高黏度树脂在纤维织物中浸渍过程的CFD模拟

采用VOF(Volume of Fluid)方法结合多孔介质模型对树脂在纤维织物中的流动前沿进行追踪,并对截留在纤维织物中的气泡进行捕获。纤维织物中的气泡主要由结构不均匀性造成,结构的不均匀性导致流体速度差异并形成多个流动前沿,气泡在动压的作用下会发生迁移。研究了压力、黏度以及双尺度孔隙率对浸渍速率的影响,发现浸渍时间和压力成反比,和黏度以及纤维束孔隙率与横向渗透率的比值成正比;纤维织物的浸渍速率主要取决于微观浸渍速率,而与纤维束的间距无关。     

串列双圆柱绕流问题数值模拟的多尺度分析

运用有限体积法,对串列放置的双圆柱二维不可压缩流动进行了直接数值计算.在分析Strouhal数及升阻力系数等积分量的基础上,本文从流动多尺度层面研究了流场分布及涡结构.通过对速度场的流动显示和频谱分析,确定了涡脱落的多个频率,以及分别受上游圆柱和下游圆柱边界层扰动形成的多尺度涡的相互作用,并且发现由于多尺度涡的相互作用形成了更小尺度涡的过程及机理.最后,进一步将这些涡结构与流场模态对应起来,使得流场结构更加清晰地展现出来.     

鱼类游动的N-S方程数值模拟

通过求解二维守恒型非定常流动N-S方程,对鱼类运动时鱼体周围二维非定常流场进行数值模拟,数值计算空间采用有限体积离散,时间推进格式采用Jameson的双时间法。描述了各状态鱼体模型、计算网格的生成方法和数值计算方法。结合计算结果对鱼类游动时反卡门涡街的形成和鱼体推力的产生机理进行了分析,并对不同斯特哈尔数对推力的影响进行了研究。结果表明：非定常N-S方程数值方法能够正确模拟鱼体运动时的流场和反卡门涡街的形成;产生明显推力的St数的范围是0．23～0．53,而且在0．35处推力达到最大。     

RTM工艺过程的缺陷形成分析及边缘效应研究

在树脂传递模塑(Resin transfer molding, RTM)工艺中,边缘效应很容易导致制件产生空隙、干斑等缺陷,其根本原因是在纤维增强体和模具模腔之间的间隙区域树脂的流动阻力小,使得树脂在这一区域流动速度更快。基于达西定律并结合流体体积(Volume of Fluid, VOF)界面追踪方法建立了树脂在纤维增强体中的流动模型,开展RTM工艺边缘效应的数值模拟研究,模型可以准确模拟边缘效应的影响,同时研究树脂粘度及树脂注射压力等工艺参数对于流动时间的影响。研究结果可以对RTM工艺的改善优化提供帮助。     

流体物性对空化气泡溃灭过程影响研究

文章采用VOF模型,模拟近壁面气泡在流场中的溃灭过程,研究了流体的不同物性(黏性和表面张力)对气泡溃灭过程的影响.结果表明:在近壁面,空泡将形成非对称溃灭;因水锤作用,引发高速射流在壁面产生高压而形成空蚀破坏;流体的黏度越大,气泡的溃灭周期越大,射流压强越小;空泡溃灭的周期随液体表面张力的增大而减小,射流压强随表面张力...     

短纤维填充聚合物熔体的充模流动控制方程

通过对充模过程的流动分析,建立了包括前锋流和主体流的充模流动物理模型,在此基础上,采取量纲分析的方法,对流动控制方程进行简化分析,分别建立了主体流和前锋流的双尺度控制方程,为纤维的取向分析奠定基础.     

基于气泡尺度的泡沫压裂液流变机理研究

从介观层次入手，以高压高剪切速率下气泡尺寸均匀分布的泡沫压裂液为基础，建立了一个二维泡沫压裂液物理模型．该模型视泡沫压裂液的最小组成单元为气泡，将气泡和周围液相以及气泡与气泡之间的作用力用弹簧表示，并从能量耗散的角度出发，成功推导了当泡沫质量（气相的体积分数）大于70％、剪切速率大于500s^-1时的泡沫压裂液流变特性的本构方程．利用该本构方程计算得到的泡沫压裂液有效黏度和试验结果对比最大误差只有9．7％，平均误差只有4．9％，所得结果明显地优于Reidenbach和Mathel等人给出的拟合公式．该模型不仅可以从机理上阐述泡沫压裂液的流变特性，而且还能够很好地表现出泡沫压裂液在泡沫质量较高时的有效黏度特性．更为主要的是该模型还可以用于解释泡沫压裂液的屈服应力和壁面滑夥现象．     

二维圆柱层流绕流及其控制数值模拟

采用有限体积法求解二维N-S方程,通过改变时间、空间计算参数,对雷诺数100的二维圆柱非定常流场进行了数值模拟,将所得结果与实验数据以及已有的计算结果进行了对比.并对在尾部多个位置加入不同长度阻隔板控制流动的圆柱流场进行了考察.结果发现:在合适的位置放置阻隔板,可以有效抑制尾迹中涡脱落的形成.     

2D-C/SiC复合材料磨削加工表面形成机制

采用树脂结合剂金刚石砂轮对二维正交编织结构(2D-C/SiC)复合材料进行平面磨削实验,研究磨削加工参数对磨削后表面形貌的影响规律,并分析了磨削表面形成机制.结果表明:磨削参数对表面三维粗糙度(S_a)影响明显,S_a随着磨削深度和工件进给速度的增加而增大,但砂轮线速度的增加,其值反而会降低.0°纤维磨削区(纤维方向与磨削方向平行)的S_a大于90°纤维磨削区(纤维方向与磨削方向垂直)的S_a.在磨削过程中,碳纤维的层状脆性断裂是磨削表面形成的主要机制.0°纤维磨削区比90°纤维磨削区的纤维断裂尺度更加严重,且90°纤维磨削区域上的纤维容易出现拔出.     

气泡黏性对上升运动特性影响的界面追踪算法模拟

为了研究气泡黏性对其上升过程的速度、形态以及阻力系数的影响,基于界面追踪法(front-tracking method,FTM)模拟了气泡在黏性流体中的运动,通过改变气泡黏性来改变气液黏度比,研究了气泡内的速度分布以及气泡周围黏性剪切应力的分布和变化特点。研究表明:气液黏度比较小时,流场中的黏性耗散很强,气泡的黏度主要影响其平衡速度和形态,气液黏度比较大时,黏性耗散减弱,其平衡速度和形态基本无变化,气泡黏性主要影响气泡内的速度分布;气泡上升过程中的阻力系数随黏度比增大而减小,黏性剪切应力则呈现相反的变化趋势。气泡上升过程中,周围的黏性剪切应力关于中心轴线对称分布,出现最大黏性切应力的区域由气泡两侧逐渐向气泡底部边缘过渡;气泡尾部边缘的形变引起气泡尾部的表面张力不平衡,使得气泡的形态发生改变。     

船后伴流场的相关计算

本文提供了一个以模型伴流场测试结果为依据的模－船伴流场相关分析的理论计算方法。势伴流以二维势流绕流理论计算．边界层厚度以二维边界层理论计算，将盘面处沿水线面切片，计算伴流沿横向收缩。计算实例表明，实船伴流分布的收缩结果同三维理论计算结果符合得较好。本文还提供了ＷＲＡ－２电算程序，应用其进行伴流场的相关分析计算具有简单、经济、迅速的特点。     

泡沫树脂整理工艺中泡沫质量的研究

本文首次以泡沫中气泡体均直径、泡沫中气泡直径多分散性系数来分别判断泡沫中气泡的大小和衡量泡沫中气泡大小的均匀性。在实验范围内,■_v和a都随流失时间延长而增大。提出了静态泡沫柱内单位体积泡沫中气泡个数N随流失时间延长呈指数形式衰减的经验式N=N_oe~(-it) 测定了温度、发泡倍率、pH对泡沫稳定性的影响。降低温度、提高发泡倍率、泡沫中液膜内扩散双电层的存在,都有增进泡沫稳定性的作用。在DA-1型小样机上,进行了涤棉、全棉织物泡沫树脂整理工艺试验。织物经泡沫整理后的物理机械性能与经常规整理后(树脂含量相等)的物理机械性能相当。     

基于孔隙尺度网络模型的多孔介质内湍流流动

为进一步研究大孔隙率内的湍流特性对多孔介质内输运和燃烧过程的影响,提出多孔介质的一种二维孔隙网络模型.该模型由一系列圆形孔隙体和长方形喉道互相连接而成.采用标准k-ε模型模拟孔隙网络内的微观流场,利用体积平均方法将微观流场计算结果转换为宏观流场的信息,从而可确定宏观模型中修正项系数的值.计算结果与文献[3]提出的模型吻合较好.     

流场分析和设计的并行计算

网络连接机群是一种有效的并行计算工具,讨论了在此环境下流场分析和设计的并行计算问题。流场解中采用了Euler方程作为主控方程,并用有限体积方法和时间隐式方法进行求解。在MPI／PVM环境下用分区方法作了二维翼型和三维机翼绕流的并行计算。数值算例表明流场计算的正确性和并行计算的有效性,并讨论了影响加速比和并行效率的各种因素。用耦合流场解和并行遗传优化算法做了二维翼型和三维机翼的单目标／双目标数值优化。算例表明：使用的适应函数优于传统线性组合法构成的,遗传算法计算三维优化问题时必须并行化。     

树脂黏度变化对RTM成型工艺的影响

采用黏度计测定不同初始温度下环氧树脂的黏度,通过拟合法建立环氧树脂的工程黏度模型。将黏度模型引入树脂传递模塑( resin transfer molding, RTM)成型树脂流动模拟中,结合PAM-RTM软件模拟不同初始温度下树脂的填充过程,讨论树脂黏度变化对RTM成型过程树脂流动行为的影响。结果表明,随着树脂初始温度的上升,填充时间先降后升,在初始温度为40℃时填充时间最短。树脂黏度变化对大型结构件RTM成型影响显著。     

纤维混凝土力学性能分析的随机双尺度模型

短纤维增强混凝土作为一种复合材料,其力学性能不但与基体的性能有关,还与材料的细观特征有关。为了将细观结构与宏观力学性能相结合,本文以双尺度方法为理论基础,根据短纤维增强混凝土的材料特点,通过引入随机参数,在单胞中生成满足均匀分布概率模型的圆柱体来模拟乱向随机分布的短纤维,进而定义了一种新的单胞模型,建立了随机双尺度模型,并结合有限元方法进行计算;接着,将随机双尺度模型与试验以及其他经典方法进行计算对比,验证了其在分析短纤维增强混凝土力学性能方面的有效性;最后,利用此模型研究分析了纤维种类和体积分数对短纤维增强混凝土弹性常数的影响。     

气动充放气系统二维非定常流场数值模拟

以典型气动系统为研究对象,考虑系统内部气体、元件和环境空气之间的耦合传热,将系统内部流场、元件和外部空气作为整体进行研究,建立气动充放气系统的二维模型,采用湍流κ-ε两方程模型,利用有限体积法(FVM)和动网格技术对充放气过程进行计算,得到系统内气体状态参数。在充放气过程中,气体速度最大值出现在放气管出口处,可达到超声速范围;气缸中温度梯度主要存在于内壁面处。在系统元件中,进气节流口壁面温度的上升幅度最大,放气节流口壁面及紧邻的气管壁面温度降幅最大。通过试验验证本方法的可行性,为非定常流场的计算和分析提供参考。     

交流等离子体显示板寻址和维持放电的二维流体模拟

采用二维流体模型对表面放电型交流等离子体显示板的放电过程进行了数值模拟，放电气体为Ne 5%Xe(体积分数)混合气体，模拟时间包括寻址脉冲及其后一个维持脉冲。通过模拟，得到了放电过程中粒子密度和壁电荷等物理量随时间和空间的变化规律，结果与实际的物理过程相符合。计算结果表明，寻址放电产生的壁电荷在维持和扫描电极间形成的壁电压超过了150V，维持期间施加-170V电压可维持放电的继续进行。     

钛合金方孔电解加工多物理场耦合研究

为进一步提高电解加工的质量和精度,以钛合金方孔电解加工为对象,充分考虑了电解加工中电场、流场和温度场的相互影响关系,建立了钛合金方孔电解加工多物理场耦合模型,通过数值计算得到了多物理场耦合电解加工电位、深度、流速、气泡率和温度梯度的分布,探讨了各物理量随加工时间的变化规律,并开展了钛合金方孔电解加工试验,研究了不同的电解液入口压力对加工质量的影响规律.试验结果表明:电解加工是电场、流场和温度场相互耦合的过程;相同条件下不同加工时间的方孔轮廓实测值与理论计算值吻合得较好;随着加工时间的递增,加工的深度和锥角在变大,加工区域的流速降低、气泡率增加和温度梯度增大.     

复合材料Z-pinning工艺过程的应力松弛

Z-pinning增强工艺中pin针的嵌入迫使原来均匀分布的面内纤维发生局部变形,造成纤维弯曲、分布非均匀以及树脂富集区的形成,同时基于半固化环氧树脂的流变特性,面内纤维的轴向应力随着时间发生了较大变化.通过建立二维有限元模型,研究pin针植入预成形件后的面内局部纤维应力分布的规律以及应力松弛的现象.研究结果可以为z-pinned复合材料固化过程的进一步研究提供依据.