变弥散系数和对流速度下有机溶质在多孔介质中一维运移的解析解

为研究变弥散系数和对流速度对有机溶质在多孔介质中运移规律的影响,考虑有机溶质的降解作用,设定多孔介质的厚度为有限厚度,建立变弥散系数和对流速度下有机溶质一维运移的数学模型,并利用变量代换和分离变量法获得该数学模型的解析解。将本文所提解析解分别与试验测定结果、已有解析解和有限差分解进行对比分析,对所提解析解的正确性进行验证。基于所提解析解,分析非均质特性系数δ、降解半衰期t_1/2和Robin边界常数α对有机溶质一维运移过程的影响。研究结果表明：一方面,非均质特性系数δ的增大会在一定程度上加快有机溶质的一维运移过程;另一方面,δ增大使得运移后期有机溶质的质量浓度减小;有机溶质质量浓度随降解半衰期t1/2增大而增大,当t1/2不超过800 a时,应考虑有机溶质的降解作用;Robin边界常数α主要影响出流边界附近有机溶质质量浓度的变化;在两种不同入流边界条件下,出流边界附近的有机溶质的质量浓度均随α增大而减小。     

发动机燃烧室内壁材料热环境的气动热试验模拟技术研究

利用超声速矩形湍流导管和等离子电弧加热器模拟了发动机燃烧室内流和高超声速飞行器外壁面外流热环境,进行了平板表面冷壁热流测量和燃烧室内壁材料考核试验。结果表明:由于辐射换热的影响,在选取的两个典型来流条件下,发动机燃烧室内流热环境下的冷壁热流比外流热环境下的高出21%和40%,但是冷壁热流的增量基本相当,约为0.70~0.80MW/m²。随着冷壁热流的增加,辐射换热产生的热流增量的影响力会逐渐减小。材料考核时,相同配方的C/SiC复合材料在内流热环境下的表面温度高出约400℃,背面温度高出约90℃,这种差异对于发动机燃烧室内壁面材料考核至关重要,必须在材料考核试验中加以考虑。      

层流泡状流运动的数学模型

研究在绝热条件下层流泡状流在垂直管段中充分发展段的运动情况。在对气泡受力进行分析的基础上,采用双流体模型及时间平均方法,建立了用于预测空泡率、液相速度等重要参数径向分布的数学模型,并针对实验条件进行了数值计算,计算值与实验数据吻合得很好。计算结果表明,壁面存在的影响是空泡率分布在近壁处产生尖峰的原因。该文提出一种新的壁面存在引起的作用力的表达式,可以较好地预测层流泡状流的运动情况。     

燃气流气动加热环境中碳基复合材料烧蚀传热特性分析

为研究燃气流气动加热环境中碳基复合材料的烧蚀传热特性,通过燃气流环境中碳基复合材料的化学反应、热化学烧蚀以及热响应模型分析,建立相应的烧蚀传热计算模型,对比燃气流平板及驻点烧蚀试验的烧蚀量试验与计算结果,两者吻合较好.在此基础上,分析燃气流与空气环境中碳基复合材料烧蚀传热特征的差异,以及燃气组分、压力等参数变化对碳基复合材料烧蚀传热特性的影响.研究表明,在同样的热环境条件下,燃气流环境下的材料表面温度低于空气环境下的结果,烧蚀后退量高于空气环境下的结果;表面温度和烧蚀后退量分别随着H_2O和CO_2含量的增加呈现减小和增大的趋势,H_2O的影响程度更大.     

基于复合滑移的微纳缝隙剪切流研究

边界滑移是微流动的关键特征之一,通过改变流道壁面的滑移状态,为微流动控制提供了新的途径.基于微缝隙下的近壁面滑移效应,结合Navier滑移边界条件,建立亲疏液复合壁面下二维微缝隙剪切流的精确解模型.采用计算流体动力学方法进行微流动建模仿真以验证该数学模型的可靠性,在此基础上结合文献中试验测量所得的滑移参数值,针对壁面滑移状态不同的微缝隙,利用该数学模型研究其内部的微流动规律.结果显示:伴随着壁面运动的微缝隙滑移流场迅速变化,在毫秒级甚至更短时间内趋向于稳定状态.疏液型壁面的运动状态对滑移流动影响小,亲液型壁面的静止状态比运动状态对液体具有更强的束缚能力;在纳米级缝隙中,超亲液静止壁面和超疏液运动壁面结合时,液体将被强力地吸附在亲液壁面上.     

有控火箭燃气发生器壳体瞬态温度场分析

目的　对用于有控火箭飞行方向控制动力的燃气发生器壳体进行非线性瞬态温度场有限元分析; 方法　用有限元法模拟热试验的实际热负荷历程时,考虑燃烧室圆筒段内壁含绝热层和不含绝热层但内壁加厚两种不同试验样机的结构特点,同时考虑结构材料热传导、热容等的温度非线性特点; 结果　给出了燃气发生器燃烧室壳壁的瞬态温度场数值计算结果; 结论　数值计算结果表明两种结构模式都具有足够的热安全性,计算预示的结构特征点温度值与试验所测结果基本相符;     

幂律流体同心环空内层流脉动流的数值分析

建立幂律流体环空内层流脉动流的数学模型,采用SIMPLE算法进行数值求解,得到幂律流体环空脉动层流的流动特性。结果表明:幂律流体环空脉动流的流动特性与稳态流动时差异较大;环空脉动流在距入口非常短的一段距离内就可达到充分发展,且不同时刻的入口段长度随时间而变化;低脉动频率下速度分布曲线类似于稳态时的抛物形分布,高频率下壁面附近的速度分布曲线发生扭曲,振荡速度的最大值出现在壁面附近;内、外壁面的摩擦系数和轴向压力梯度均近似满足正弦变化规律,脉动频率、振幅和流体流性指数的增加均会使壁面摩擦系数和轴向压力梯度及其变化幅度增大。     

饱和氢气加注过程中低温贮箱降温特性及热应力分布的数值研究

为了获得低温贮箱在饱和氢气加注过程中的降温特性以及箱体壁面的热应力分布,通过计算流体力学软件FLUENT计算了一定加注流量下贮箱内部流体区域的流场、温度场和壁面内的温度场变化,分析了加注过程中贮箱内的流动特性和降温特性;采用单向流固耦合方法进行壁面热应力分析,得到了3种不同进、出口约束条件下热应力在壁面中的分布以及最大热应力随时间的变化情况,并分析了进、出口弹性支撑约束条件设置的合理性;考虑贮箱内的压力变化,进行了箱体壁面的综合应力分析。计算结果表明:加注过程可以分为3个阶段,前2个阶段贮箱内部的流场、温度场和壁面温度分布特性依次由入口强制对流和壁面自然对流单独决定,第3阶段由入口强制对流及壁面自然对流共同决定;在3种不同的约束条件下,箱体壁面中的最大热应力均出现在贮箱加注口和排气口处,在进、出口弹性支撑条件下,壁面最大热应力随时间先增大而后趋于稳定,在稳定应力状态下,热应力的存在使箱体壁面总应力增加了15%左右。     

烧结矿余热回收竖罐内气体流动的数值计算

以多孔介质模型为基础,运用气固填料床动力学理论建立了烧结竖罐内气体流动的数学模型,确立了数学模型的边界条件.以FLUENT软件为计算平台,采用自定义函数(UDF)对罐体料层径向空隙率分布进行定义,模拟研究竖罐内气体流动的分布规律,进而探讨影响竖罐内气流分布的主要因素及其影响规律.研究结果表明,冷却段区域,气体流速沿径向由罐体中心至内壁逐渐增加,最后在内壁附近突然增大;影响竖罐内气流分布的主要因素为料层空隙率分布和罐体预存段内径.空隙率径向偏析越严重,预存段内径越大,气流分布越不均匀.     

冠脉支架的多功能体外力学性能测试装置及实验研究

针对开发优良力学性能冠脉血管支架的测试需求,研究开发了一套基于机器视觉技术的多功能血管支架力学性能测试装置,并应用所研制的测试装置对自主研发的薄壁微管雕刻316L不锈钢冠脉支架介入过程中的柔顺性、径向支撑力以及支架植入后脉动流环境下的血流动力学特性等多项力学性能进行测试.测试结果表明:该支架具有良好的输送性能;其径向支撑力为180kPa;该支架植入后降低了支架段血管内壁的壁面剪应力,特别是支架近前端和近后端处为低剪应力区,易导致内膜增生而出现再狭窄.测试过程表明,该测试装置满足冠脉支架的多种力学性能测试需求.     

火炮身管寿命预测问题的研究

该文根据火炮膛内烧蚀机理，提出了预测身寿命的过程和方法，首先按该心流为两相流，边界层为湍流的模式建立了预测壁温的腔内流动数学模型，对一定火炮进行了数值模拟，其次按膛壁烧蚀量与壁温成指数关系的经验公式计算烧蚀量。最后按烧蚀量计算弹丸初速下降量，再由初速下降百分量来预估身管寿命。     

分区分级燃气辐射管模型验证及仿真研究

本文首先对双P型辐射管进行实验和数值研究,发现除NOx含量的误差偏大外,其他参数的偏差都在1%以内,证明该模型具有一定的可靠性.在此基础上,将空气分级的理念应用于双P型辐射管,提出一种带支管喷口的分区分级燃气辐射管,并建立相应的数学和物理模型.对比双P型辐射管和分区分级辐射管的模拟结果显示：分区分级燃气辐射管和双P型辐射管内气体的平均流速分别为25.8 m·s-1和21.0 m·s-1,热效率分别为65.9%和64.2%;分区分级燃气辐射管壁面最高温度为1047℃,壁面最大温差为73℃,比双P型辐射管降低15℃,分区分级后气体平均流速增大,提高了直管和回流管管段的烟气温度和壁面温度,具有更好的温度均匀性.     

基于CFD的室内自然通风及热舒适性的模拟

自然通风条件下室内空气流动及其对热舒适性的影响是住宅设计的重要因素．基于计算流体力学方法,应用Fluent软件,开展了自然通风热舒适性的研究．建立了天津某小区高层住宅建筑中两种户型的计算模型,对夏季典型气候下室内自然通风情况进行了模拟分析探讨了风向、风速和气温对室内自然通风的速度场和热舒适指数的影响．得出了A型房间的通风效果要优于B型房间的结论．利用数值方法对住宅的自然通风进行模拟,不仅可以评价房间的自然通风效果,而且对于住宅户型的设计具有重要的参考价值．     

轴径向反应器床层流体分布研究

运用Ｅｒｇｅｎ方程在１：１比例的冷模上研究了轴径向反应器床层流体的二维流动。建立了轴径向反应器的二维流动模型。研究了不同催化剂封高度下流体分布，得出了最适宜的催化剂封高度。     

采空区注砂防灭火最佳砂墙长度的确定

计算机模拟方法是研究和分析多孔介质（采空区）中汉体流动的有效方法，它在电子计算机上通过解算描述流体流动的微分方程进行数值模拟。本文通过实例求解根据弥散动力学和渗流理论建立的采场气体运移的数学模型，采用有限元方法在电子计算机上进行解算，利用所测得的实际数据反求系统的内部参数，对采场瓦斯、一氧化碳等有害气体的流动过程和浓度进行了数值模拟，求出最佳防火增长度。     

Computer Simulation of Turbulent Flow through a Hydraulic Turbine Draft Tube

Based on the Naviev-Stokes equations and the standard κ-ε turbulence model, this paper presents the derivation of the governing equations for the turbulent flow field in a draft tube. The mathematical model for the turbulent flow through a draft tube is set up when the boundary conditions, including the inlet boundary conditions, the outlet boundary conditions and the wall boundary conditions, have been implemented. The governing equations are formulated in a discrete form on a staggered grid system by the finite volume method. The second-order central difference approximation and hybrid scheme are used for discretization. The computation and analysis on internal flow through a draft tube have been carried out by using the simplee algorithm and cfx-tasc flow software so as to obtain the simulated flow fields. The calculation results at the design operating condition for the draft tube are presented in this paper. Thereby, an effective method for simulating the internal flow field in a draft tube has been explored.     

管母线损耗发热状况多物理场分析计算

为深入研究管母线损耗发热问题,在综合考虑管母线电阻率温度效应、自然对流和辐射换热等影响因素的基础上,建立了管母线二维多物理场有限元计算模型。分析了管母线温度场的分布规律,并运用红外热像仪对管母线的实测数据进行对比。结果表明:管母线温度沿管壁径向逐渐降低,下降趋势逐渐增加,管母线热通量沿管壁径向线性增加。管母线温度随着环境温度增加而增加。与实测结果对比发现,综合考虑对流和辐射换热的计算结果与实测结果非常接近,进一步验证了仿真计算方法的正确性,为管母线的结构改造、设计选型以及实际运行实时温度检测提供参考。     

利用试井资料确定油层的热物性参数

为了确定地层条件下油层的热物性参数,根据油田试井资料建立了生产井油层区域的导热和对流换热非稳态混合传热数学模型,确定了合理的边界条件和初始条件,计算了油层沿径向的温度分布剖面。采用复形调优法及变步长有限差分法,对目标函数进行了求解,确定了油层的综合导热系数、热扩散系数、热容量和井底产液温度等参数。将实例计算的井底产液温度与现场试井实测数据进行了比较,结果表明,两者吻合较好,能够满足工程精度的要求。     

太阳能热发电中氨基放热反应器的数值模拟

纯太阳能热发电作为一种能源清洁转换的有效方式越来越受到关注,而热化学储能问题的解决是保证纯太阳能热发电的稳定性和不间断性最关键的一环。文章分析了储能体系的选择,介绍了氨基热化学储能的基本原理, 在此基础上建立了放热反应器(氨合成反应器)的数学模型, 计算和绘制出了L(放热反应器长度)-T(反应温度)、T(反应温度)-y(氨摩尔分率)以及热量(Q)和佣(Enet)输出与反应器内壁平均温度(Tave)之间的关系曲线,直观地反映了在一定的设计压力和氢氮比条件下,进气温度和进气流率对放热反应的影响,给出了实现佣最优化和热能最优化的操作参数。模拟结果表明：反应器内催化床层的平均温度是实现佣和能量最优化的最优调节参数, 反应温度为850℃时输出最大佣, 反应温度为650℃时输出最大热能。