低重环境航天器贮箱内三维液体晃动数值模拟

为了研究低重环境下航天器贮箱内液体晃动的特性,采用了任意Lagrange-Euler有限元方法描述贮箱内不可压粘性液体的运动。用Laplace-Young表面张力公式将表面张力效应引入自由液面边界条件,采用最小二乘数值逼近方法拟合自由液面平均曲率,给出了含表面张力的动力学边界条件的数值计算形式。数值模拟显示:低重环境下,由于表面张力效应,液面平衡位置会升高;该平衡液面与常重情况下的平衡液面有明显不同,可以在任何位置以不同的形状出现。     

单个三维气泡运动的直接数值模拟

采用VOF（Volume—of-Fluid）中的PLIC（Piecewise Linear Interface Calculation）界面重构方法模拟了三维气泡在另一种静止流体中的上升和变形运动;在数值模拟的例子中分别考察了不同黏度和表面张力对气泡在上升过程中的变形及上升速度等的影响．计算结果表明,PLIC界面重构方法可以正确地模拟气泡的变形、破裂等过程．黏性和表面张力在气泡运动过程中的作用可以用Eoetvoes数和Reynolds数来描述．在相同的密度和黏度比的情况下,表面张力越大,则气泡的形状变化越小,上升的速度越快,表面张力起着使气泡保持原状的作用;黏性越小,则气泡在上升过程中射流穿透上表面的时间越早,变形速度越快．     

LNG FPSO液舱内储液晃动特性的数值模拟

研究液化天然气(LNG)低温大型SPB型储液罐在海上运动过程中晃动引起的对液舱壁面产生的动侧压力、储液的气液混合情况、储液的晃动幅度及液舱内压力分布。基于VOF(volume-of-fluid)模型模拟二维SPB型液舱内储液的晃动特性,并利用试验数据对模型的计算结果进行了验证。结果表明:模拟数据与试验数据吻合较好;晃动幅度与运输船的初始速度有关,初始速度越大,晃动就越剧烈;不同储液充满率引起的晃动不同,充满率越大,晃动的幅度越小,有利于减小储液的晃动;在液舱内合理的设置阻流板有利于抑制晃动。     

棱形液舱内液体晃荡问题的SPH数值模拟

应用改进的SPH方法模拟棱形液舱在不同充液比、横摇激励频率工况下的液体晃荡行为。该方法能模拟出液体大幅度非线性晃荡产生的翻卷、破碎等现象,模拟结果与实验结果吻合较好。通过改变舱体结构,对带有隔板的棱形液舱进行数值模拟,分析隔板对液体晃荡特性的影响。结果表明:充液比及激励频率对液体的晃荡特性有重要影响,且适当改变箱体结构可以有效地抑制晃荡现象。     

存在残余液体的微管道中的表面张力驱动流动

许多微流体系统涉及到存在残余液体的微管道中由表面张力驱动的注入流动问题。该文利用非定常N av ier-S tokes方程,采用VOF模型追踪运动界面,以CSF模型考虑表面张力的影响,使用有限体积法对存在不同形态残余液体的微管道中不可压缩流体的表面张力驱动的注入流动进行了数值模拟。结果表明,与不含残余液体的情况相比,管道内存在附着于管壁的液滴时,入口流量下降,但液体的注入效率反而略有提高;而管道内存在封闭液柱时,入口流量明显降低,而且会在管道中形成随液体一同运动的气泡,不利于液体注入。这些结论对于相关微流体系统的设计具有借鉴意义。     

有关表面张力的一组有趣现象及解释

有关表面张力的有趣现象很多,这里列举了一些并作出了解释,得出了关于这类现象的一般性结论．     

激光加热熔池流动的数值模拟

在表面张力驱动的熔池流动中表面附近存在着很大的速度梯度,因此在有关熔池流动的数值模拟中,对该速度变化急剧的表面层作了特殊考虑,采用对包含该表面层的薄层和对此薄层以外的其余区域分别求解并相互耦合的方法,得出模拟结果;该结果与把熔池作为一个整体进行求解所得到的结果相似.     

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。     

中低轨道航天器表面充电中地磁场的影响及其数值模拟

本文研究地磁场对中低轨道航天器表面充电现象的影响．根据航天飞行器带电机制,选用粒子模型,在粒子轨道跟踪的基础上,建立了时间依赖的粒子推进的计算模型,计算了飞行器表面充电的平衡电位,计算结果与观测吻合．     

求解液体大幅晃动问题的数值方法评述

对在推进剂贮箱中带有自由液面液体大幅晃动问题的研究是一个在充液航天器动力学与控制分析中十分重要的问题．介绍和评述了求解带有自由液面液体大幅晃动问题的数值模拟方法,并简要介绍了这一领域的主要研究成果以及对今后工作的进一步展望     

氧含量对TIG焊瞬态熔池行为影响的数值分析

建立定点高斯热源作用下TIG熔池的三维瞬态数学模型,考虑焊接熔池内各项散热、焊件内部及表面传热、相变潜热、材料热物理性能参数随温度变化等问题,运用FLUENT软件及其UDF的二次开发功能,模拟不同氧含量对熔池温度场及速度场的影响.结果表明:表面张力温度系数发生转变时的临界温度对熔池温度场和速度场有着决定性影响,该临界温度随氧含量的增加而增加,并且随着氧含量增加逐渐向熔池中心靠近.随着临界温度线的转移,表面张力发生改变,熔池内的Marangoni对流也因此改变,进而使得熔池形貌从低氧含量时浅而宽的形状变成为高氧含量时的深且窄的形状.     

微重力下气液分离特性的数值模拟

微重力下离心式气液分离技术以分离环境不受重力条件的影响而广泛应用于航天器流体技术、环境控制与生命保障系统等领域.本文对微重力工况下离心式气液分离特性进行了数值模拟研究,通过正交实验法分析在转速、入口速度、含气量、黏度、温度综合作用时,各因素影响的主次关系.结果表明,转速、含气量、温度、黏度对分离效率的影响比较明显,且随转速、含气量、温度的增加,分离效率逐渐增加,而随黏度的增加分离效率逐渐降低,入口速度对分离效率的影响较小,这与美国地面实验的趋势大致相同,分离效率在92％～94％范围内.研究结果可为我国空间站环控生保技术采用蒸汽压缩蒸馏方法进行尿液分离的进一步研究提供基础数据.     

充液挠性航天器俯仰运动非线性动力学分析

考虑了带弹性帆板与液体燃料的航天器做俯仰运动时刚-液-弹之间的相互耦合作用,采用已推导的刚-液-弹耦合系统非线性动力学方程组,应用多尺度法对耦合系统液体一阶主共振的非线性动力学特性进行解析分析,发现了幅频曲线软、硬特性随液深发生转换的现象,发生转换时的临界液深值大小与液体燃料在航天器中的位置、航天器与弹性帆板的转动惯量相对于液体燃料密度的比值均有关,并通过与数值模拟比较,验证了解析分析的正确性。     

理想二元混合液的表面张力

理想二元混合液的表面张力卢义刚，仝杰（陕西师范大学应用声学研究所，西安７１Ｑ０６２；第一作者，男，３０岁，讲师）液体的表面张力在一定程度上反映液体分子的结构与状态．许多人对液体表面张力系数的研究曾进行过大量工作，但研究对象大多局限于纯液体．Ｊａｃｏｂ...     

海洋核动力平台稳压器内液体晃动仿真分析

针对海洋核动力平台在风浪流载荷联合作用下产生的动力响应带动平台上反应堆稳压器运动,引起其内部汽液介质晃动并造成反应堆压力额外波动及设备冲击等问题,采用Fluent软件建立了流体仿真模型,并基于流体体积（VOF）方法对稳压器内部液体的晃动进行数值模拟,得到了风浪流载荷不同工况下（包括极端情况）液体的晃动过程、稳压器壁面平均静压强和内部压力等参数的变化及波动范围;另外还对防晃液装置的防晃效果进行了仿真和分析,为稳压器进一步的防晃研究和安全设计提供研究基础和理论参考。     

用VB6.0建立液体表面张力系数实验数据处理程序

利用VisualBasic6．0编制了“拉脱法测液体表面张力系数”的实验数据处理程序，该程序计算方便、快捷、准确，有利于节省学生处理实验数据的时间，提高了实验效率．     

矿井非典型动力现象机理的数值模拟

以四川省芙蓉矿业集团公司某矿事故案例为研究对象,提出矿山非典型动力现象的定义,利用弹塑性问题的三维有限元数值分析软件,分析采场应力分布规律、计算各坚硬厚层顶板的初次和周期断裂步距、分析破坏岩块的平衡结构,揭示矿井非典型动力现象发生的机理:位于弯曲下沉带最下位的厚层坚硬顶板在地质构造和采动影响下初次断裂失稳,破坏了下位"砌体梁"平衡结构,直接导致了矿井非典型动力现象的产生.研究表明:顶板岩层结构、原岩应力、"主关键层" 的冲击倾向性是影响矿井非典型动力现象发生的3大主要因素.     

Features of molten pool free surface in laser processing

On the basis of static characteristics of free surface of molten pools in laser processing, starting with the change of surface tension, the uniform numerical models are developed for both the liquid and solid regions of metals by applying the enthalpy source method and the porous region model. The flow and heat transfer characteristics in the molten pools and the distribution of surface tension on free surface are disclosed. The shape of free surface is analyzed by considering the static forces on the free surface and by combining with the calculated results of the molten pool. The model is applied to analyzing the laser processing of AISI 304 stainless steel, and the effects of different processing tech nics and material properties on shaping of free surface are discussed.     

水平平板上蒸发液滴内部流动的数值研究

提出了水平平板上自然蒸发的挥发性液体液滴，在传热产生的表面张力梯度作用下 液滴内部二维轴对称流动的简化数学模型。导出了控制液滴内部流动的参数是比渥数Ｂｉ 和马拉哥尼数Ｍａ。并用涡量－流函数数值计算方法求解了液滴内部流动的流场和温 度分布。发现随着Ｂｉ数和Ｍａ数的不断增大，液滴内部流动将由一致方向的回转流 动分化为多个细胞流结构，本文还对产生细胞流结构的机理、条件和特点作了详尽分 析。