曲率模量不同的两组分膜泡形状方程的数值解

采用变分法讨论了旋转对称情况下曲率模量不相同的两组分膜泡的欧拉-拉格朗日形状方程及其边界条件。通过双向"打靶法"数值求解了两组分膜泡在确定边界条件下的形状方程,计算了不同平均曲率模量比εκ和线张力系数λ下的平衡形状。阐述了不同εκ和λ下平均曲率模量不相同的两组分膜泡的形状变化,导致这种变化的原因是膜泡两组分的曲率能和线张力能相互竞争的结果。计算结果说明数值计算方法合理可行,此数值解可进一步研究与实验相关的两组分膜泡问题。     

质子交换膜燃料电池薄金属双极板性能优化与设计

针对质子交换膜燃料电池制造技术实用化的瓶颈，研究了质子交换膜燃料电池低成本制造与性能优化问题，建立了质子交换膜燃料电池半个单池的三维计算模型，采用计算流体动力学技术对阳极燃料气体（H2）流场进行了数值模拟；以阳极最大燃料气体（H2）利用率为目标优化流场板沟槽尺寸，设计了一种操作成本低、容易批量生产的板料冲压成形薄金属双极板结构，可增大电池组体积比功率和提高燃料电池的性能；利用弹塑性有限元方法模拟阳极流场板冲压成形过程，验证了板料冲压成形金属双极板结构的可行性．     

船舶钢板激光弯曲成形的数值模拟及实验研究

对船舶钢板激光弯曲成形过程进行了数值模拟及实验研究。建立了成形过程的三维非线性热力耦合有限元模型,模型中考虑了材料热物性参数和力学性能参数与温度的相关性。计算了弯曲成形过程的温度场及变形场,预测了钢板的最终弯曲角度。实测了激光弯曲成形过程中的温度变化和弯曲变形量。数值模拟结果与实验结果吻合较好。     

高斯曲率弹性模量对哑铃形开口膜泡形状的影响

基于自发曲率模型,研究了高斯曲率弹性模量(kg)对哑铃形开口膜泡形状的影响.通过打靶法数值求解开口膜泡在确定边界条件下的欧拉 拉格朗日方程,计算不同kg下膜泡的平衡形状.对两类特征形状研究了kg对膜泡平衡形状的影响.对于口径较大的形状,它可以看成是一个球形和另一个部分球形用细小脖子连接起来的形状,kg对这类膜泡形状的影响主要体现在中间连接处半径rc的变化上;而对于口径较小的接近闭合状的哑铃形膜泡,kg对这类膜泡的影响体现在其开口处形状的变化上.     

板料冲压成形过程中有限元计算模型的生成研究

介绍了在板料冲压成形过程的有限元数值模拟系统中建立计算模型的相关技术和方法,在此基础上结合模具型面设计技术成果,提出了一些可以简化有限元计算模型建立过程的新算法,运用该算法可以快速地从凹模型面模型得到有限元计算模型。     

板料成形快速模拟的中间构形构造方法

为了解决传统静力隐式增量算法收敛困难的问题,提出一种基于大步长静力隐式有限元算法的板料成形快速模拟算法,即将板料成形中的弯曲和拉伸变形过程分开计算,根据板料和模具的位置关系计算中间构形.同时,提出了一种基于预应力膜单元的中间构形的准确构造方法,其中采用接触判断算法确定板料与模具的接触状态,接触区的板料形状取决于模具形状,而非接触区的板料形状采用预应力膜单元的平衡迭代计算获得,并采用平衡迭代方法计算中间构形,通过实际算例验证其有效性.结果表明,所提出的算法能够快速计算理想的中间构形,符合快速模拟的计算要求.     

无缝钢管局部径向模具塑性成形数值模拟研究

采用大变形弹塑性有限元理论，用DYNA3D(研究版)有限元软件对无缝钢管局部径向模具塑性成形过程进行了数值模拟研究，得出了钢管成形时内部应力应变的变化规律，并与物理模拟结果进行了比较，有限元法的计算结果和物理模拟结果吻合很好，说明采用大变形弹塑性有限元理论的计算方法是正确的。     

均匀载荷作用下膜基反射镜面形分析和研究

基于Sergey A. Dimakov提出的薄膜模型解以及有限元分析方法,对口径为300mm、不同F数的聚酰亚胺薄膜进行均匀载荷作用下的变形研究和分析.结合像差理论,将有限元分析得到的离散数据拟合出37项标准Zern ike项系数,由此可将成形后膜基反射镜的各项像差分离出来.计算和分析结果表明,在均匀载荷作用下膜基反射镜的像差主要是球差.对于同一口径的膜基反射镜而言,随着F数的增大,球差逐渐变小.这为进一步开展膜基反射镜的成形和面形控制实验提供了理论依据.     

穹顶后张拉整体成形过程研究

基于后张拉整体成形穹顶的研究，提出了一种具有新型组成形式的单弦杆平板网架张拉模型，通过试验和非线性有限元分析，对穹顶的张拉成形过程进行了研究．在有限元分析中考虑几何和材料非线性，采用节点增设梁单元方法，研究了鸭嘴半刚性连接和上弦节点域大小对穹顶成形过程的影响．结果表明：有限元计算可以很好地预测穹顶的成形形状；鸭嘴半刚性连接对穹顶成形过程中的后张拉力和成形初应力影响很大，应准确模拟其抗弯刚度；铰连或刚接处理方法均会带来很大误差．     

直角法兰双辊夹持扩旋成形有限元模型的确定

为了得到适合于直角法兰双棍夹持扩旋成形模拟的有限元模型,基于ABAQUS/Explicit平台,针对常用的工件转动与不转动的建模方法,建立了2种直角法兰双辊夹持扩旋成形有限元模型.利用这2种模型对旋压成形过程分别进行了数值模拟,从旋辊轨迹、动态效应、计算时间、计算结果等方面比较分析了2种模型对双棍夹持扩旋成形模拟的影响.数值模拟结果表明,工件转动模型得到的最大等效应力应变偏大,而采用工件不转动模型不仅可以提高计算精度,而且可有效地降低计算时间,因此最终确定工件不转动模型为所研究的最佳有限元模型.     

环形与圆形喷管水下气泡生成的实验对比研究

对环形喷管与圆形喷管水下气泡生成进行了实验对比研究.利用自行设计建设的水下气体射流实验系统,结合高速摄影仪图像记录及图像处理,比较分析了两种喷管气泡生成的异同.研究表明:对于圆形喷管,其气泡生成随气体流量增加依次呈现单周期、双周期和三周期特性;而环形喷管,在初始低流量时,气体在环形喷管出口截面呈随机无规则喷发,一旦形成稳定环形气泡则直接进入三周期区制;两种喷管在后续气泡断裂时整体气泡顶部上浮高度也不同;3类气泡所受各种力处于动态变化之中,且3类气泡所受主要控制力不同.      

气泡行为对表观传质系数的影响

本文采用ＣＯ２吹入并溶解于 ＫＯＨ溶液的模型，模拟研究了液体金属的吹气精 炼工艺中气泡的行为及其对表观传质系数的影响。研究结果表明，气泡行为随喷孔雷 诺数而变化；表观传质系数主要取决于喷孔直径和喷孔雷诺数；增大表观传质系数的 关键在于尽可能减小气泡形成时的尺寸。     

受热状态下水带内气泡核化特性研究

消防水带在火场内长距离供水时,易受到火场高温的影响,在水带壁面形成气泡核化现象,导致水带内气液两相流动现象的发生,造成水带磨损和水枪的难以掌控,影响灭火救援。针对核化特性对基本方程进行了相应描述,着重阐述了均质核化与非均质核化的特点;并对气泡核化所需过热度进行了推导。分析了成核过程中气泡的受力状况,在进行合理化假设的基础上,求得气泡脱离直径;并提出了通过加权的方法。计算对流换热与汽化潜热在气泡核化过程中所占的比重,利用数学分析的方法,推导了总热流密度的计算式;并将数值解与实验数据进行了对比分析,提出了气泡核化特性与气泡脱离直径和气泡成核频率相关的指数有关。     

黏性与非黏性颗粒在流化床中的气泡行为模拟

运用离散单元法对黏性与非黏性D类颗粒在气-固流化床中的气泡行为进行研究,分析了气泡在流化床内的产生、长大过程以及黏性力对气泡产生的影响.结果表明:流化速度将影响气泡的产生,而黏性力的作用将推迟气泡的产生;与非黏性颗粒相比,D类黏性颗粒在流化过程中所产生的气泡尺寸减小,上升速度变慢,气泡周围的压力增大、运动速度减小;另外,气泡周围的压力和颗粒运动速度对黏性力较为敏感.     

T型微通道内气泡生成大小影响因素研究

采用流体体积函数（VOF）方法,对T型微通道中气泡形成过程进行数值模拟研究,根据气泡形成机理,分析了气液流速、流体性质和微通道尺寸等因素对生成气泡大小的影响。研究结果表明,T型微通道内生成气泡长度随气体份额的增加呈指数增加趋势,而在相同气体份额下气液流速对气泡长度影响不大;比较而言,液体粘度和表面张力对生成气泡大小的影响较小,当液相表面张力从0.072 N·m-1降低到0.01 N·m-1时,T型微通道内生成气泡的长度减小了18%,主要是因为在阻塞阶段,最大颈部宽度和塌陷时间减小了;气泡长度随微通道直径的增加而增大,而气泡的无量纲长度基本不受微通道直径的影响。     

煤层气分子成泡的微观过程研究

运用化学理论对煤层气分子(主要成分为甲烷)在地层水的溶解和成泡过程进行了描述,对成泡过程的受力与做功进行分析,并结合生产实际讨论了温度、生产压差、地层水矿化度、压力降和孔隙介质的大小对甲烷分子成泡规律的影响.研究表明:甲烷分子在水中成泡包括甲烷分子在水中的溶解、局部聚集成核、成泡与气泡的破裂和气泡的生长与稳定4个过程.上覆压力越小,开发的压力降越大越有利于甲烷分子脱附后形成稳定的气泡;在煤层气开发初期,甲烷以扩散方式运移,低温和低矿化度有利于气泡的生成.     

微孔介质上气泡形成规律的研究

用激光测试技术对微孔介质上气泡形成规律进行了研究。实验结果表明,在微孔介质上所形成气泡的 Ｓａｕｔｅｒ平均直径随通气量的增大而减小;液相中盐或醇的引入使形成的气泡直径明显减小。使用不同模型的计算结果表明,单一孔上气泡形成模型难以描述微孔介质上气泡形成规律。为了描述微孔介质上气泡形成过程,不仅要考虑孔径减小带来的影响,而且要考虑操作条件及体系性质的变化对实际生成气泡的“有效孔”数目及当量直径等因素的影响。     

微重力下流动沸腾中汽泡脱离机理初探

从单个汽泡动力学着手定性地分析了影响微重力下流动沸腾中汽泡脱离的几个因素,提出了对汽泡脱离的一种理解：在一定工况条件下,如果已产生的汽泡在垂直于流动的方向上能够为新产生的汽泡持续提供足够空间,在平行于流动的方向上它又能随着两相流动及时地滑移开,即可以实现微重力下流动沸腾中汽泡的持续脱离,为微重力下核态沸腾的形成提供可能．     

气泡在垂直向上流动液体中的形成

研究了液体垂直向上流动、气体水平引入时，导管端头处形成的气泡的尺寸大小。考察了液体平均流速、气体流量和导管直径对气泡脱离尺寸大小的影响。在力平衡假设的基础上，获得了预测气泡脱离尺寸的关系式，预测值与测量值比较，结果令人满意。