱落,减少阻力.