两同轴旋转圆台之间不可压缩流体的数值模拟

本文主要研究了两同轴旋转圆台（外圆台固定）间流体的流动性质。结果表明：出口附近的流体在旋转开始后要向圆台上部回流,形成了一个压力和速度极大的涡流区域。该区域约位于z/h＝0.05~0.30,并随着转速的增加而向圆台顶部移动。当转速较小时,流体速度沿径向呈线性关系;当转速较大时,线性关系变为近似二次函数的关系。随着圆台倾角变小,流动越来越容易失稳。最后通过与Taylor-Couette流进行的比较,发现圆台绕流更容易失稳。     

倒置的旋转液膜反应器上底边界半封闭时流场的数值研究

通过数值模拟,研究了倒置的旋转液膜反应器上底边界半封闭时的流场,进一步研究了雷诺数继续增大时涡的发展和演变,并且对相应的现象给出了解释。研究结果表明,继续增大雷诺数,圆台间涡的个数奇偶交替的周期变大;当雷诺数增大到300时,圆台间最终稳定为偶数个涡,涡的个数不再发生变化。     

内固定器对人体颈椎运动生物力学性能的影响

在失稳颈椎内安装固定器后,其稳定性的生物力学评价是医学研究的一个重要课题。该文提出了一种双目三维光学精密运动测量方法对其进行评价。采用该方法分别对保存良好的人体颈椎标本在失稳、内固定以及疲劳3种状态下的三维运动情况(包括前屈、后伸、左侧弯、右侧弯4种运动)进行了测量,并以每种运动情况下的颈椎C 1-C 2节相互旋转角度衡量其内固定的效果。实验结果表明,内固定后颈椎的旋转角度明显小于失稳时的旋转角度;内固定后模拟远期效果的疲劳加载后测试结果证实内固定的效果仍然是可靠的。     

旋转热管生物反应器搅拌结构的数值模拟

针对不同搅拌结构形式的新型旋转热管生物反应器内的流动特性进行数值模拟。建立旋转热管生物反应器的数值模型,将多重参考系法(MRF)与滑移网格法(SM)相结合,选用标准k-ε湍流模型模拟计算反应器内的速度分布,并对作为搅拌结构的热管蒸发段上桨叶的倾斜角度(α)在0°、15°、30°和45°时的搅拌功率和混合时间进行计算。结果表明:在搅拌结构中,有热管蒸发段桨叶反应器的轴向形成了3个漩涡区,轴向平均流速相对较高,并且靠近自由液面附近的流速也较大。随着桨叶倾斜角度的增加,反应器液面附近速度减小,搅拌功率减小,混合时间变长。     

盐矿卤水净化联产超细碳酸钙的工艺设计研究

报道一种新的盐矿钙镁泥处理方法:引进旋转床反应器新技术,对卤水进行强化传质、快速碳化,可实现盐矿卤水净化联产超细碳酸钙和碳酸镁.新方法只增加两个旋转填料床反应器,若干过滤、干燥、包装辅助设备,优先保证制盐工艺要求,小投资就可解决盐矿钙镁泥的回收处理问题.     

釜式泰勒流反应器流动特性与传质机理研究

通过设计一种气液混合射流的方案,在搅拌釜式反应器底部加装气体分布器,生成泰勒涡流。采用数值模拟和实验相结合的方法分析反应器内涡流流动特性及传质机理。结果表明：搅拌釜式反应器内泰勒涡流随旋转雷诺数变化的演变规律与常规泰勒反应器内涡流的演变规律类似;泰勒涡流的生成在搅拌釜式反应器原有的全混流流型中构建出局部的平推流区域,降低了返混;平推流区域随着旋转雷诺数的增加而扩大,在临界旋转雷诺数工况下可使反应器气相均布性提升28%,溶氧速率提升5倍左右,有效地改善了反应器内流动状况,强化了气液间的传质效率。研究结果为突破常规泰勒流反应器反应空间小的局限、扩大生产规模提供了理论研究依据,对釜式反应器的改装具有普适性,简便易行。     

两种不同形状旋转带对气液两相流场影响的计算流体力学模拟

利用计算流体力学软件FLUENT,以RNGk-ε湍流模型和Eulerian多相流模型对旋转带蒸馏设备内的流场进行了数值模拟.模拟考虑了旋转带的结构因素.结果表明,无开孔的旋转带在高速转动时,设备内的流体会产生界面分离现象,不利于气液两相的密切接触.而有开孔的旋转带在高速旋转时,会有效地改善流体界面的分离,而且气液两相的湍动程度更大,这些现象将有利于气液两相的传质.同时,比较了开孔位置和孔径大小对改善气液界面分离的影响.模拟结果为进一步研究旋转带蒸馏设备的结构优化和操作提供了理论依据.     

同轴旋转圆台间定态解的不存在性

柱坐标系下Taylor-Couette流存在形如u=u_φ(r)e_φ,p=p(r)的定态解。对于两无限长同轴旋转圆台的情形,应用反证法证明了不存在形如u=u_r(r)e_r+u_φ(r)e_φ+u_z(r)e_z,p=p(r)这种更一般的定态解。随后在窄缝的条件下忽略圆台上下两端边界的影响,采用数值模拟方法并统计出沿z轴切面上的平均压力p是与z有关的函数,从而验证了这种解的不存在性。     

旋转磁化法在六角晶系中的应用：理论与模拟

用VSM在固定外场大小下旋转样品,由测得的旋转磁化曲线推知具有面内单轴磁各向异性的薄膜材料的磁各向异性场,是一种测量材料一阶和二阶磁晶各向异性常数的新方法.该文基于能量最小原理,对具有平面型各向异性的六角晶系的面内旋转磁化曲线进行了严格的理论推导.我们将理论模型应用于具有六角晶系的平面型各向异性的球形颗粒中,系统讨论了不同大小的外场在基面内旋转时颗粒的旋转磁化曲线.理论计算结果与蒙特卡洛模拟结果相符.研究发现,在外磁场远小于磁晶各向异性场时,为了拟合实验的旋转磁化曲线,必须充分考虑矫顽力对磁化反转过程的影响.我们的工作证明,通过VSM测量旋转磁化曲线为确定六角晶系的面内磁晶各向异性常数K3提供了新途径,并提出当外场的大小约为面内各向异性场的0.2时,测量效果最佳.     

太阳能追日系统控制装置的研究

为了研究一种结构简单、成本低廉且跟踪精度高的太阳能跟踪方法,设计了一种用于太阳能集热装置的自动二维旋转台,该平台采用了一种新型的双轴跟踪实验系统,实现太阳光照射方向的实时跟踪。系统以8051单片机为核心,采用二维PSD传感器的方法,构建根据太阳光线与太阳能电池板夹角变化追踪太阳位置的光电传感跟踪模式,间接的随时随地的测量入射光线与固定平面法线的夹角,通过A/D转换器后接入转化至单片机,再通过单片机来控制两台步进电机驱动双轴跟踪装置以便调整固定支架的位置,直到固定平面与太阳光垂直,使旋转台上固定接受太阳光部件的表面始终与太阳光垂直,因而能大大提高其太阳能的利用效率。     

一般速度条件下球轴承工作特性分析

速度通过惯性力作用于轴承,对其内部工作特性影响很大.高速时滚动体与内外圈接触角不再相等,内圈接触角大于外圈接触角.接触载荷的变化情况与接触角变化不同,在一定的转速条件下,外圈接触载荷大于内圈接触载荷.由于内圈接触角随转速的增加而减小,导致轴承径向刚度随转速的增加而降低.转速越高,轴承的工作情况变化越大.     

计入浮环传热的增压器浮环轴承润滑分析

以增压器浮环轴承为研究对象,基于浮环平衡模型、流体润滑模型和热量分配模型,计算不同工况下内层油膜与外层油膜之间传递的热量,并以此作为润滑分析的条件之一,提出了没有热量传递时外膜偏心率的识别方法,并对浮环轴承润滑性能进行研究,主要分析讨论浮环传热在不同外膜偏心率和不同转速下对浮环轴承润滑性能的影响.结果表明,不同外膜偏心率下,浮环传热的情况有较大差异;存在某一外膜偏心率,内膜-浮环-外膜间没有热量传递;转速越高,浮环传热量越多;浮环传热对环速比的影响较大;计入浮环传热后,浮环轴承内外膜温升、内外膜摩擦功耗、外膜端泄流量有较明显变化.     

Dynamic balancing of dual-rotor system with very little rotating speed difference

Unbalanced vibration in dual-rotor rotating machinery was studied with numerical simulations and experiments. A new method is proposed to separate vibration signals of inner and outer rotors for a system with very little difference in rotating speeds. Magnitudes and phase values of unbalance defects can be obtained directly by sampling the vibration signal synchronized with reference signal. The balancing process is completed by the reciprocity influence coefficients of inner and outer rotors method. Results showed the advantage of such method for a dual-rotor system as compared with conventional balancing.     

脉动流场中血管微型机器人的运行研究

研究一种应用于人体血管的新型螺旋式微型机器人.利用机器人机体内外表面不同旋向的螺旋槽和在液体环境中不同转向的高速旋转,实现机器人的悬浮式快速运行.在模拟人体主动脉的脉动流场环境下,运用计算流体力学(CFD)方法数值研究螺旋机器人在一定的运行速度下,机器人内外螺旋的轴向驱动力、轴向力矩以及机器人对血管壁的压力,并且分析机体的内外转速和机器人运行速度对机器人轴向驱动力和血管壁所受压力的影响.研究结果表明:血管壁所受最大压力和机器人内外螺旋轴向驱动力变化基本和血流速度变化趋势一致,机体外螺旋所受轴向力矩为负值,机体内螺旋所受轴向力矩为正值;随着机体内外转速的增加,血管壁所受最大压力和机器人的轴向驱动力都随之增大,机体外螺旋转速的增加更有利于机器人轴向驱动力的增大;随着机器人运行速度的增大,机器人轴向驱动力先增大,当运行速度达到一定值时,机器人轴向驱动力又随之减小.实验证明这种螺旋机器人可以在顺流和逆流的流体环境中运行.     

大苇莺卵壳的扫描电镜观察

在扫描电镜下观察大苇莺卵壳主要由壳膜层、乳锥层、柱状层和表层等超微结构构成。不同形态的壳膜纤维交错成网状,呈多层排列,其上有球状、茬状、火柴状芽突和纤维孔;有的纤维伸入壳内,可能参与气孔膜状内壁的形成。乳锥层由多角形锥体、锥突、锥核及锚连纤维构成,气孔开口于锥体间或锥突上,柱状层最厚,为壳功能的主体,含有大量气孔,气孔内有隔膜和球状塞,有助于控制气流和通气状况,保证胚胎发育过程气体交换的需要,开口于表层的气孔外口由钙结晶微球和护膜封闭,可保护胚胎免受细菌的侵袭,防止水分的丧失。     

双旋转轴间瞬态流动与换热的实验研究

对双旋转轴间的瞬态流动与换热的实验研究发现:影响外轴内壁瞬态平均换热系数特性的因素中,以轴向冷气雷诺数的影响最大,外轴罗斯贝数次之,内轴罗斯贝数的影响最小;在双旋转的影响因素中,外轴内壁换热特性主要取决于外轴罗斯贝数,内外轴转速差和正反转因素影响较弱.     

内外双层锥面熔体微分静电纺丝实验研究

为了进一步提高单喷头纤维的产量,在熔体微分静电纺丝的基础上,设计开发了一种结合内外锥面的双层熔体微分静电纺丝装置。通过COMSOL Multiphysics数值仿真软件对其电场进行对比分析,得出增加的内层锥面对外层电场有一定的削弱作用。通过实验分析了内层锥面伸出距离对内外层射流的影响,找到了最佳参数,并且在此参数下,验证了不同电压下的纺丝效果,结果表明,随着电压的增加,内外层锥面电场增加程度相同,内外层纤维直径达到了均匀分布。最后分别采用吹风和吸风辅助对纤维进行了细化,为静电纺丝法制备超细纤维的产业化提供参考。     

四种鸟类卵壳的扫描电镜观察

利用扫描电镜对白鹇(Lophura nycthemera)、鹌鹑(Coturnix coturnix)、水雉(Hydrophasianus chirurgus)和灰卷尾(Dicrurus leucophaeus)卵壳的超微结构进行观察研究.结果显示，这四种鸟类的卵壳结构与其他鸟类的基本相似，由外而内依次为表层、海绵层、锥体层、乳突、壳膜层及贯穿卵壳的气孔道等.四种鸟类两两之间在海绵层小孔数、小孔直径、内表面气孔数、乳突数以及横断面厚度都存在显著差异.海面层小孔数由高到低依次为鹌鹑、白鹇、灰卷尾、水雉；海绵层小孔直径由高到低依次为水雉、灰卷尾、鹌鹑、白鹇；内表面气孔数由高到低依次为白鹇、鹌鹑、水雉、灰卷尾；内表面乳突数由高到低依次为鹌鹑、白鹇、水雉、灰卷尾；横断面厚度由高到低依次为白鹇、鹌鹑、水雉、灰卷尾.这种结构上的差异与种的特异性及其生存环境密切相关，卵壳的结构差异是鸟类对环境的一种适应.     

含轮缘间隙的轴流转桨式水轮机不同工况下的数值分析

通过采用CFD计算软件,求解基于k-ε紊流模型的Navier-Stokes方程,建立轴流转桨式水轮机转轮部分的数值计算模型。对在不同的桨叶角度和各导叶开度下含轮缘间隙的轴流转桨式水轮机内部流动特性进行全面系统的数值计算,阐述了不同工况下流域内的流场分布和轮缘间隙处的流线分布,并分析了轮缘间隙对水轮机内部流动特性的影响。为进一步提高轴流转桨式水轮机性能和电站的稳定运行提供依据。