微喷管内气体流动的三维数值模拟

微尺度流体的流动仿真分析是微喷管优化设计的基础.采用Navier-Stokes理论对采用微机电系统技术制作的微喷管中的气体流动进行了三维数值分析,建立了微喷管流动的三维数学模型,给出了该模型的求解算法.对不同燃烧室压强和温度下的微喷管内气体流动的计算结果进行了分析,并与二维计算结果进行了比较.结果表明 微喷管内的流动状态没有因压强和温度的变化而发生根本性的改变; 在微尺度下,由于附面层效应,采用二维数值计算将高估微喷管的性能.     

可压缩气体合成射流微喷优化设计

借助Fluent软件,基于标准k-ε湍流模型和PISO算法,采用动网格方法构造动边界条件,在可压缩模型下,对二维、黏性、非定常气体合成射流微喷的频率特性及影响射流性能的3个关键因素(驱动频率、振动膜峰值速度和喷口尺寸)进行数值模拟,为合成射流微喷的优化设计提供了依据.结果表明,在可压缩模型下,合成射流微喷的频率特性仿真结果与理论计算结果较吻合,验证了其在可压缩气体模型下仿真的必要性;同时,对任一给定的合成射流微喷,驱动频率和喷口宽度存在最优值.     

微喷技术在生物医药领域的应用

 微喷射是微流体控制系统的一个重要组成部分,是微量流体在惯性力与黏性力交替作用下实现的脉冲流动。微喷射流体的驱动技术和与驱动技术相应的微喷嘴制造技术是微喷射过程正常实现所需要的两项关键技术支撑。作为一种新型的工艺,数字化微喷射技术在微机械和微器件制造、医学、生物工程、制药工程等领域获得了一定发展和初步应用。本文从微喷射的原理出发,介绍微喷技术及其应用范围,并结合图例叙述数字化微喷技术在生物芯片微阵列制备、细胞显微注射、药物涂层心脏支架生产、微胶囊制造、可控释放药物制造等生物医药领域的应用及其特点,指出微喷技术发展的研究方向以及应用研究的重要意义。     

可压缩气体合成喷射流数值模拟

为了更深入地研究合成喷射流性能与激励器结构参数的关系,在考虑气体可压缩性质的条件下,对合成喷射流进行了理论分析,得出了合成喷射流性能与激励器结构参数的函数关系式,并采用动边界条件模拟实际压电膜的振动,对合成喷外部射流场和激励器腔体内部射流场进行了联合数值模拟.计算结果与已有的实验结果及理论分析结果吻合较好,验证了该数值模拟方法的可行性.     

微通道内气体流动参数化数值模拟

基于ANSYS Fluent软件,对微通道内气体在不同压力驱动下的流动做参数化数值模拟分析,得出不同克努森数(Kn)的通道出口截面速度分布图和质量流率,并将仿真结果和理论研究进行比较,分析微通道内气体流动特性与宏观流动的异同,研究稀薄气体效应.模拟结果表明:在微通道中,连续介质假设失效;当微系统特征尺度很小或者工作压力很小时,微通道内的气体具有较大的Kn,出现明显的稀薄气体效应;Kn越大,稀薄气体效应越强烈;稀薄气体效应导致固壁边界的滑移速度和质量流率变大.     

数值模拟喷射夹角对VIGA制粉雾化过程的影响

通过计算流体力学软件数值模拟和实验相结合的方法，以高温合金雾化过程中气、液、固三相的交互作用机制为研究对象，采用欧拉-拉格朗日法的VOF(volume of fluid)多相流模型和DPM(discrete phase model) 离散相方法，研究了喷射夹角对熔体主雾化和二次雾化过程TAB(Taylor analogy breakup)破碎过程和粒度分布的影响，并与同步实验结果进行了对比.研究结果表明，随着喷射夹角的增大，回流区面积逐渐减小.金属熔体的初次破碎形态呈“倒喷泉状→伞状”，初次液滴的尺寸为0.3~0.9mm.初次破碎液滴的气体韦伯数(We)为10~90，随喷射夹角的增大，粉末的平均粒径逐渐降低，喷射夹角为36°时，实验制备的粉末粒径与数值模拟得到的粉末粒径基本一致，表明了数值模拟合金雾化破碎过程的合理性.     

用于Poiseuille等微槽道流的Boltzmann模型方程算法研究

基于MEMS微尺度流动特点, 将气体运动论统一算法推广应用于Poiseuille等微槽道流动计算研究, 发展可用于微流动问题的气体运动论边界条件数学模型及数值处理方法, 以不同Knudsen数的Couette剪切流、热对流以及Poiseuille等短微槽道流为研究对象进行初步计算验证, 通过将本文计算结果分别与基于微观分子颗粒输运的类DSMC模拟值、基于宏观流体力学的滑移N-S解、基于气体分子动力论的BGK-Burnett数值解及线化Boltzmann近似分析解 等的比较分析, 显示出发展的连接宏观流体力学与微观分子动力学的介观Boltzmann简化速度分布函数方程数值算法能很好地揭示近连续滑移、过渡流区气体流动现象和微弱流动变化细节, 并能较好地适应于微槽道流动问题计算研究, 可望发展起新型的模拟MEMS微槽道流动和传热问题气体运动论数值计算方法.     

基于欧拉-拉格朗日方法的水下气体泄漏扩散行为研究

针对水下气体泄漏扩散问题,基于计算流体动力学(CFD)理论采用流体体积模型(VOF)与离散相模型(DPM)耦合的方法,对气体在水中的扩散过程进行模拟与分析,水和空气作为连续相,泄漏气体作为离散相,离散相粒子与水下气泡具有相同的物理性质,其密度变化服从理想气体状态方程。基于建立的数值模型,研究水下气体羽流的形成和发展过程以及在水面形成的涌流效应,评估气体上浮时间、水面气池尺寸和涌流高度等参数。研究表明:泄漏气体以喷射状涌入水中,上升过程中体积逐渐膨胀增大,运动至水面时形成倒立的锥形羽流结构;气体带动表层水运动,引起羽流两侧表层水回流,在水面产生涌流效应和圆形的气池;涌流高度逐渐增大后呈小幅波动状发展,气池半径逐渐增大后稳定。仿真结果与小尺度实验数据对比验证了数值模型的可行性。     

初始条件及喷雾对柴油机缸内流动影响研究

将柴油机缸内气体与整个燃烧室部件(气缸盖-气缸套-活塞组)作为一个耦合体,在对耦合体进行传热数值模拟的基础上得到缸内流动计算的壁面边界条件.利用大型通用CFD软件STAR-CD及ES-ICE对6110柴油机缸内三维非稳态流动进行数值模拟研究,着重分析不同初始条件及燃油喷射对缸内流动的影响.研究结果表明初始条件在柴油机进气过程缸内流场多维计算中主要影响流场的流动状态,特别是涡团形状和中心位置;喷雾过程中燃油的喷射流动直接影响到缸内的流场分布.     

一种新的气体混合评价准则

气体混合的判断和衡量在理论研究和工程实际中都有着重要的应用.文章在流场浓度分布及混合理论分析的基础上,总结提出了一个新的气体混合评价准则Γ,并用大涡模拟的方法,对一系列气体混合模型及不同的入口条件进行数值模拟,在实际流场中对混合评价准则Γ的实用性及准确性进行验证.由模拟分析可得,Γ和通用的均方根准则一样可以准确地作为混合效果的最终评价准则,同时还可以较全面地反映整个流场的混合强度分布,并给出了应用实例,对混合器的评价和设计都有一定的指导意义.     

应用BGK格式数值模拟微槽道中的气体流动

基于BGK-Boltzmann模型方程的气体运动论数值算法,对不同Knudsen数下、压力驱动的二维微槽道流动进行了数值模拟,目的在于将BGK格式拓展应用于对微流动(常密度、流动Kn较大)的数值计算。通过BGK数值模拟结果与N-S方程加滑移边界修正的解析解以及MonteCarlo直接数值模拟(DSMC)结果的对比,揭示了BGK方法具有模拟结果良好并且计算经济的特点;结合以前的工作,可初步认为BGK在解决Knudsen数相对较大(0.1相似文献   

近场动力学与有限元混合模型研究

兼顾近场动力学(peridynamics,PD)模拟不连续问题的优势和有限单元法(finite element method,FEM)较高的计算效率,采用近场动力学与有限元混合建模方法,建立了新的混合模型.该模型在裂纹出现区域,采用近场动力学建模,其他区域采用八结点等参元建模.通过杆单元连接PD物质点与等参单元结点,将PD物质点对间相互作用视为杆单元,最后对单元刚度集成,实现了在有限元框架体系中两种方法的混合建模.该混合模型无需引入人工阻尼,提高了计算效率.此外,相较于四结点混合模型,采用高阶(八结点)等参元与近场动力学方法建立的混合模型具有更高的计算精度.通过数值算例验证了该方法的有效性,为断裂破坏问题的解决提供了一种新思路.     

炉内喷钙过程中流场及脱硫剂混合的数值模拟

借助FLUENT软件平台,对煤粉炉炉内喷钙脱硫过程中流场及脱硫剂混合情况进行数值模拟。通过改变石灰石粉的喷射位置和喷射角度,观察炉膛内石灰石粉与烟气的混合情况以及对炉内流场的影响,指出石灰石喷嘴的最佳喷射位置和喷射角度,可为实际工程应用提供参考。     

Boltzmann方程碰撞积分建模与稀薄空气动力学应用研究

直接模拟蒙特卡罗方法(Direct Simulation Monte Carlo,DSMC)已经广泛用于稀薄空气动力学计算模拟,而直接数值求解Boltzmann方程目前还只局限于简单流动,比如一维线性问题.高度非线性、积分微分属性的Boltzmann方程的求解关键是碰撞积分建模问题.最近,快速谱方法的提出和完善,使得对复杂的三维非线性问题直接求解Boltzmann方程带来了希望.相对于DSMC,快速谱方法具有数值上确定性的优势,在低速多尺度流动计算模拟上更为高效.本文介绍了快速谱方法在求解气体动理学方程的最新发展和成果,并探讨其应用前景.快速谱方法的推广应用使之真正成为DSMC的补充方法,现在面临的困难是需要发展新的气体动理学模型来描述多原子、多组分、稠密气体等.本文最后介绍了这方面的最新进展和直接求解Boltzmann模型方程气体动理论统一算法在模拟计算跨流域气体绕流及航天再入高超声速气动问题的应用.     

脉冲间隔对喷射液滴大小的分析研究

实现对微液滴大小的精确操控具有重要意义,而喷射脉冲间隔对液滴体积有重要影响.首先,通过水平集方法建立微液滴喷射过程的数学模型.其次,使用多物理场仿真软件COMSOL Multiphysics对微液滴喷射过程进行数值模拟.分析微液滴喷射过程,并拟合数据得到液滴最终体积与脉冲间隔关系为正相关.该结果有利于实现对液滴体积的精...     

相控在储层地质建模中的应用——以安塞油田152区长2油层组为例

目的相控储层建模技术是当前提高地质建模精度、实用性很强的新技术,其关键是准确地建立储层沉积(微)相空间展布的数字模型,进而模拟储层属性参数的空间分布规律,为油藏数值模拟、剩余油预测研究打下坚实的基础.方法应用多参数协同、分层次约束的方法,从沉积(微)相形成与演化的成因角度建立沉积相带的地质模型,以沉积相带的时空间展布特征对安塞油田长2河流相储层建模过程进行了约束.结果通过相控技术得到的储层模型,能真实地反映储层的非均质特性和砂体的连通性,并能较准确地模拟地下含油气储层的属性分布规律,同时为油藏模拟、剩余油预测及挖潜调整提供了可靠的依据.     

用于产生喷射射流的方法,和双组分喷嘴

该发明涉及用于产生喷射射流的方法,和双组分喷嘴。具体而言,该发明涉及一种用于利用具有喷嘴壳体的双组分喷嘴产生来自液体/气体混合物的喷射射流的方法,所述方法具有混合供应的液体和供应的气体以及产生包括气体和液滴的喷射射流的步骤,其中,提供了气体射流的产生和所述气体射流与所述喷射射流的混合。     

非共沸混合工质喷射器内部流动特性

为了探究混合工质喷射器内部流体的流动特性及传热传质机理,运用气体动力学函数法建立了混合工质喷射器动力学模型。基于所设计的非共沸混合工质(R32/R245fa)喷射器结构尺寸,建立二维稳态轴对称模型,开展了混合工质喷射器特性的数值模拟研究。分析了混合工质喷射器内部流体的速度场、压力场、温度场及浓度场变化规律。研究结果表明:混合工质喷射器内速度场、压力场、温度场及浓度场具有较好的动力学特性,其喷射因数比纯工质(R245fa)喷射器提高了78.95%,为混合工质喷射器优化设计提供了理论依据。     

一种棋盘形分布表面电势的电渗微混合器设计

提出了一种新型的电渗微混合器设计方案.在管道的顶部和底部采用棋盘形交替分布的表面电势,当管道内施加电场,这些交替分布的表面电势会在微管道内诱导复杂的波状电渗流动,折叠(fold)和拉伸(stretch)管道内的流体,使混合效果得到增强.数值模拟结果显示该混合器的混合效果得到了很大的增强.首先通过两个三维算例的比较,验证了数值模拟的可靠性;然后基于对流场结构的分析,定性地阐述了这种微混合器增强混合的机理;同时探讨了不同参数对这种微混合器性能的影响.     

一种快堆边界下的裂变气体释放数值模型

裂变气体释放(FGR)对燃料元件的热力演化过程有着极其重要的影响,准确地模拟反应堆中裂变气体释放是燃料元件性能分析程序开发的最基本内容之一, 也是重要的评价准则. 本文围绕快堆边界下的裂变气体释放行为展开详细论述,基于气体原子与气泡行为模型,模拟了晶内气体原子的产生、自由扩散、俘获-再溶解等行为,以及晶内气泡的形成、生长、融合、移动等行为.模拟了晶界气泡的生长、连接、通道形成与气体释放等过程. 通过数值方程组离散和迭代计算,建立了一种快堆边界下的裂变气体释放数值模型. 经过与理论及实验数据对比,结果显示该模型能准确预测燃料元件的裂变气体释放份额与气体肿胀量,能较好地模拟晶内气泡浓度与尺寸. 表明该模型可以用于快堆燃料元件性能分析.