适用于粒子法的精准连续表面力模型

针对粒子法中表面张力计算的准确性问题,该文对连续表面力(continuum surface force,CSF)模型进行了改进。在采用一种几何法精准识别界面粒子的基础上,曲率由仅需考虑作用域内界面粒子的单位法线面散度计算得到,且表面张力仅作用于界面粒子。圆和椭圆的曲率计算结果表明,改进后的模型在合适的分辨率和光滑长度下可实现较高的曲率计算精度。采用移动粒子半隐式(moving particle semi-implicit,MPS)方法对表面张力作用下的方形液滴振荡和液滴碰撞过程进行了二维单相流动模拟,模拟结果的振荡周期与理论值接近,液滴形状合理且表面光滑,表明改进后的CSF模型可准确地模拟动态算例中的表面张力作用。     

MPS方法在三维溃坝问题中的应用

MPS(Moving Particle Semi-Implicit)方法是一种拉格朗日粒子法,在处理大变形流动问题中具有很大的优势.将MPS方法应用到三维溃坝流动问题中,并对粒子的移动方式进行了修改,改进后的方法(XMPS)可以使粒子移动更加有序,避免粒子间的相互穿透.数值计算结果表明:MPS方法(包括XMPS)在处理复杂的自由面流动问题中具有很好的灵活性和可靠性,数值模拟能够比较准确地预测出自由面的形状和位置,即使在水面出现翻卷、入水和水柱撞击到障碍物时,数值结果仍然能够与实验相吻合.从细节上看,XMPS可以给出更为清晰、光滑的自由面形状,并能更好地捕捉到流动的细节特征.     

WC-CMPS法对溃坝溢流问题的数值模拟

无网格粒子法(拉格朗日法)是计算流体力学领域最新一代的计算方法,由于不需要生成网格,无网格粒子法能够模拟任意形状的界面及其变形和碎裂,尤其适用于计算如溃坝溢流及波浪破碎等具有复杂自由表面运动的流体力学问题。其中,光滑粒子流体动力学方法(SPH)和移动粒子半隐式法(MPS)是无网格计算方法的典型代表。本文采用基于MPS法的修正弱可压缩移动粒子半隐式(Weakly Compressible Corrected Moving Particle Semi-implicit Method)法构建了用于求解自由表面流问题的数值计算模型,并用于模拟干床面与湿床面上的溃坝溢流问题。计算结果与实验结果的对比分析表明,采用基于WC-CMPS无网格法建立的数值计算模型对干、湿床面上溃坝溢流的溢流形态、水柱高度以及波前速度等均给出了良好的计算结果。     

模拟自由表面问题的移动粒子半隐式模拟方法

使用移动粒子半隐式(MPS)法对典型的自由表面流动问题--二维溃坝问题进行了模拟,研究了不同粒子分布对模拟结果的影响,发现对于过大和过小的粒子间距均无法得到合理的结果.将模拟结果与SPH、VOF法结果和实验结果进行了比较,发现MPS的模拟结果介于VOF和SPH的模拟结果之间.在没有引入黏性的情况下,MPS法得到的结果比VOF法的结果更接近于实验结果,预期引入黏性后可达到与SPH法同样合理的结果.     

弱可压缩移动粒子半隐式方法对溃坝溢流问题的数值模拟

无网格粒子法(拉格朗日法)是计算流体力学领域最新一代的计算方法。由于不需要生成网格,无网格粒子法能够模拟任意形状的界面及其变形和碎裂,尤其适用于计算如溃坝溢流及波浪破碎等具有复杂自由表面运动的流体力学问题。其中,光滑粒子流体动力学方法(SPH)和移动粒子半隐式法(MPS)是无网格计算方法的典型代表。采用基于MPS法的修正弱可压缩移动粒子半隐式法(weakly compressible corrected moving particle semi-implicit method)构建了用于求解自由表面流问题的数值计算模型,并用于模拟干床面与湿床面上的溃坝溢流问题。计算结果与实验结果的对比分析表明,采用基于WCCMPS无网格法建立的数值计算模型对干、湿床面上溃坝溢流的溢流形态、水柱高度以及波前速度等均给出了良好的计算结果。     

表面自由能模型的改进及液滴浸润数值研究

通过优化极值点位置,对表面自由能模型进行了研究和改进,改进后的模型解决了原模型中表面粒子聚集和液滴形状畸变的问题.采用移动粒子半隐式法(MPS)结合改进后的表面自由能模型,对受表面张力作用的自由面运动问题进行了研究和分析.研究了包括气液、固液和不互溶液液界面在内的表面张力收缩和液滴浸润过程,并提取了接触角及浸润面积等特征量进行分析.数值计算结果与理论分析结果吻合较好,从结果中可以明显观察到固液浸润过程的3个发展阶段,浸润速度随时间递减且与浸润接触角成反比.研究结果验证了MPS方法结合改进后的表面自由能模型可以更加有效、准确地模拟多界面张力的作用.     

用移动粒子半隐式法模拟液舱横摇晃荡现象

应用移动粒子半隐式法（MPS）模拟了半满粘性液舱的横摇晃荡运动.模拟中每个时间步分为显示和隐式两步,控制方程中利用粒子与周围粒子之间的关系取代了传统方法中的差分项,利用粒子数密度的变化来判别自由表面.MPS法作为一种Lagrange数值方法,存在着粒子穿透现象.文中使用了一种防穿透方法,取得了较好的结果.结果表明,MPS法在复杂曲面的布点及自由表面的表现上有一定的优势.     

负压梯度下自由面流动模拟的无网格粒子法Dirichlet边界条件

为改善无网格粒子法自由表面附近计算精度及稳定性,尤其在负压梯度条件下较难收敛的状况,提出了一种基于虚拟边界的狄利克雷边界条件赋值方法。以移动粒子半隐式法为例,采用最小二乘法对自由表面粒子进行多项式拟合,以拟合曲线作为虚拟边界,用自由表面粒子到虚拟边界的偏差矢量对自由表面粒子赋值进行修正。通过方形液滴旋转算例验证了算法的有效性与准确性,获得了自由表面平滑的模拟结果。进一步研究了关键参数的选择对边界条件的表达和计算精度的影响,发现当拟合搜索半径为4倍初始粒子间距时,可减小拟合误差,防止边界畸变。提出的改进方法提高了自由表面核截断区域的计算精度与稳定性,可显著改善负压梯度下大变形自由曲面外缘粒子因梯度力偏差而导致的粒子飘散情况,为改善大变形复杂界面流动计算提供了新的思路。     

应用改进粒子水平集法对液滴碰撞的数值研究

为了准确捕捉自由面运动,求解液滴的碰撞过程,针对传统粒子水平集法不适用于待修正网格包含在虚拟粒子内部的情况,在充分分析以上问题的基础上提出一种新的局部距离函数定义方式.经测试问题验证,改进方法可降低由于粒子沿非界面法线方向运动对界面修正的干扰,显著提高界面捕捉精度及守恒性.应用改进粒子水平集法对二维液体碰撞过程进行数值模拟,计算结果显示:相对速度是正碰过程是否发生分离的决定因素,空气中两个直径为3mm的正碰水滴的临界韦伯数为13.79;偏心程度和相对速度共同影响偏心碰撞的液滴形态;给定相对速度时存在两个临界偏心程度,偏心程度介于临界值之间时碰撞后不发生分离.     

过热液体储罐泄漏闪蒸射流形态演变特征

过热液体储罐或者管道在意外情况下结构失效破裂会导致气液两相泄漏,发生剧烈的相变,形成含有大量液滴和蒸气混合物的闪蒸射流,造成灾难性后果。本文通过实验,利用高速摄影仪研究不同储存压力、过热度及喷嘴尺寸下过热液体储罐泄漏闪蒸射流形态及喷射角动态演变特征。结果表明:泄漏过程中闪蒸射流形态及喷射角演变可分为膨胀阶段、稳定阶段和衰减阶段3个阶段;机械力作用和热力学作用的显著增加会强化闪蒸射流边缘液滴的传热传质、增大其蒸发速率,使得该区域液滴消失得更快,进而导致射流宽度减小;随着储存压力、过热度和喷嘴尺寸的增加,喷射角增大。     

二叠、三叠纪地质层中微小铁粒的起源研究

通过高感度、分析时间短、并且具有同时处理大量样品的质子激发X线放射分析法（PIXE分析法）,对二叠纪和三叠纪地质层页岩中提取的微小铁粒的成分分析。发现这些微小铁粒的含量和太阳系广阔宇宙空间中铁的含量十分接近,暗示着这种微小铁粒起源于超越太阳系的广阔宇宙空间,由超新星等直接喷射到宇宙,是宇宙背景放射的物质组成部分。     

加料方式对丙烯酸酯微乳液粒径的影响

采用种子乳液聚合法合成了ω(聚合物)>50%,ω（乳化剂）＜1.5%,粒径35.6nm、多分散性0.133的丙烯酸酯微乳液。系统地研究了加料方式对乳胶粒粒径大小及分布的影响。结果表明单体以全滴加方式加入,大量乳化剂、引发剂在反应前加入,有利于减小乳液的粒径;丙烯酸加入到外层单体中,有利于羧基分布在胶粒表面可使得粒径进一步减小。     

光滑粒子流体动力学的研究进展及应用

本文从光滑粒子流体动力学（Smoothed particle hydrodynamics,SPH）方法的基本理论出发,论述了经典SPH方法存在的问题：插值不连续,边界处理,张力不稳定性;对五种改进的SPH算法（NSPH,RKPM,CSPM,MLSPH,ISPH）的原理及特点进行了总结。并总结了SPH方法在可压缩流,不可压缩流,材料的变形与冲击断裂中的应用情况。最后,结合SPH在工程领域中的应用提出几点展望。     

水煤浆中超微细颗粒粒度的测定

提出了水煤浆中超微细颗粒粒度的比重计检测方法 ;简述其原理、操作步骤及结果计算等。     

超微Fe_2O_3粒子的制备

以Fe(CO)_5为原料,采用溶剂蒸发法制备了Fe_2O_3超微粒子。初步探讨了溶剂性能对超微粒子性能及形态的影响,并与激光气相法、真空蒸发法及超微Fe粉氧化法制备的Fe_2O_3粒子进行了比较。     

三维瞬态热传导问题的无网格对称粒子法

为了准确分析瞬态热传导问题,构造了一种三维无网格对称粒子法。首先,基于泰勒级数展开和加权最小二乘方法导出了一阶导数的对称粒子近似。然后,利用得到的粒子近似离散一阶导数,建立了求解三维瞬态热传导问题的无网格对称粒子法。应用该方法计算了各向同性介质中的瞬态热传导问题,得到了典型时刻的温度分布,计算结果与解析解吻合良好,验证了该方法的正确性。进一步将该方法应用于各向异性介质热传导和非线性热传导问题,计算结果与有限元法的计算结果非常接近,说明该方法对于复杂热传导问题的求解也是可行的。     

一种改进的高效粒子水平集法及其应用

针对传统粒子水平集法效率较低,难以应用于复杂工程问题的不足,基于积分平均法及局部粒子初始化方法提出一种改进的高效粒子水平集法.将虚拟粒子引入水平集法不仅可以抑制数值扩散,而且可以降低传统方法对高精度离散格式的依赖性,从而使得引入低阶、高效的积分平均法后界面捕捉精度仍保持二阶.通过将粒子布置于界面局部曲率较大的区域,有效地提高了粒子对界面的修正效率,增加了界面光顺性.改进的高效粒子水平集法能保持良好的鲁棒性,在保证界面捕捉精度的同时显著提高计算效率,计算效率约提高90%.     

DEM模拟解析二元混合颗粒粒径偏析分布规律

颗粒粒径偏析分布是高炉炉顶布料过程中不可避免的现象,易造成炉喉处局部料层的空隙度降低和压差升高,影响煤气流的均匀分布,继而间接影响炉况的顺行。通过DEM离散单元法模拟研究二元混合颗粒的偏析分布规律,同时,提出一个偏析指数T,用以表征粒径偏析分布的相对程度。研究结果表明:同一T值图中,相邻区域颗粒的T值相差越大,则该区域颗粒的粒径偏析程度越大;不同T值图中,所有相邻T值之差的平均绝对值越大,则颗粒堆积整体粒径偏析程度越为严重。     

应用FPM方法模拟封闭方腔自然对流

为验证有限粒子方法（FPM）能否很好地模拟自然对流问题,采用FPM方法对封闭方腔自然对流问题进行了数值模拟. 对FPM方法进行详细描述,并利用FPM方法对拉格朗日型的N-S方程进行离散,基于离散后的方程对瑞利数Ra分别为104,105,106的封闭方腔自然对流问题进行数值模拟,给出了不同瑞利数条件下的速度和温度云图以及中心线上量纲一的速度和温度分布曲线. 结果表明,FPM方法能够获得较准确的温度分布规律,当瑞利数较低时也能获得较准确的速度分布规律,但随着瑞利数的增大,速度场的模拟结果精度和稳定性变差,因此为了获得更准确和光滑的速度分布场,需要对FPM方法做进一步的改进.      

无网格方法在动力学中的应用

再生核质点法是近几年研究出的一种新型无网格方法,该方法具有只需要质点信息无需划分单元的无网格特性,具有计算优势.介绍了再生核质点法,并将其应用到非线性动力学研究.动力学过程涉及多重非线性,假设动力学中变形属于小变形情况,同时考虑材料非线性的前提下,通过引入增量型的材料本构模型,采用完全Lagrangian计算格式,推导了动力学的再生核质点法计算控制方程.通过算例验证了该方法在动力学问题中的有效性.