恒定磁场下的磁性液滴变形数值模拟

采用商业数值软件Fluent模拟研究磁液滴在恒定磁场中的运动变形情况.模拟考查磁液滴在空气中处于悬浮状态时,受到水平方向的恒磁场作用,进而发生运动变形行为.研究结果表明:磁通密度越大,对液滴造成的影响越大,液滴更加容易发生移动变形行为;另外,磁液滴尺寸越大,越容易受到磁场的影响发生变形;磁液滴发生变形存在最低磁通密度,即临界磁通密度,该参数随液滴直径的增加而减少;当液滴尺寸无限小,无论施加何种强度的磁通密度均无法实现液滴的变形;当液滴直径达到5.4 mm以上时,即便不存在磁场作用,在无外界能量维系的前提下,液滴本身也会发生变形,无法保持液滴球形的完整性.     

隧道内机动车尾气排放污染范围的数值模拟

采用商业数值软件FLUENT模拟研究隧道内轿车、卡车以及小货车在阻滞和正常行驶状态时排放尾气污染情况。考虑实际机动车尾气排放管道的大小和高度等几何参数,从横向及纵向角度考察尾气污染范围与机动车和空气之间相对速度之间的内在联系。研究结果表明:①通风风速并非越大空气质量越高,无限制增大通风风速会带来高能耗、噪声等问题,当机动车处于阻滞工况和正常行驶,相对速度分别大于8、12 m/s时,污染物扩散范围受相对速度影响可以忽略不计;②尾气横向污染范围随相对速度的增加而减小,与机动车尺寸无关,而且正常行驶的机动车横向污染范围较阻滞状态下的机动车污染范围大,两者均符合x=a/v~(1.5)+0.1的规律,其中参数a的数值与机动车行驶状态相关:当机动车处于阻滞状态时,取a=2.7;当机动车处于正常行驶状态时,取a=12.5;③污染纵向最低值随着相对速度的增加而增加,受排气管周围空气压力影响,尾气呈现出向上漂移特性;④污染纵向最高值随着相对速度的增加而先出现波峰,随后逐渐下降,其下降速率与车型有关,随着机动车尺寸的增大而减小,即轿车最大,小货车次之,卡车最小;⑤污染纵向范围整体呈现随相对速度的增加而下降的趋势,但是在相对速度处于0～5 m/s时,纵向污染范围存在最大值,对隧道通风设计时应考虑相对速度处于该范围的不利影响。     

颗粒型多孔材料孔隙率理论分析和实验研究

颗粒型多孔材料中基体颗粒存在多种堆积形式,分为绝对稳定堆积和亚稳定堆积。建立无边界影响的堆积颗粒型多孔材料孔隙率理论模型,获得无边界影响下多孔材料的理论孔隙率。理论分析认为每种堆积形式存在的概率相等,推导获得颗粒型多孔材料的孔隙率为定值0.377。通过与文献数据对比,发现该数值与文献数据吻合良好。此外,通过实验研究发现,当多孔材料直径与颗粒小球粒径比值增大时,即多孔材料边界效应减弱,实验获得多孔材料孔隙率越接近该数值,从而证明了该数值的正确性。     

液化天然气翻滚临界密度差的数值研究

液化天然气（Liquefied Natural Gas，LNG）在充装和储运过程中，密度差分层现象易导致翻滚行为，对LNG储罐安全造成极大威胁。当初始密度差小于临界密度差时，储罐内相邻两层LNG的混合过程较平稳；当初始密度差大于临界密度差时，LNG翻滚强度显著增大，混合过程趋于剧烈。因此，研究不同罐容储罐的翻滚现象与临界密度差之间的联系尤为重要。本文采用商业数值软件FLUENT分别对5,000、10,000、30,000、50,000、80,000、100,000、120,000和160,000 m3储罐内分层LNG的翻滚现象进行数值分析，获得多罐容LNG储罐内的翻滚现象随初始密度差的变化规律，并确定各罐容的临界密度差范围。研究发现：LNG翻滚流速随着分层初始密度差的增加而增加，初始密度差是影响LNG翻滚的直接原因；同时，LNG翻滚的最大速度与初始密度差呈线性关系，即：当初始密度差越大，翻滚时最大速度越大，表征翻滚越剧烈，该线性关系式中的系数并非定值，其大小与储罐高度和直径等尺寸参数相关；此外，LNG发生翻滚时存在临界密度差，与储罐直径满足二次方函数关系，临界密度差随着储罐直径的增大而减小，分层的LNG达到临界密度差而更易发生剧烈翻滚现象；最后，本研究针对不同储罐罐容，提出临界密度差区间，且大容量的储罐装载分层LNG时更易产生翻滚现象。