撞击式射流破碎特性的实验研究

基于自行搭建的撞击式射流系统,采用高速摄影技术,研究了对称射流撞击和非对称撞击射流液膜的破碎特性.分析研究了射流撞击夹角及喷嘴内径对射流撞击破碎的破碎模式和破碎特征(破碎长度、液膜长度、液膜宽度、液膜长宽比)的影响规律.对比研究了3种不同流体——水、甘油、卡波姆凝胶(非牛顿流体)的破碎特性.在实验的韦伯数范围内,喷射模式可分为3种破碎模式,即封闭液膜模式、开边界模式、液线液滴模式;破碎长度随韦伯数的增大,呈先增大后减小的趋势;减小撞击夹角可以减小液膜的长宽比,喷嘴内径的大小不会改变液膜长宽比的值;与对称撞击相比,非对称撞击更能加剧液膜的破碎.     

喷嘴结构对液体喷射破碎粒径影响的实验研究

为研究喷嘴结构对液体喷射破碎粒径的影响规律,通过阴影追踪法测得在不同喷嘴结构条件下液体喷射破碎液滴粒径分布。结果表明:喷嘴直径越大、收缩角度越平缓、破碎液滴索特平均直径(SMD)越大;喷嘴长径比增大会使得纯净水的液滴SMD增大;但对于甘油溶液,则会使得其液滴SMD减小;同时,喷嘴出口倒角会比无倒角时破碎液滴SMD增大,比较还发现45°倒角比倒圆角时破碎液滴SMD稍大。     

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.     

光纤耦合器对光谱响应的研究

 通过对耦合的理论分析,模拟了实际的拉锥过程,构建了光纤耦合器对光谱响应特性的理论模型。详细分析了不同熔烧长度和不同拉伸距离对光谱响应的影响,熔烧长度越短,拉锥曲线震荡越剧烈,到达归一化光功率为0.5所需要的拉伸长度越短,会出现更多的震荡包络;拉伸距离越长,产生的包络震荡越多,波长间隔越密,对光谱响应越为敏感,从实验中验证其合理性。这一模型的建立将大大减少实际工作中的盲目性,对光纤耦合器制作有一定的指导意义。     

双流体雾化喷嘴的液膜模型

双流体雾化喷嘴出口的气液流动可认为是非充分发展的环状流动,借助已有的气液两相流模型无法准确描述其液膜形成过程。为此,该文基于环状流假设,分析比较了3种不同的滑移比模型对液膜厚度和液体质量流率的预测特性,并与实验数据进行比较。结果表明:无滑移模型对液膜厚度的预测值偏低;而基于充分发展环状流假定的Ishii经验关联式模型对液膜厚度的预测值偏高;根据实验数据提出的滑移比模型,考虑了环状流不充分发展的特征、气液质量比(gas to liquid mass ratio,GLR)和入口压力的影响,能够准确预测喷嘴的流量特性及液膜厚度。     

巷道风流中瓦斯逆流现象的数值模拟

根据计算流体动力学理论,研究巷道在不同风速、不同倾角下的瓦斯逆流现象;分析巷道风流中瓦斯逆流区的长度、浓度分布以及瓦斯层厚度的变化;得出倾斜巷道中瓦斯逆流的一般规律.结果表明:在下行通风风速较小的情况下,当瓦斯从顶板涌出时,巷道中将出现明显的瓦斯逆流现象;在发生瓦斯逆流时,风速越高,瓦斯逆流的区域越小,瓦斯层的厚度越薄、长度越短;下行通风有利于空气和瓦斯的混合,且倾角越大,瓦斯与空气混合的能力越强,顶板逆流瓦斯层的范围越小.     

燕尾形轴向槽道热管的蒸发冷凝传热特性

建立了燕尾形轴向槽道热管蒸发和冷凝薄液膜传热特性理论模型,并对模型进行了数值求解.对蒸发薄液膜区液膜厚度、接触面温度和热流密度分布进行了分析,给出了汽液接触面蒸发/冷凝传热系数沿轴向的变化.研究表明:在蒸发薄液膜区域,薄液膜厚度沿槽壁方向呈线性增加;汽液接触面的温度在起点几乎和壁面温度相同,随着薄液膜厚度的增加而迅速降低;在薄液膜的起始段,热流密度快速达到最大值,随即迅速减小.蒸发段的蒸发传热系数大于冷凝段的冷凝传热系数,蒸发/冷凝传热系数在整个绝热段并不都为零.同时,通过实验验证了模型的正确性.     

一种脉冲电阻分压器的性能分析

针对脉冲电阻分压器的响应性能,建立了分压器的分布参数模型.理论与仿真结果表明:影响分压器性能的主要因素有总阻值、第一级高压臂电阻长度及直径和屏蔽罩内径;分压器总阻值越小,第一级高压臂电阻的长度越短且直径越小,屏蔽罩内径越大,分压器的响应时间越短;增加屏蔽外罩可以减少电磁干扰对电阻分压器的影响.电流探头测试结果证实,脉冲电阻分压器可用于纳秒级脉冲的测量.     

单液滴撞击不同黏度液膜特性研究

为了更好地理解单液滴撞击不同物性流体湿壁面现象,采用激光诱导荧光(laser induced fluorescence,LIF)方法研究了不同入射液滴韦伯数、无量纲液膜厚度及液膜黏度对撞壁现象的影响规律.研究表明,液滴撞击后液膜可分为稳定冠状、飞溅冠状和剧烈飞溅冠状3种形态,入射液滴韦伯数越大,液膜形态变化越剧烈.相同液膜黏度和无量纲液膜厚度下,无量纲冠顶高度随入射液滴韦伯数的增大而升高,且韦伯数越大,到达冠状顶点所需时间越长,冠状维持时间越久.保持入射液滴韦伯数和无量纲液膜厚度不变,随液膜黏度升高,无量纲冠顶高度降低,且到达冠状顶点的时间提前,冠状维持时间缩短;保持入射液滴韦伯数和液膜黏度不变,随无量纲液膜厚度增加,无量纲冠顶高度先升高后降低,但冠状达到顶点的时间以及冠状维持时间均持续增加.相同无量纲液膜厚度和液膜黏度下,无量纲冠顶直径随入射液滴韦伯数的增大而增大.保持入射液滴韦伯数和无量纲液膜厚度不变,无量纲冠顶直径随液膜黏度升高而降低;保持入射液滴韦伯数和液膜黏度不变,无量纲冠顶直径随无量纲液膜厚度的增大而降低.根据试验数据拟合出了冠状形态的临界韦伯数与无量纲液膜厚度的关系式,以及无量纲冠顶高度和冠顶直径与入射液滴韦伯数的关系式.     

连铸结晶器内保护渣渣膜状态的数学模拟

建立了考虑保护渣参与传热的铸坯凝固模型,计算结晶器内铸坯收缩产生的气隙大小,确定存在于结晶器与铸坯间保护渣渣膜的温度、厚度和存在状态,分析保护渣的润滑能力及连铸工艺条件对保护渣的物性要求。得出以下结论：熔化温度越低,液态渣膜越厚,在结晶器内渣膜保持长度越长;对于一定熔化温度的保护渣,存在最佳拉坯速度以提供高佳液体润滑;浇铸温度越高,液态渣膜厚度越大。     

制冷剂两相流音速对引射器喷嘴结构的影响

将液-液引射器内部的喷嘴作为研究对象,建立了喷嘴内气液两相流的非等熵膨胀模型和均相流音速模型.研究了制冷剂R134a和R22在不同喷嘴进出口压降条件下,喷嘴出口气液两相流音速的变化规律.模拟结果表明:随着喷嘴出口饱和温度的降低,喷嘴出口音速缓慢降低,而实际速度快速增大,喷嘴出口处R22的当地音速约为R134a当地音速的1.5倍;当喷嘴入口饱和温度为40℃时,R134a在喷嘴内实际膨胀过程的临界温度为14.5℃;对于高压液体作为工作流体的引射器,其喷嘴宜采用缩放型;当喷嘴入口饱和温度分别为40和50℃时,R22在喷嘴内实际膨胀过程的临界温度分别为-3.5和3.0℃,宜采用渐缩型喷嘴.     

轧制差厚板方盒件拉深成形的实验与数值模拟

分析了轧制差厚板的显微组织和力学性能存在差异性的原因.针对差厚板方盒件的拉深成形过程建立有限元模型，探讨了其变厚度特性及性能差异化特征的建模方法.通过对比实验及模拟条件下方盒件的成形结果，证明了有限元模型的可靠性.根据验证后的有限元模型，以极限拉深高度和过渡区中心线偏移量为评价标准，分析了差厚板的几何参数(过渡区长度、过渡区位置、薄区与厚区的厚度差)对其拉深成形的影响.结果表明，过渡区越长、厚区占比越大、薄区与厚区的厚度差越小，则差厚板的拉深成形性能越好.确定差厚板的几何参数时，需综合考虑板料的成形性能和轻量化效果.     

地道与空气冬季换热特性的数值模拟与分析

目的研究地道工程与空气在冬季的换热特点,分析地道长度、空气流速以及地道埋深对地道与空气换热的影响,从而实现土壤中热量的有效利用.方法以沈阳地区的中德地道风项目为研究对象,采用Gambit软件建立三维仿真模型,利用Fluent软件对地道与空气的换热进行数值模拟,分别计算出不同因素下地道出口处空气的温度.结果当地道长度为100 m时,地道出口处温度为-10.564℃,当地道长度为250 m时,地道出口处温度可达-9.565℃,地道越长,出口空气温度越高;一定长度的地道内风速越低,出口空气温度越高;埋深分别为2 m、4 m、6 m、8 m时,150 m长地道出口处温度分别为-12.052℃、-10.469℃、-10.286℃、-10.093℃.结论其他参数相同时,地道与空气的换热效果随着地道长度的增大而增强;随着地道内风速的增大而减弱,当风速大于5 m/s时,地道出口的空气温度基本保持不变;随着地道埋深的增大而增强,深度达到6 m后,换热效果基本保持不变.     

瘢痕子宫破裂影响因素的有限元分析

目的:以往对瘢痕子宫能否经阴分娩的研究主要是通过超声评估.本研究应用有限元法分析瘢痕厚度、瘢痕长度和材料特性对瘢痕子宫受力的影响,探讨瘢痕子宫经阴分娩时的破裂预警.方法:应用SOLIDWORKS建立足月瘢痕子宫的三维模型,对该模型进行ANSYS仿真分析并验证.结果:在宫缩过程中,厚度越小瘢痕处应力越大越易破裂;以3 mm作为子宫前壁厚度的边界值,若测量厚度大于界值可以考虑经阴分娩,反之易发生子宫破裂应选择剖宫产;在施加同一内压下,瘢痕越长,瘢痕所受应力越大,子宫越易破裂;杨氏模量太小或者太大,都导致瘢痕所受应力增大.结论:经敏感性分析得出瘢痕厚度对子宫破裂影响最大,瘢痕长度和材料特性影响较小.基于ANSYS仿真分析以一种新的角度研究了瘢痕子宫破裂的影响因素,为瘢痕子宫能否选择经阴分娩提供客观分析方法和临床指导.     

基于Fluent的射流喷嘴结构设计与优化

合理地选择射流喷嘴参数,实现天然气水合物的固态硫化开采,是促进天然气水合物商业化采掘的关键因素之一.利用Fluent软件建立不同结构参数的单喷嘴流场湍流模型,仿真分析了5种不同结构尺寸的喷嘴对水合物射流破碎的影响,并通过正交试验对单喷嘴结构参数进行优化.仿真结果表明:喷嘴出口处带有扩散角时有利于利用水射流的能量,达到良好的射流破碎效果;最优的喷嘴结构参数为,入口直径D=2.0mm,过渡段直径d0=0.8mm,过渡段长度l=4mm,收缩角α1=24°,扩散角α2=10°.     

高深宽比微细结构紫外光固化-脱模工艺建模与分析

针对高深宽比结构的脱模问题,利用压缩试验获得了材料的力学性能,并用Ogden模型对其进行描述,建立了卷对卷紫外光(UV)固化-脱模工艺过程的有限元模型.分析了光照时长、残余层厚度、微结构深宽比以及结构间隙等参数对脱模最大应力的影响规律.结果表明:在结构深宽比为4∶1时,界面粘接力是导致脱模缺陷的主要原因;光照时长越长,残余层厚度越薄;微结构深宽比越小以及结构间隙越大,固化-脱模应力越小、越有利于脱模.     

两相流CO_2喷射器内部流场的数值模型

利用计算流体动力学模拟软件Fluent建立两相流CO_2喷射器非均相模型,基于非均相模型对CO_2喷射器的内部流场进行数值模拟,分析喷射器内部流场的相变、压力和速度变化情况,通过实验验证了模型精度;通过改变喷嘴段结构参数,探究了喷嘴设计对于喷射器性能的影响,并对喷射器结构进行优化.结果表明:喷射器喷射流量以及引射压力的模拟值与实测值的误差分别为6.5%和5.0%,即所建模型具有较高的精度;当喷射器喷嘴段出口出现激波现象时,流体的压力和速度均出现波动,并且存在明显的边界层;喷嘴发散段的长度越长,喷射流量越小,喷射速度越高;通过优化喷嘴段结构参数,可使喷射器的效率提高10.5%.     

液体射流在旋转气体中分裂破碎机理研究

研究了旋转气流中空心柱液体射流的流动参数、喷嘴几何因素在液膜分裂破碎过程中的不稳定性作用,结果表明：液膜的分裂破碎主要是由表面张力引起的;液体Reynolds数在整个射流过程中起不稳定性的作用;在旋转气流中,内部气动力及内部旋转强度的变化,对液体射流的不稳定性没有影响,而外部气动力及外部旋转强度在液体射流的破碎过程中起着稳定性的作用;在旋转气流中．射流内半径与液膜厚度比起稳定性的作用。     

波度动压机械密封的性能分析与优化选型

基于质量守恒的空化边界条件建立波形密封端面润滑液膜的理论模型,采用有限元法求解润滑液膜的Reynolds控制方程,获得不同工况参数和几何参数下的密封性能变化规律,并与试验结果进行对比。结果表明：压力和转速增大均会导致泄漏率和液膜刚度增大,动压效应增强,有利于密封运行稳定,但是低压下液膜易发生空化;温度对最小液膜厚度没有影响,对动压效应略有影响,且随着温度升高,动压效应在减弱;波数和波幅增大均会导致最小液膜厚度和泄漏率增大;波数越多,液膜刚度越大,静压效应越强;波幅越大,液膜刚度越小,动压效应越弱;综合考虑泄漏率和密封运行稳定性,波形端面的波数为9,波幅为6.3μm较为合理,更适合于核主泵轴密封运行。     

风速及碰撞系数对风沙流输沙率沿流向变化规律的影响

利用数值方法模拟研究了双流体模型中风速和碰撞恢复系数对风沙运动的影响。结果表明:在相同风速下,沙粒粒径越大,其输沙率饱和值越大,饱和距离越长;在相同粒径下,风速越大其输沙率饱和值越大,饱和距离越大。当碰撞恢复系数不同时,输沙率沿流向的变化趋势相同,碰撞恢复系数越大,输沙率饱和距离越短;碰撞恢复系数相同时,粒径越大,风沙流输沙率饱和距离越长。