3-D Design and Numerical Simulation of Two-Phase Flow in the Laser Rapid Prototyping Coaxial Powder Delivery System

The metal powder direct and rapid prototyping technology is one of the most developing methods in the laser rapid prototyping technique. The coaxial powder delivery system is the key technique. The purpose of this paper is to introduce a new type of coaxial powder delivery system and simulate the metal powder and shield gas flow in the powder nozzle. 2-D and 3-D model of the new coaxial powder delivery system are established. Then gas-solid two-phase flow model and the k-? turbulent model are selected to simulate the flow of metal powder in powder nozzle. The Euler-Lagrange method is used in the simulating computation. The results show that the new coaxial powder delivery system has stable performance, uniform powder flux, high cooling efficiency, and long useful life.     

光固化快速成型过程中零件变形的数值模拟

在对光固化快速成型过程中零件层间相互作用的力学行为进行分析后,提出了以固态降温收缩来模拟液－固收缩伯思想,据此建立的逐层累加的等效力学模型用作有限元分析,可借助ANSYS软件进行加工零件的应力、变形分析和预测,试验结果表明：以该力学模型计算出的结果与试验结果一致,可以很好地模拟光固化快速成型零件的翘曲变形,并由此改进零件的制作方案,如生长方向的选定,支撑的添加等。     

送粉式激光熔覆裂纹机理的数值模拟

在对送粉式激光熔覆应力产生机理进行深入分析的基础上,结合应力场数值模拟分析,结果表明熔覆层中心偏基体一侧是裂纹敏感区,该区域处于纵向拉伸、横向和厚向压缩的第三类主应变状态.     

电偏转抛射式快速成型工艺的仿真

基于电偏转抛射式快速成型(RP)工艺方法是通过电场控制带电颗粒的运动轨迹实现分层截面的成型，作者开发了电偏转的抛射式RP工艺的仿真系统．该仿真系统读入CLI格式的层面数据后，根据分层截面轮廓数据生成工艺规化和扫描路径，控制带电的颗粒进行扫描，并在计算机屏幕上实时模拟显示扫描轨迹及原型件的三维实体成型过程．为电偏转抛射式快速成型工艺的试验研究提供一定的理论依据．     

同轴送粉喷嘴气固两相流流场的数值模拟

在激光金属直接制造过程中,为获得较小特征尺寸和组织致密的熔覆零件,采用气固两相流理论对载气式同轴送粉喷嘴的内外流场进行了数值模拟,应用FLUENT软件中的离散相模型计算了粉末的流场浓度分布规律及汇聚特性.计算结果表明,同轴送粉喷嘴的焦点浓度在径向和轴向都近似服从高斯分布,在同轴送粉喷嘴锥角不变时,锥环间隙越小,粉末流场焦点处的浓度越大,聚焦半径和焦距越小,汇聚特性就越好.在同轴送粉喷嘴锥环间隙不变时,锥角过大或过小均不利于粉末汇聚,选择最佳锥角有利于获得最佳汇聚特性.在其他条件不变时,外层保护气体流速过大或过小也不利于粉末汇聚,当外层保护气体流速为6 m/s时,同轴送粉喷嘴粉末的汇聚特性最佳.因此,所建模型和模拟结果对同轴送粉喷嘴的设计和结构优化具有参考价值.     

激光快速成型系统的误差分析与校正

为进一步完善激光快速成型工艺,并提高快速成型技术的制造精度,对立体成型技术中广泛使用的振镜扫描系统进行了理论分析,提出并实践了一种新的校正算法.该算法用理论数据与激光束在相应点的实际数据进行比对,制成校正表,按插值算法校正实际的枕形畸变及其它误差.这种算法适用于使用振镜实现二维扫描的系统,能对应用这种原理工作的激光成型设备进行现场校正,并且能完全满足规定精度.     

叶片泵内气液两相流的三维流动数值模型

基于双流体模型建立针对叶片泵内气液两相三维湍流流动的数学模型和数值计算方法.相间作用力考虑了阻力和附加质量力,湍流模型考虑了因相含量脉动引起的附加源项,在SIMPLEC算法基础上提出了一种气液两相流的压力修正算法.运用所建模型计算了叶片式气液混输泵在进口含气率分别为5%,15%,25%的系列工况下叶轮的内部两相流场,并作了扬程特性预测.与实验结果的对比表明,所提出的流动模型是可靠的,并具有较宽的进口含气率适用范围.     

树脂基复合成型材料激光烧结过程温度场数值模拟

介绍了变长线扫描激光烧结成型技术的基本原理．建立了树脂基复合成型材料变长线扫描激光烧结过程温度场的数学模型，利用有限元方法进行了数值计算．并对烧结过程温度场进行了实验测量，以验证模拟计算结果．     

基于VOF方法数值模拟离心式喷嘴内两相流流动

离心式喷嘴内的气液两相流动是影响喷嘴雾化特性的重要因素.利用FLUENT软件,基于VOF(volume-of-fluid)方法对离心式喷嘴内的气液两相流动进行三维数值模拟.模拟计算很好地捕获了燃油在离心式喷嘴内所形成的空气涡及雾化锥角,所得的喷嘴内压力分布、相分布与雾化锥角反映出该离心式喷嘴内流动特点,并与试验结果吻合较好.同时还计算了不同入口压力下喷嘴出口处的速度与雾化锥角,结果表明,随着入口压力的增加喷嘴出口速度增加,但对喷嘴雾化角影响较小.因此,数值模拟方法为离心式喷嘴的设计与雾化性能预报提供了必要的边界条件与理论基础.     

锌电解槽内气液两相流动的数值模拟

应用FLUENT软件,分别对单组阴阳极、多组阴阳极锌电解槽中的电解液流动进行了数值模拟研究.针对单组阴阳极间的电解液,基于气泡产生及运动的机理计算出单个气泡在静止电解液中的上浮速度为0.017 m/s.气液两相流数值模拟结果表明:在气泡的作用下,电解液沿阳极板向上运动,沿阴极板向下运动,形成一个大的循环;而气泡群上浮的平均速度约为0.021 m/s,与文献实验数据相吻合.针对实际生产中多组阴阳极锌电解槽,气液两相流数值模拟结果表明:在气泡上浮曳力和电解液进出口压差驱动的共同作用下,电解液的运动态势与单组阴阳极仅考虑气泡曳力作用时的状况相同,极间电解液平均流速是无气泡作用时的1.5倍左右,这将有利于加快极板附近电解液的更新,延缓锌离子的贫化.     

三维引射流动数值模拟及紊流模型选择

针对引射流动三维湍流流动的特点,应用κ-ε、S-A以及k-ω湍流模型分别对三维引射流动进行了数值模拟。比较引射流量的数值结果与实验结果表明,湍流模型的选取对数值结果具有较大影响,采用k-ω模型进行模拟可以较为准确地预测引射流量。     

T型微通道内气液两相流数值模拟

采用相场方法,在湿壁面条件下对T型微通道内不可压缩气液两相流动进行了模拟研究.数值模拟中得到微通道内特有气泡——Taylor气泡形成的过程,发现其形成共经历了4个阶段,气泡在形成过程中主要受到挤压力、表面张力、黏性力的作用,分析各阶段这3种力对气泡的作用,得到Taylor气泡形成机理.计算结果表明,挤压力和表面张力在气泡整个形成过程都起作用,表面张力在气泡脱离前达到最小值,黏性力仅在气泡形成前两阶段起作用并在阻塞阶段取得最大值.这些基本规律为有效控制微通道内气泡尺寸和微通道系统设计提供了一定的依据.     

水力旋流器内部流场的数值研究

在PIV实验验证的基础上,利用RSM雷诺应力模型和VOF两相流模型对50mm水力旋流器内部流场进行了系统的数值研究.结果表明:旋流器内静压从器壁至中心逐渐下降,静压为0处即为空气柱边界,空气柱内为负压,空气柱的存在增加了分级过程的能量消耗;旋流器内切向速度分布符合组合涡特征,内部为强制涡运动,外部为半自由涡运动;零速包络面是轴向速度方向发生改变的转折面,其上部为柱形,下部为锥形,柱形段直径约为溢流管的23倍;在外旋流区域径向速度方向从旋流器器壁指向中心,内旋流区域存在方向相反、位置相对的径向速度,空气柱内径向速度基本为0.     

送粉气流对冷喷涂流场及粒子速度影响的数值模拟

通过建立二维数值模型,利用计算流体力学软件进行数值模拟,研究了送粉气流压力和温度对冷喷涂过程中流场及粒子速度的影响.结果表明:喷涂中不可忽略送粉气流对流场及粒子速度的影响;为将粉末注入喷管,送粉气流的出口压力不能小于出口处的主气流压力,但增大送粉气流压力会使得进入喷管渐缩段的送粉冷气体流量增大,从而排挤高温主气流,同时也降低喷管气体流动的滞止焓,导致喷管喉部声速减小,不利于粒子加速;增加主气流温度对粒子加速效果不明显,而增加送粉气流温度可有效提高粒子撞击基板的速度,进而提高粉末粒子的沉积效率.     

纺锤体流量计流场的数值模拟

介绍了一种新型的节流式差压流量计——纺锤体流量计,推导了差压式流量计的一般理论以及用于纺锤体流量计的具体形式,并对纺锤体流量计的流动特性进行了数值模拟.结果表明,在来流规则和畸变情况下,纺锤体等直径段部分均能很好地形成环形槽道流动,使测量重复性和精确度得到大幅提高成为可能;同时,由于完全避免了流动分离,与孔板流量计相比,压力损失与所得差压之比小得多,在高雷诺数下尤为明显.实验结果验证了数值模拟的可靠性.     

纯镁粉末坯往复挤-镦的数值模拟及实验研究

采用DEFORM-2D有限元软件对纯镁粉末多道次往复挤-镦块体机械冶金过程进行有限元模拟,分析了往复挤-镦过程中的流场、应力场及应变场等相关场量变化规律.模拟结果表明：挤压段材料纵向流动,镦粗段材料横向流动,流速和流向的不一致形成强烈的交替剪切效应,且试样的主变形区域处于三向压应力状态.试样的等效应变呈不均匀分布,但应变的均匀性随着往复挤-镦道次的增加而有所改善.3道次往复挤-镦实验结果表明：试样产生显著的条带状组织,主变形区强烈的剪切力将原镁粉表面的氧化物和其内部的孔隙破碎,形成强烈的致密效应,相对密度接近0.98,组织上达到了良好的冶金结合.     

二维动脉瘤的血液动力学分析及数值模拟

本文运用ALE方法对不同形状的二维动脉瘤及其载瘤动脉内的血流情况进行了数值模拟,并对模拟结果进行了比较分析.结果表明,同一动脉瘤及其载瘤动脉内不同时刻的速度场和压力场分布情况非常相似,速度和压力的最大值与最小值也分别在相同的区域达到.不同的AR值的动脉瘤内都形成了一个环流区,环流中心的半径随着AR值得增大而增大,而动脉瘤入口右侧的速度随着AR值的增加而减小,压力随着AR值得减小而升高.     

长江口与杭州湾风暴潮三维数值模拟

基于改进的河口海岸和海洋三维数值模式ECOM-si，加入台风模型气压场和模型风场，同时考虑径流、天文潮与风暴潮耦合作用，数值模拟了TC9711（Winnie），TC0012（Prapiroon）和TC0014（Saomai）三个台风期间长江口和杭州湾的水位过程.与观测资料比较，模式较好地再现了台风期间的水位过程，采用Fujita（藤田）气压场公式计算的结果比Fujita Takahashi（藤田 高桥）气压场公式下的计算结果更符合实测值，并在上述3个台风期间计算水位值与观测值的均方误差分别为42.5 cm，41.7 cm，35.5 cm.     

除湿系统中固定床内部气体流场的数值分析

以除湿系统中的固定床为研究对象，以K－ε模型和壁面函数法作为理论基础，通过使用PHOENICS软件进行数值分析计算，得出了固定床内部气体流动的速度场，并通过对气体速度分布规律的分析，为改善固定床的结构和填充状况以提高其除湿性能提供了理论基础。     

基于能量方程的柏叶口水库三维流场的模拟研究

采用基于能量方程的条带分析方法,对矩形河槽流速进行了模拟,在对模拟结果进行验证之后,将模型应用在拟建柏叶口水库三维流场研究中.通过适体坐标变换生成水库曲线型计算网格,将生成的曲线型网格细化、分层、分条带,最后用基于能量的方程进行一维、二维和三维的流场计算.整个模拟过程易于编程实现,并可通过设置网格的疏密程度,有效控制流...