相场法模拟过冷熔体枝晶生长的界面厚度参数的取值

研究了用相场法模拟纯物质过冷熔体枝晶生长过程中,界面厚度的取值对模拟结果可靠性的影响及影响界面厚度取值的因素;然后,在选取合理界面厚度取值的基础上,计算了不同过冷度下纯镍过冷熔体枝晶生长的速度并与实验进行了比较.研究表明:为了获得可靠的计算结果,界面厚度的取值应足够小;合理的界面厚度的取值由过冷度、各向异性、界面动力学、热扩散系数等参数综合决定;在选取合理界面厚度的基础上,模拟结果与实验吻合,证明界面厚度足够小时可获得可靠的模拟结果.为相场法模拟过冷熔体枝晶生长时的界面厚度参数的取值提供了依据.     

枝晶生长的傅里叶谱相场模拟

用傅里叶谱方法求解相场模型,并运用该方法对聚合物结晶过程中出现的枝晶生长形态进行数值模拟.通过数值模拟与已有实验结果对比,模拟结果与实验结果基本吻合,验证了傅里叶谱方法求解相场模型的可行性.与有限差分法对比,傅里叶谱方法的运用,简化了对某些运算算子的演化.     

直拉法硅晶体生长中单晶炉坩埚内熔体的数值模拟

硅晶体生长过程的模拟主要采用专用仿真软件或通用编程软件。目前针对专用仿真软件授权费用高、通用编程软件编程难度大且需要较高的编程技巧和理论水平这一缺陷,本文研究使用通用流体仿真软件Fluent模拟了单晶炉坩埚内熔体的流场和热场,并用Wheeler标准问题检验仿真结果。仿真结果表明,Fluent所得结果通过了Wheeler标准问题的验证,说明采用Fluent作为单晶炉模拟软件,对大尺寸硅单晶炉晶体生长过程中坩埚内硅熔体的多场问题进行数值仿真,为实际硅单晶生长热场设计及优化提供了依据。     

BiOBr/BiOCl催化剂的制备及光催化性能

采用简单便捷的水热法制备了纯相BiOCl光催化剂、纯相BiOBr光催化剂和不同氯溴比例的BiOBr/BiOCl复合光催化剂,并借助XRD、SEM、EDS、UV-Vis对几种催化剂进行了表征.以罗丹明B为目标降解物,用碘钨灯模拟太阳光照射几种光催化剂从而探究其光催化活性.结果 表明,该实验方法制备出的BiOBr/BiOC...     

螺旋流光整加工中气流场和液流场的仿真模拟

将气粒两相螺旋流和液粒两相螺旋流技术运用于台阶孔的光整加工中,运用FLUENT 软件,对气流场和液流场进行数值模拟,并将模拟结果用流线图和切向速度径向分布图表示.通过对模拟结果的分析比较,显示了气粒两相螺旋流的的优越性,为进一步实验研究提供了理论依据.     

相场法在凝固数值模拟中的应用

研究了相场方法在纯物质凝固生长过程中计算模拟的应用．通过选取不同过冷度和各向异性系数进行纯物质镍的技晶生长模拟,最后采用加入非平衡扰动的方式,进行了侧向分技生长的模拟．模拟结果表明,模拟中过冷度和各向异性强度需要耦合考虑;非平衡扰动在模拟中不影响尖端生长速度．     

单晶炉勾形磁场设计参数实验验证

通过模拟方法得到8英寸单晶炉（16英寸坩埚）勾形磁场的设计参数,并对磁场参数的模拟结果进行了实验验证.结果表明：磁场参数及其分布均满足晶体生长要求,磁场参数的模拟结果与实验结果吻合较好.该模拟方法可用于勾形磁场的实际设计.     

离心泵叶轮内部固液两相流动的大涡模拟

为提高离心泵的抗磨蚀能力 ,对泵内固液两相流的流态进行深入研究。在多相紊流运动双流体模型的基础之上 ,建立了两相紊流运动的大涡模拟。利用大涡模拟 ,对离心泵叶轮内部的固液两相流动进行数值计算。计算结果得出液相压力分布和相对速度场 ,及固相的颗粒数分布和相对速度场。其中压力和颗粒的分布与同一离心泵在日本所做合作研究量测的实验结果进行比较 ,两者相互吻合     

流场下格子-动力学晶体生长的模拟

在常规的相场方法中,耦合格子玻尔兹曼方法,采用新建立的格子-动力学耦合模型模拟不完全结晶的聚合物(ipp)枝晶在流动下的生长。使用多松弛的格子玻尔兹曼方程替代温度场方程,在其中耦合流场,并通过Fortran语言对格子-动力学耦合模型进行求解,规避了传统相场法需要高分辨率场精确解决固液界面的难点的同时,研究了在不同流场流速,界面厚度,驱动力参数下的聚合物(ipp)结晶形貌。结论显示:流速越快,顺流方向枝晶的生长越迅速;增加界面厚度,晶体生长加速;驱动力参数增大,晶体生长速率增加。     

垂直Bridgman法多组元晶体生长的多场耦合模型

对垂直Bridgman法多组元晶体生长的准稳态模型所采用的Boussinesq线性密度假设进行了改进，基于密度的Taylor展开式，得到了熔体密度随温度、浓度变化的非线性函数关系并引入到模型中，改进后的准稳态模型（PSSM）能揭示晶体生长过程的非线性本质．明确了模型的边界条件，得到了晶体生长的完整数学描述．改进后的PSSM以及已获得的多组元晶体准确物性为晶体生长的多场耦舍定量数值模拟研究奠定了基础．     

一种改进的漂移系数模型及其应用研究

对轴对称突扩通道内气粒两相湍流进行了数值模拟研究，其中对气相场采用常用的二阶矩模型，对颗粒相采用了PDF模型，在此基础上给出了一种改进的漂移系数模型，用所给出的封闭模型进行了数值计算，并与实验结果以及未采用改进模型的PDF模拟结果进行了对比，结果表明改进模型能够更准确地预报颗粒脉动，改进的漂移系数模型很好地反映了颗粒运动的各向异性．     

磁流化床气固两相流动的数值模拟及实验验证

建立了床体为圆筒的磁流化床筒化数学模型。采用SIMPLEC算法对此类磁流化床床内的气固两相流动进行数值模拟，并对多种运行条件下床内气固两相流动的数值模拟结果进行分析，获得了磁流化床内气固两相在偏离或接近临界稳定区域的流化特性。通过用相对应的实验装置进行实验验证。结果证明：该简化的双相模型和SIMPLEC算法对磁流化床床内气固两相流场进行数值模拟具较好的适用性和准确性。     

MPI+OpenMP环境下的二元合金三维相场模型的并行方法

针对二元合金三维相场模型模拟研究中存在的计算区域小、计算效率低,难以满足二元合金大规模模拟的需求,提出基于MPI+OpenMP混合编程模式的并行方法.在相同计算规模下对MPI和OpenMP并行技术的优缺点进行分析.在计算机集群环境下对MPI+OpenMP混合编程模式和纯MPI并行方法的并行效率进行对比和分析.结果证明:基于MPI+OpenMP混合编程模式可以有效地扩大二元合金三维相场模型的计算规模;在多核集群环境下,相对于纯MPI并行方法,MPI+OpenMP混合编程可以更加有效地利用多核集群的多层次结构,取得更高的加速比和计算效率.     

基于自适应有限元法的纯物质三维枝晶生长模拟

基于高性能计算特性的自适应有限元方法,较大尺度地求解三维相场模型,定量模拟纯物质三维枝晶的凝固过程,研究过冷度、各向异性系数等相场参数对三维枝晶的影响.结果表明:过冷度和各向异性系数越大,三维枝晶生长速度越大,侧向分枝越发达,二次枝晶间距越小,并得到与结晶理论相一致的枝晶生长规律.此外,在CPU耗费时间上自适应有限元方法比均匀网格方法降低一个数量级,并且当系统尺寸越大时越能体现出自适应有限元方法的优越性,为大尺度多场耦合相场模型的模拟提供便利.     

高过载下固体火箭发动机长尾喷管两相流场数值模拟

采用欧拉-拉格朗日两相流模型对不同过载及颗粒直径条件下的喷管内流场进行了数值模拟。分析了过载的加入和颗粒直径变化对喷管内流场的压强、温度、速度的影响。从结果分析得到:不同过载以及颗粒直径变化对喷管内部燃气压强、温度、速度的影响比较大,特别是对温度的影响尤为明显。在纯气相条件下时,燃气温度在喷管长尾段后部有明显的下降,但随着颗粒相的加入,在喉部附近以及扩张段中,两相流情况下的燃气温度高于纯气相情况下的燃气温度。     

高炉三维气固湍流和煤粉燃烧过程数值模拟

基于欧拉气相方程组、欧拉颗粒连续方程和动量方程以及拉氏颗粒能量和质量变化方程,建立并发展了高炉风口回旋区湍流气固两相流动和煤粉燃烧的三维数学模型.用所建模型分别对冷态模型内气固两相流动和某企业750 m3高炉风口回旋区内的气固两相三维流动与煤粉燃烧进行了数值模拟.采用三维激光相位多普勒分析仪(PDA)对冷态模型内气固两相流场进行了测量,实验结果与冷态两相流动的模拟结果基本一致.热态模拟结果给出了气相温度和组分浓度分布,模拟结果与实验测量结果较吻合,揭示了风口回旋区内气固两相流动和煤粉燃烧的基本性质和特点.     

微晶玻璃晶相生长过程的Monte Carlo模拟

在Monte Carlo随机实验方法的基础上，运用基本Metropolis抽样算法动态模拟了微晶玻璃中晶相的生长过程，建立了粒子扩散运移、聚集结晶和脱my_个随机过程的模拟规则及其概率对结晶过程的影响。与以往晶体生长的DLA模拟所不同的是，体系中所有粒子的演化过程是同时进行的，且考虑了体系中微粒间的相互作用势，以它作为结晶和脱附事件发生的概率控制条件，从而得到了与微晶玻璃中实际晶相结构非常近似的模拟结果。     

气固两相圆湍射流流动的大涡模拟

针对气固圆湍射流流动采用基于双向耦合的大涡模拟方法进行了模拟,研究了直径为105μm的颗粒的存在对圆湍射流的影响。单相流动的预报结果在射流形态以及时均速度和湍流强度等统计结果方面均与实验结果符合良好。两相流动的时均速度和湍流强度等统计结果与实验结果符合较好,与单相流动的模拟结果相比,105μm的颗粒加入流场后,由于其较快的响应特征起到了阻尼作用,从而降低了气相场的湍流强度。     

基于自适应有限元枝晶自由生长相场模型模拟

利用相场模型模拟了过冷熔体中单个完整等轴枝晶在凝固过程中的生长和形貌演化,采用自适应有限元方法求解相场模型的控制方程,研究了在计算域较大、界面层厚度较薄的情况下各向异性和过冷度等物理参数对枝晶形状和生长的影响.结果表明:过冷度越大,枝晶间竞争越激烈,生长速度越慢;各向异性系数越大,枝晶沿选定方向生长的趋势越强,生长速度越快,二次枝晶间距越小,侧向分枝越发达. 与有限差分方法(FDM)相比,采用自适应有限元法(AFM)在CPU计算时间和存储空间均降低了一个数量级,并且系统尺寸越大,自适应有限元法优势越明显,便于更大尺度多场耦合相场模型的数值模拟.通过比较均匀网格法和以往的晶体生长数值模拟实验,证明了自适应有限元法的准确性、高效性和鲁棒性.     

建筑火灾烟流温度的场-网复合模拟

构建了场模型与网络模型之间的连接平台,将场、网单独模拟的结果相互作为彼此交界面的边界条件,实现了场-网复合模拟．在同样的条件下,对一实体建筑分别采用场-网复合模拟和单一网络模拟的方法,得出了各自的模拟结果．将两种模拟结果与实验数据对比并分析了误差产生的原因．当火源设置为50k木材时,着火室场-网复合模拟温度计算值与实验值的平均误差为7％,而单一网络模拟的平均误差为11％．其他节点也获得了类似的结论．从而证实了场-网复合模拟更接近于实验结果,其计算准确性高于单一的网络模拟．