膏体推进剂变截面管道流动的数值仿真

应用Ostwald幂律本构关系.分析了膏体推进剂在收缩管道内的稳态流动特性,获得了管内的流速、压力的分布.以收缩角θ(半锥角)为对象.研究了收缩角对流场的影响,得到了单位长度管道压力差与收缩角的关系.根据仿真结果发现,收缩角对压力分布影响较大,在管道渐变处,收缩角越大,压力分布越复杂.而收缩角对流场速度分布影响不大.收缩角对输送能量损耗影响很小,在设计膏体推进剂输送功率时可以忽略这一参数,将收缩过渡段当成细管道计算,处理是安全的.为了避免膏体推进剂流动时产生"死区",应该采用小收缩角管道.     

基于ANSYS的ECT阵列电极三维优化设计

本文通过电磁场有限元软件ANSYS 分析,构建电容层析成像(ECT)系统敏感阵列电极三维模型.基于敏感场分布的均匀性、敏感阵列电极的灵敏度及被测电容变化范围等优化指标,进行空间敏感场阵列电极设计.实验表明,优化设计的敏感阵列电极可获得比较均匀的敏感场分布及检测灵敏度.     

双螺杆挤出机模具过渡和稳流段流场的数值模拟

采用Carreau模型描述熔体的黏度特征,使用POLYFLOW软件数值模拟了异向旋转双螺杆挤出机模具过渡和稳流段的三维等温流场。在不同的工艺参数下,分析比较了模具过渡和稳流段内的速度场、压强场、剪切速率场、剪切应力场以及黏度场。结果表明在模具过渡和稳流段内,螺杆的旋转是该聚合物熔体流变性能的最大影响因素,螺杆头对高黏度熔体的影响范围不大,只限于螺杆头的周围；进入稳流段后,在稳流段作用下熔体的流动逐渐变得稳定均匀；在本文讨论的转速和流量范围内,转速和流量的增加,分别会在不同的区域使熔体受到的剪切速率和剪切应力明显地增大。研究结果为某企业设计双螺杆模具和优化工艺条件提供理论依据。     

双螺杆挤出机流场数值模拟中流道进出口边界条件的探讨

在对双螺杆挤出机流场的数值模拟中,流道进出口边界条件的设置一直是一个颇具争议的问题。由于事先无法获得计算域进出口平面上的真实边界条件,研究人员在进行双螺杆挤出机的流场分析时,大都采用放松边界条件。为了考察放松边界条件对双螺杆挤出机流场数值模拟结果的影响,本文采用聚合物流动分析软件POLYFLOW,在流量恒定的前提下对双螺杆挤出机流道进出口给定三种不同分布形式的速度边界条件,对其流场进行了数值模拟。数值计算结果表明,在体积流量恒定的条件下,流道进出口不同分布形式的速度边界条件对流场的影响主要集中在进出口附近区域,但对离进出口边界较远的流场影响很小。一般而言,当计算域所对应的螺杆较长时,可以忽略流道进出口的放松边界条件所引起的误差;当计算域较短时,不宜直接采用放松边界条件,而应根据螺杆的实际构型．在计算域的进出口增加适当长度的发展段。     

白光纹影的流场检测及信息处理

介绍白光纹影流场检测系统的组成,测量原理和计算分析,并以酒精灯火焰和电吹风作为测试段的扰动场得到实验结果。纹影法的原理是用刀口在焦点处去切割光源像,把光线受流场的扰动转变为记录平面上的光强分布,从而对流场进行显示和测量。     

相控阵超声检测DDF优化方法的研究

针对超声相控阵线性阵列在动态深度聚焦(DDF)扫查过程中,发射声场影响深度方向上检测灵敏度的问题,提出一种利用阵列探头相控延时原理形成多焦点聚焦声场的方法,改变发射声场声束轴线方向上的声压分布,改善DDF扫查中深度方向上检测灵敏度的均匀性,实现DDF检测的优化。介绍动态深度聚焦的原理和应用,分析改善深度方向上检测灵敏度均匀性的必要性;阐述多焦点聚焦发射声场的方法;利用声学理论和Matlab工具对线性阵列聚焦声场进行仿真,说明该方法对发射声场声束轴线声压分布均匀性的改善,通过DDF扫查实验验证该方法能够有效地改善深度方向上检测灵敏度的均匀性。     

分形模型的3D打印路径规划

为了在保证边缘细节的精度条件下最大限度地提高打印效率,提出了分形模型的3D打印路径规划算法.将分形模型分为3个打印区域:轮廓层,过渡层及内层.针对3个不同的区域采取不同的填充措施.文中算法主要分为以下4个步骤:(1)为了保证边缘细节的精度,利用轮廓平行算法的高保真性填充分形模型的轮廓层.将不同等距线进行特征点检测并设置相应的阈值来优化轮廓层层厚;(2)以过渡层的面积与过渡层内外边界是否相交为条件约束建立优化问题确定过渡层的最优层厚,并确定一条光顺的三次B样条曲线作为过渡层内边界(即内层边界);(3)针对过渡层和内层进行全局连续Fermat螺线填充,并提出Fermat螺线局部优化的算法;(4)将3个区域内部的填充曲线连接进行全局路径优化.实验结果表明,相比于传统的路径规划算法与连续Fermat螺线算法,文中算法具有更高的效率及更好的打印效果,并且适用于具有复杂边界及多连通区域的几何模型.     

基于Fluent的微型直接甲醇燃料电池阳极流场结构分析

微型直接甲醇燃料电池中阳极流场结构对电池的性能有着重要的影响。为了合理设计阳极流场结构,改善甲醇燃料在阳极流场中的分布,采用计算流体动力学(CFD)软件Fluent对微型直接甲醇燃料电池进行建模并仿真分析。分析比较了点型、平行和蛇形3种不同流场图案下得到的压降与流速分布,得出蛇形流场能够更有利于甲醇燃料的均匀分配。在此基础上分别建立不同流道宽度(800,400,200,100μm)的蛇形流场模型,通过仿真计算甲醇燃料的分布情况来分析其对燃料电池性能的影响,并结合实验结果进行对比得出流道宽度为200～400μm之间为优化值。     

对流-扩散传质对微电铸镀层均匀性的影响

利用有限元分析软件FLUENT对MEMS微电铸镀层均匀性进行了分析.对当物质传输成为金属沉积的控制步骤时,进行对流-扩散传质过程数值模拟,研究不同深宽比微结构中对流-扩散对传质的影响.模拟结果表明:当对流-扩散传质成为控制步骤时,渗透流影响镀层基本形貌,回流会引起镀层形貌的微小起伏.     

带微型涡轮的旋转盘腔内流场的数值仿真研究

对带有反预旋喷嘴的旋转涡轮盘腔内部流动特性进行数值仿真研究.采用Gambit2.10软件创建计算模型,采用Fluent6.1软件计算求解3个转速下(50rpm、800rpm、1300rpm)旋转盘腔内部流场的分布规律.压力速度耦合方法采用SIMPLE算法,各参数的离散采用二阶迎风格式.数值仿真结果表明:在低转速(50rpm)下,主要由进气惯性力控制流场内部结构;在过渡转速(800rpm)下,进气惯性力和旋转效应共同控制流场内部结构;在高转速(1300rpm)下,主要由旋转效应控制流场内部结构.同时得到流场内部切向速度的分布规律.     

微流控芯片中电渗流的数值模拟与仿真研究

从电渗流形成的基本理论入手,推导了电场和流场双物理场耦合的控制方程.运用多物理场数值计算分析软件建立了长为1000μm,宽为100μm的二维流道,在微流道中间250~750μm的区域施加了直流电压,并在数值模拟中还原了微流道内壁和微流体的物理属性,计算得出了各段流体的速度场,进而得出了各段流体的流型.通过二维流道压力分布分析了微流道中各段产生不同流型的原因.对微流控芯片中的电动流动的功能原理分析及优化设计具有借鉴意义.     

短叶片长度对固液离心泵内流场影响的模拟研究

为了研究短叶片长度对长短叶片离心泵叶轮内固液两相流场的影响,应用CFD软件对5种不同短叶片长度的离心泵中的固液两相流场进行数值模拟,分析并对比5种离心泵中压力及固相体积浓度变化规律.结果显示:5种离心泵中的压力沿着半径增大方向呈增大趋势;且相同半径处,工作面压力总是大于吸力面;在一定程度上减小短叶片长度,压力分布更均匀,颗粒浓度的变化曲线更平缓,同时叶轮中固相颗粒的高浓度区域大大减小,从而能够减弱各种不稳定因素的影响,保持良好的流动状态,提高离心泵的水力性能和抗磨损性能.所得结论为离心泵的改良和设计提供非常有价值的理论基础.     

Slip flow in non-circular microchannels

Microscale fluid dynamics has received intensive interest due to the emergence of Micro-Electro-Mechanical Systems (MEMS) technology. When the mean free path of the gas is comparable to the channel’s characteristic dimension, the continuum assumption is no longer valid and a velocity slip may occur at the duct walls. Non-circular cross sections are common channel shapes that can be produced by microfabrication. The non-circular microchannels have extensive practical applications in MEMS. Slip flow in non-circular microchannels has been examined and a simple model is proposed to predict the friction factor and Reynolds product fRe for slip flow in most non-circular microchannels. Through the selection of a characteristic length scale, the square root of cross-sectional area, the effect of duct shape has been minimized. The developed model has an accuracy of 10% for most common duct shapes. The developed model may be used to predict mass flow rate and pressure distribution of slip flow in non-circular microchannels.     

Optimal cross-sectional area distribution of a high-speed train nose to minimize the tunnel micro-pressure wave

Optimization of the cross-sectional area distribution of a high-speed train nose is conducted for various nose lengths in order to minimize the micro-pressure wave intensity at a tunnel exit. To this end, an inviscid compressible flow solver is adopted with an axi-symmetric patched grid system. To improve the shape of the train nose, multi-step design optimization is performed using the Broyden–Fletcher–Goldfarb–Shanno (BFGS) algorithm with a response surface model. The optimization reveals that the optimal nose shapes differ for different nose lengths. For a short nose, the shape has an extremely blunt front end, and the cross-sectional area decreases in the middle section. As the nose length increases, the nose shape flattens around the middle section. These optimal shapes divide one large compression wave into two small waves by causing a strong expansion effect between the front and rear ends. As a result, through the nose shape optimization, the intensity of the micro-pressure wave is reduced by 18–27% compared to a parabolic nose, which has a minimum variation of the cross-sectional area change. The optimized distribution of the cross-sectional area can be used as a guideline for the design of three-dimensional nose shapes of high-speed trains, further improving their aerodynamic performance.     

飞行器翼型表面流场数据智能分区

飞行器翼型CFD仿真结果后处理分析自动化程度的提升能有效地提升产品设计效率,因此提出了一种翼型表面流场数据智能化分区方法,可有效得到翼型表面流场分区结果。首先,通过参数化批量修改气动外形得到翼型数据集,再利用数值模拟生成流场计算结果;然后,基于共形几何对流场数据进行降维并进行重采样和矩阵化,将其作为预测模型的标准输入;随后,构建卷积神经网络模型对流场数据进行训练和预测;最后,通过逆映射将分区结果重采样到翼型表面。实验表明,该方法可针对不同的物理量高效地对翼型表面流场数据进行分区,在测试数据集上的准确率在92%以上。     

翼片式空气流量传感器翼片形状的研究

针对目前翼片式空气流量传感器在工作过程中存在压力损失较大的缺点,通过对汽车进气管道内气流状况的分析,明确造成压力损失较大的主要原因是翼片面积过大。将翼片面积缩小为原定面积的20%后,分别对等翼片面积时圆形翼片、扇形翼片、弓形翼片、部分圆环翼片等4种不同形状下的对应转动力矩进行了计算。对比得出采用弓形翼片在相同压力损失下可获得最大转动力矩,此力矩能够满足怠速时流量的测量,为新型翼片式空气流量传感器翼片的设计提供了重要的依据。     

Deformation by examples: a density flow approach

In this article, a shape transformation technique is introduced for deforming objects based on a given deformation example. The example consists of two reference shapes representing two different states of an object. The reference shapes are assumed to morph from one state to the other. The evolution between the two reference shapes determines the shape transformation function. Any given objects can then be deformed by the same transformation. A continuous 4D Radial Basis Function is used to construct a density flow field (an extension of the optical flow in computer vision) representing the shape transformation of the example in 3‐space. Objects embedded in the density flow field are deformed by moving vertices of the objects along the density flow vectors. Additional parameters are introduced to control the process of the deformation. This provides explicit control on the shape of the object obtained in the deformation process. Copyright © 2007 John Wiley & Sons, Ltd.     

基于高速摄影传感器的气液两相流型分层模糊识别

气液两相流流型的客观和智能识别对两相流其它参数测量具有重要意义。用高速摄像机作为检测传感器,获取内径为50 mm 的绝热垂直管段内气液两相流流型图像,提取流型灰度图像的均值、标准差及二值图像的最大物体面积、宽度和高度五个特征向量,采用分层模糊推理方法实现泡状流、块状流、塞状流和乳沫状流的流型识别。对于131幅实验图像,该方法的识别正确率平均达到93.13%。     

基于FLUENT的新型GPF结构设计与参数优化

为降低GPF流动阻力,设计一种由圆筒状泡沫金属相互嵌套和环形导流式封堵组成的新型CN DCP（Cylinder Nested and Diversion Channel Plug type）GPF,并分析结构参数对其压降和流场特性的影响.在CN DCP GPF外径和滤芯长度一定的条件下,滤芯圆筒嵌套层数越多,压力损失也越小;嵌套层数较多时,嵌套层数的增加对压力损失的降低程度不再明显;导流封堵截面形状为半圆形或等边三角形时产生的压力损失更小,同时半圆形截面导流封堵对滤芯内部流场均匀性指数的提高程度更大.