泡沫铝制备中析液过程的微观－宏观数值研究

通过微元管内流动模型研究液态金属熔体泡沫体内单条Plateau边界内析液过程中的速度场.分析不同牛顿表面粘度,即不同的气液界面运动能力(无量纲参数M)条件下,Plateau边界内速度的分布.结果显示,在相同的气液界面运动能力和曲率半径条件下,泡沫体内固壁处Plateau边界内速度约是内部Plateau边界内速度的6～8倍,从而解释不同容器内泡沫体析液速率的差异现象;发现M存在一个临界值,在此值的两边,液膜厚度与曲率半径的比值对Plateau边界内速度的影响呈现出相反的趋势.进而利用微观计算结果建立了泡沫体的整体宏观析液模型,将模型计算结果和经典析液方程计算结果及实验值作了比较,结果表明,模型计算结果与实验值在泡沫层上部、中部吻合较好,M值和气泡大小对析液过程有显著影响.     

节点在液态铝合金泡沫析液过程中的耗散作用分析

液态金属泡沫是由大量气泡密集堆积在金属熔体中形成,本身处于非平衡态,可以看成是一种软物质.泡沫析液在微观上是液体在气泡间隙内的微流动过程,是影响泡沫稳定的主要因素之一.采用SurfaceEvolver(2.30)软件计算得到不同液体体积分数(含液率)时泡沫节点形状,然后利用CFD软件(FLUENT 6.2)计算了不同气液界面边界条件下节点的内部流场,并分析节点对泡沫析液过程的影响.通过建立节点在析液过程中流动能量耗散模型,计算液态金属铝泡沫析液速率与流量的关系,数值计算结果表明:平均速率u与流量Q的关系接近u∝Q0.5;流量Q与压力差△p之间存在△p∝ logQ的关系.     

渣浆泵内固液两相流动的数值计算与磨损特性分析

为了研究叶片式渣浆泵内部的固液两相流动,以黄河含沙水为工作介质,采用双流体模型对渣浆泵内部颗粒流动进行了数值模拟,根据计算结果,分析研究了固相颗粒的分布与运动规律,揭示了叶轮磨损的主要区域和磨损规律.对固相颗粒在不同浓度下的分布情况进行了数值模拟,分析了初始固相浓度对渣浆泵叶轮和窝壳的磨损影响,模拟结果与试验结论基本相同.     

水平井开采底水油藏氮气泡沫压水脊技术研究

采用油藏数值模拟方法,建立理论数值模拟模型,分别模拟计算了在底水油藏水平井中实施氮气泡沫压水脊过程中,不同注入时刻、注入量、焖井时间和焖井后日排液量对控水增油效果的影响.研究结果表明:(1)在利用水平井开采底水油藏的过程中,实施氮气泡沫压水脊措施,可以延缓底水脊进,起到控水增油的作用;(2)其最佳注入时刻在油片含水率为70%时刻;(3)注入量越大增油效果越好,但存在最佳值;进行一定的焖井时间才可以发挥其最佳控水增油效果;(4)氮气泡沫具有剪切稀释的特性,焖井后日排液量越大,其控水增油效果越差.     

具有内部障碍物及不规则形状边界问题的数值模拟

针对数值模拟对象具有内部障碍物及复杂几何形状的特点,运用原ＣＨＡＭＰＩＯＮ ＳＧＥ程序时,对原程度进行了改造,增加了内部障碍物及不规则开头边界的处理功能,实现了所研究对象速度场及温度场的数值模拟,数值计算结果与模型实验结果的基本吻合,证实了数值计算中所采取的措施的正确性。     

热力泡沫复合驱提高稠油采收率研究

蒸汽驱开采稠油油藏时存在蒸汽超覆和蒸汽窜流,降低了蒸汽的波及效率.国内外采用注蒸汽的同时添加非凝析气体和耐高温起泡剂,进行热力泡沫复合驱,取得了令人满意的效果.利用物理模拟驱替实验和数值模拟技术,研究了热力泡沫复合驱提高稠油采收率的机理及开发效果.实验研究表明:蒸汽驱转热力泡沫复合驱后,驱油效率在蒸汽驱的基础上提高38.5%,达到81.0%.辽河高升油田的数值模拟研究表明:热力泡沫复合驱的采收率高于单一蒸汽驱,泡沫能够封堵蒸汽窜流通道,抑止蒸汽超覆,改善油藏的温度分布,是一种行之有效的三次采油方式.     

连续超高压杀菌系统释压装置内流场的数值模拟与研究

根据实验数据,应用商用CFD软件Fluent对连续超高压杀菌系统释压装置内部流场的压力、速度等参数进行数值模拟研究.结果表明,在微孔道的入口附近,压力骤降并形成较大的压力梯度,速度变化与压力骤变明显对应;压力沿微孔道缓慢释放;在微孔道的出口附近,速度变化主要与流道结构以及固壁影响有关;复杂的固壁边界,引起流动的剧烈变化,增强剪切、撞击等作用,增强了料液的机械力杀菌作用.     

基于分流理论的低渗透油藏CO_2泡沫驱渗流模拟

泡沫驱油体系在多孔介质中的渗流机理十分复杂,为准确认识CO_2泡沫驱油机理,揭示其渗流规律.本研究基于低渗透油藏CO_2泡沫驱渗流特征,考虑启动压力梯度及泡沫中表面活性剂的吸附,根据分流理论和物质平衡原理,将表面活性剂分别溶于水或CO_2,并在不同注入条件下,分别建立低渗透油藏CO_2泡沫驱一维渗流模拟模型.运用图解法进行求解,确定驱替过程中含水饱和度的剖面分布.油藏数值模拟结果验证了所建模型的有效性.对不同泡沫质量、表面活性剂分布情况下的曲线进行分析,结果表明,泡沫中含水率提高,泡沫质量变差,泡沫驱替前缘移动速度先增后减,存在最佳的含水饱和度使得驱替效果最好;泡沫混相驱替前缘移动速度随气相与液相中表面活性剂质量浓度之比的增大而增加,当其趋近于无限大时,驱替效果达到最优.     

CFBC旋风分离器气固两相流

介绍了旋风分离器内部颗粒运动和数值模拟计算模型的理论研究发展历程.对CFBC旋风分离器中气固两相流动进行了数值模拟,从而研究了旋风分离器内部气固两相流动的特征.数值模拟的结果为新型旋风分离器的优化设计、运行和改造提供了参考.     

正交曲线网格生成技术的一点改进

采用Poisson方程进行曲线网格生成时 ,如何确定合适的调节因子P、Q函数是一个重要研究内容 .提出一种新的构成P、Q函数的方法 ,该方法直接利用边界网格节点的分布信息来控制区域内部网格节点的分布 ,生成的正交曲线网格令人满意 .该方法在数值模拟河道、湖泊等一类复杂边界的二维流速场中有很大的实用价值     

采矿工程数值模拟模型左右边界位置的探讨

采用UDEC数值模拟计算,对岩层移动模拟研究中确定不受采动影响巷道数值模拟模型左右边界位置的方法进行了研究.结果表明,当模型边界与巷道中心距离达到了巷道跨度的5倍后,继续加大模型宽度,对巷道顶、底板移近量、两帮移近量以及巷道顶板以上岩层、底板以下岩层和两帮深部岩体的位移和应力影响很小,因此模型的左右边界应取在距离巷道中心5倍巷道跨度以外.若主要研究巷道的破坏状况,则模型边界可以近一些;若研究开采的影响状况,则到边界的距离要远一些.     

毛细管内气-液Taylor流动换热特性数值模拟

采用动网格技术,对恒壁温边界下,竖直上升毛细管(管径为1mm)内充分发展状态的气-液Taylor流动进行数值研究,分析入口雷诺数、气泡体积分数对Taylor流动的换热阻力特性的影响.模拟结果表明,由于Taylor气泡的存在,液柱区域的摩擦阻力因子高于单相流动,模拟结果与经验公式吻合较好.液柱表观努赛尔特数随气泡体积分数的增大而增大,基本不随入口雷诺数的变化而改变.在恒壁温边界下,Taylor气泡及液膜区域对整体传热的贡献较小.液柱区域内循环可以提高加强核心区域与近壁面区域的热量交换,加快换热过程,提高Taylor流动的传热效果.内循环对换热的强化作用随着液柱长度的增大而降低.     

小方坯连铸结晶器电磁搅拌磁场和流场的耦合分析

借助有限元方法,对小方坯结晶器电磁搅拌过程进行了磁场和流场耦合数值分析,得出了不同频率下钢液内部磁感应强度和电磁体积力及搅拌速度的分布规律.结果表明,在结晶器电磁搅拌时,随着频率的增加,钢液内部磁感应强度降低,电磁体积力在钢液内部分布不均匀;在电流频率为3 Hz时,钢液搅拌速度最大.在现场对结晶器电磁搅拌器的磁场强度进行了冷态测试,实验值和模拟值基本相符.     

非结构旋转动态嵌套网格技术及其应用

发展并改进了一套基于非结构网格的旋转动态嵌套网格方法,通过数值求解Navier-Stokes方程对二维/三维带旋转运动边界的非定常问题进行了数值模拟.将计算区域划分成包含旋转运动边界的运动区子域和覆盖其它静止边界的静止区子域,以人工边界和约束线(面)作为约束条件生成整体计算网格,进而根据设置的人工边界完成嵌套网格的建立.对翼型绕流、旋翼/机身干扰流场以及颤振激励系统绕流进行了验证计算,结果与实验值相一致,表明了文中方法能够有效地对带有旋转运动边界的非定常问题进行数值模拟.     

基于正交试验设计的氮气泡沫稳油控水参数优化

在历史拟合的基础上,开展氮气泡沫稳油控水技术正交试验设计和数值模拟研究。根据正交试验设计原理,考虑注气量、注入方式、气液比、焖井时间和焖井后最佳产液量5个参数,以增油量和产出投入比作为评价指标,进行正交试验设计,找出泡沫稳油控水技术注采参数影响因素的主次顺序和最优组合。注气量和气液比对氮气泡沫稳油控水效果的影响最为显著,氮气泡沫稳油控水最优参数组合为:注气量40×104m3,连续注入,气液比为1∶1,焖井时间3d,焖井后最佳产液速度900m3/d。     

电磁铸造实验和数值模拟

通过实验室小型电磁铸造铝及其合金的冷、热态的实验和数值模拟并经工业装置的验证,研究了电磁结晶器内的磁场分布,液体金属柱成型特性.电磁结晶器及屏蔽罩结构的优化,铸造过程中金属液的温度场与流场并进行数值模拟.研究表明:为了稳定进行铸造,液柱的成型特性(液柱高度、形状和稳定性)必须达到一定要求.为了保证电磁铸造时金属液顺利成型,选择适当的功率,确保合适的磁场强度形成一定的推力是必要的.温度场的研究可以看出电磁铸造具有一系列特点,如强烈水冷、电磁搅拌、感应加热,使得电磁铸造中的凝固过程大大不同于普通的直接铸造法的凝固过程.流动场的分析说明,电磁铸造条件下应控制搅拌强度,以便获得良好的铸坯内部组织.     

静液挤压过程中挤压压力的数值模拟研究

研究钨合金静液挤压过程中的挤压压力随挤压参数的变化规律 .采用大变形弹塑性有限元理论 ,用ANSYS 5 5软件对不同挤压参数下钨合金静液挤压过程进行了数值模拟研究 ,得出了挤压压力随模具角度、变形量、摩擦系数这些挤压参数的变化规律 .将数值模拟结果与光刻网格的试样进行挤压后的测试结果进行比较可见有限元法的计算结果和实验结果相符合 ,即数值计算结果是可靠的 .     

锻件内部孔洞闭合的研究

采用MSC.Superform软件对镦粗变形过程中圆柱形锻件内部孔洞的闭合规律进行数值模拟,得出孔洞闭合的临界压下率.采用聚碳酸酯制备内部有孔洞的柱形试样并进行镦粗变形的物理模拟,研究孔洞闭合规律.实验结果与数值模拟结果吻合得较好.     

基于渗流法的泡沫铝细观结构模型研究

泡沫铝能在较低的流动应力下产生较大的塑性变形,是一种优异的缓冲吸能材料.渗流法是目前较成熟的工业化生产开孔泡沫铝的方法之一,基于该方法的工艺流程,采用蒙特卡罗法和重力堆积法建立了泡沫铝的细观结构模型.结合SPH算法在应变率范围为10~10 000s-1内对泡沫铝的压缩行为进行数值模拟,并分析了泡沫铝的变形失效模式.结果表明:基于渗流法的数值模拟方法可以反映泡沫铝的动态压缩过程,并且高应变率下泡沫铝的变形模式与中低应变率相比存在明显的差异.     

基于局部基本解法的声学反问题模拟及Matlab实现

针对柯西声学反问题，即部分边界信息未知的声学问题，本文采用局部基本解法，对基于局部基本解法的声学反问题模拟及Matlab实现进行研究。采用新型半解析无网格配点法，将中心节点处的声压表示成局部支撑域内支撑节点处声压的线性组合，再通过可测边界节点的已知物理量，使内部节点和不可测边界节点的声压值满足控制方程，建立一个大型稀疏线性方程，获得不可测边界的声压值。同时，给出局部基本解法的计算模型及其数值离散格式，并以Matlab为软件平台，设计了声学反问题仿真计算程序，开发了图形用户界面(graphics user interface, GUI)。仿真结果表明，该方法计算精度高，数值稳定，对含有噪声的边界数据可得到较好的反演结果。该研究为声学反问题的数值模拟提供了一种新的思路。