超声波刮治机所引发气溶胶的时空分布特性

对牙周科诊疗过程中使用超声波刮治机所引发的气溶胶（粒径为0.3~10.0 μm）浓度和数量随时空的分布特性进行了现场测试. 在3个不同高度处，即患者呼吸区（0.8 m高）、医护人员呼吸区（1.1 m高）和过渡区（0.9 m高）以及距患者口腔水平距离0.8 m范围内设置采样点. 在诊疗期间使用强吸设备（内径为6 mm）的情况下，环绕患者口腔水平距离0.8 m范围内的气溶胶质量浓度（以下简称浓度）均值大约为300 μg/m3，明显高于室内空气质量标准中所规定的限值. 沿高度方向，医护人员呼吸区高度受喷溅气溶胶影响较小. 沿水平方向，气溶胶浓度沿不同方位的分布特性近似，并且随距离的增加衰减不明显. 与喷砂洁牙机相比，超声波刮治机所引发的气溶胶粒径以小于1 μm为主并且气溶胶动量较小，这表明不同诊疗设备可能造成完全不同的气溶胶污染风险. 因此，牙周科诊室呼吸道传染病交叉感染风险较高，现有防控措施（如强吸设备）不能有效限制气溶胶喷溅，仍需研发新型防控技术和装备.     

会议室内飞沫气溶胶分布特征的数值模拟

目的分析会议室内不同气流组织对人持续说话产生的飞沫气溶胶运动轨迹的影响,模拟飞沫气溶胶在会议室内的分布特征,确定最佳的气流组织方式.方法采用CFD数值模拟方法,选择RNG k-ε湍流模型计算空调房间的温度场和速度场,分析飞沫气溶胶颗粒的受力情况,采用拉格朗日法建立飞沫气溶胶颗粒运动的数学模型,模拟空调房间会议室内同侧上送上回、同侧上送下回、对侧上送下回3种混合通风和置换通风对飞沫气溶胶的运动轨迹.结果飞沫气溶胶运动轨迹显示飞沫气溶胶在置换通风停留时间和运动距离最短.3种混合通风气流组织相比,同侧上送上回的气流组织中飞沫气溶胶运动时间112 s和运动路程11.1 m最短,同侧上送下回次之,对侧上送下回最长.结论 3种混合通风中,同侧上送上回更容易避免飞沫气溶胶在室内传播,是最佳的混合通风气流组织方式.置换通风相比于混合通风更易减小人员之间受感染的可能性,是最佳的气流组织方式.     

高速列车客室内呼吸道飞沫传输规律的数值模拟研究

基于欧拉-拉格朗日模型,建立高速列车客室流场与呼吸道飞沫耦合运动、扩散的数值模拟方法,研究飞沫初始释放位置、粒径以及速度对飞沫传输规律的影响。研究结果表明：在送风系统、客室内部结构以及乘客热羽流的共同作用下,各位置释放的同一粒径的飞沫蒸发速率差异较小;所考虑的散送-散回送风系统具有较好的对称性,超过95%的飞沫聚集在飞沫释放侧,只有极少量飞沫流动到中间过道以及非释放侧空间中;大粒径(大于100μm)飞沫由于重力作用,在6 s内快速沉降到客室表面,且主要集中在释放者周围1 m范围内,而小粒径(10μm)飞沫则在短时间快速蒸发并跟随客室气流一起运动,因此,小粒径飞沫比大粒径飞沫扩散范围更广;与说话产生的飞沫扩散范围(纵向、横向、垂向的最大移动距离分别为0.89、0.76和1.21 m)相比,在喷嚏的强射流作用下,呼吸道飞沫的最大扩散范围明显提高(最大移动距离分别增加4.87、2.59和1.09倍)。     

新型冠状病毒在家庭环境中的主要传播途径

 通过构建数学模型,定量研究了1个3人家庭环境中飞沫传播、接触传播和气溶胶传播在COVID-19传播中的作用。研究表明,飞沫传播和接触传播在COVID-19传播中起着最重要的作用。和患者交流时保持1.5~2 m的空间距离对控制飞沫传播至关重要,洗手和保护环境表面清洁是控制接触传播的最有效手段。虽然通过气溶胶途径传播风险相对较小,但当患者呼出飞沫中病原体浓度较高时（患者可能为超级感染者）,在家庭环境中24 h暴露下,气溶胶传播风险依然可以高达26%。     

公交车内飞沫运移的数值模拟

基于计算流体力学数值模拟方法,研究了送风风速0.25~2m/s及乘客位于车厢前、中、后部时咳嗽产生飞沫的蒸发、沉降和扩散运动.结果表明:飞沫喷出后迅速蒸发;当车厢进风速度小时,大粒径飞沫迅速沉降,小粒径飞沫在空间停留时间长,影响范围大;当进风速度大时,大粒径飞沫在空间停留时间变长,传播更远,小飞沫停留时间变短;综合考虑,本模型条件下推荐车厢进风速度为1m/s.患者位于车厢前部时,飞沫主要沉降在车壁,其次为地面;患者位于车中部和后部时,飞沫主要沉降在人及座位上,其次为地面;相较于前部和中部,患者在车厢后部咳嗽时飞沫影响范围大.本研究可为公交车内通风和消杀提供指导.     

不同风速下风力机叶片的振动特性研究

针对风力机叶片在正常工况下运行时受到周期性的气动力导致叶片发生振动,降低叶片使用寿命的情况,研究了风力机叶片在不同风速下的振动特性。选取不同风速条件下的5种工况 (风速范围为15~40 m/s),选用CFD方法对NREL PHASE VI叶片进行模拟计算,获取不同风速下的振型和振动位移曲线。结果表明：叶片的主要振型是挥舞和摆振,高阶叶片振型存在着弯曲和扭转组合的复杂变形;来流速度从15 m/s增大到40 m/s时,叶片吸力面的压力分布不均匀性不断提高,来流速度为40 m/s时最大压力差值约达到3 000 Pa;来流速度为15 m/s时振幅最小为0.525 4 mm,来流速度为40 m/s时振幅最大,为3.628 2 mm,约是最小振幅的6.9倍;5种工况的振动曲线均呈现衰减趋势,叶片趋于稳定振动;当来流风速越大时,由来流风所产生的气动力对叶片的作用力越大,叶片的振幅呈现增大的趋势。研究结果可为风力机设计提供参考。     

原油与柴油泄露影响海洋飞沫气溶胶中重金属与多环芳烃分布的实验室模拟研究

海洋泄漏原油中的重金属和多环芳烃等污染物会因为破碎波进入到海洋飞沫气溶胶中,造成更大范围的环境生态风险,而目前其具体机制和影响因素尚未充分探究。本研究以从长庆油田、新疆油田和渤海油田采集的原油以及中国石化的成品油为研究对象,设计了一套模拟产生海洋飞沫气溶胶的实验室装置,模拟了海洋表面浪花裹挟原油后再释放到大气的过程,并进行海洋飞沫气溶胶的粒径分布、多环芳烃和重金属的浓度及富集因子(EF)分析。研究发现,轻质油中的部分低分子量多环芳烃更易于从覆油海面迁移到海洋飞沫气溶胶中并发生富集(EF≥10);尽管油品本底值中的重金属浓度很低,但无论是柴油泄漏还是原油泄漏,重金属均会富集到在海洋飞沫气溶胶中,且浓度水平与多环芳烃相差较小,在300～1 800μg/m³;油膜厚度对海洋飞沫气溶胶中的重金属有十分显著的影响,随着油膜厚度的降低,海洋飞沫气溶胶中的重金属呈现“减少-增多-减少”的变化趋势。     

水平和下旋气流对初始气溶胶运动的影响

该文考虑液滴的碰撞和破碎以及水平和下旋气流的影响,采用离散相模型对空中释放的气溶胶云团在开放空间中的气液两相流流场进行仿真,获得气溶胶颗粒群的运动规律,并进行了实验验证。由仿真模拟和实验可知,在水平和下旋气流速度均较小(小于1 m/s)、喷射角度大于30°、初始粒径为100μm、喷射速度约为80 m/s时,释放形成的气溶胶颗粒在短时间内可沉降至地面附近;当水平气流速度增大至3 m/s时,同样条件下释放的气溶胶颗粒更容易在空气中悬浮,不易沉降至地面。在上述两种情况下,喷射角度和下旋气流速度越大,气溶胶颗粒越容易沉降至地面附近。     

气溶胶在通风柜中沉积率和逸出率的实验研究

为研究粒径、开方面风速和热源温度对气溶胶在通风柜内沉积率和逸出率的影响,本文以粒径为1μm、2.5μm、5μm和8μm的气溶胶为实验材料,通风柜开放面风速分别取0.5 m/s和1 m/s,热源温度分别为300 K、523 K和753 K,进行实验研究.实验结果表明,气溶胶在通风柜内的沉积率和逸出率与粒径、开放面风速以及热源温度有关,其中:1)在1μm~8μm内,随着气溶胶粒子粒径的增大,气溶胶粒子在通风柜中的沉积率升高,逸出率降低;2)当开放面风速由0.5 m/s增加到1 m/s时,气溶胶粒子的沉积率和逸出率均降低;3)在300 K~753 K内,随着热源温度的升高,气溶胶粒子的沉积率降低,而气溶胶的逸出率随之升高.     

电磁制动对CSP结晶器内流动和传热的影响

采用数值模拟方法,通过计算1 500 mm×90 mm CSP漏斗型结晶器内磁场、流场和温度场分布,研究了CSP漏斗型结晶器采用不同浸入式水口条件下电磁制动对钢液流动和传热行为的影响.研究结果表明,施加电磁制动后,采用牛鼻子水口的结晶器内流股冲击深度变小,自由液面最大速度从0.231 m/s降至0.067 m/s;采用双侧孔水口的结晶器内钢液主流股向上弯曲的趋势消失,流股对结晶器窄侧壁的冲击强度减弱,结晶器上部回流钢液速度减小,自由液面最大速度从0.798 m/s降到0.140 m/s.综合比较采用两种水口时电磁制动对钢液流动和传热行为的影响,采用双侧孔水口时制动效果较好,有利于提高铸坯质量.     

燃煤电厂脱硫废水在烟道中的蒸发及流动特性数值模拟

利用燃煤电厂尾部烟道的烟气余热来实现脱硫废水的喷雾蒸发是实现其零排放的有效途径,以国内某燃煤电厂330 MW火力机组的烟道为研究对象,利用DPM模型对雾化液滴群在高温烟道内的蒸发及流动特性进行了研究,考察了不同雾化嘴角情况下液滴碰壁情况、不同负荷下液滴的蒸发情况,研究结果表明：在50%、75%、100%烟气负荷工况下,烟气温度越高、烟气速度越快,雾化液滴群完全蒸发所需时间越少,液滴最大蒸发时间在2.85~3.36 s之间。在单烟道结构的最佳喷嘴雾化锥角为65°情况下,越靠近烟道内侧,涡的尺寸越大,越有利于促进喷嘴区的局部液滴群不断向其他区域扩散。     

脉冲激光填丝焊接薄板熔池流动行为分析

本文使用VOF方法对熔池自由表面进行追踪,将焊丝简化为熔滴,建立了脉冲激光填丝焊接薄板三维数值模型,揭示了脉冲激光填丝焊接0.5 mm厚Hastelloy C-276薄板熔池流动行为,通过焊缝余高尺寸及熔合线形貌验证了模型的可靠性.结果表明,熔滴作用前,熔池上表面区域主要存在由表面张力导致的熔池边缘向熔池中心的流动,最大速度出现在熔池中部且指向熔池下表面,达到了m/s量级;在熔池下表面区域的流动形式是表面张力及熔池中心流动共同作用的结果,在下部形成两个方向相同的涡流;焊丝的熔入对熔池流场有显著的影响,熔滴对熔池的冲击作用改变了熔池原有的对流方向,使表面张力主导的熔池对流特征消失;熔滴熔入过程中熔池最大速度出现在熔滴熔入位置,约为1.74 m/s.在熔滴冲击与熔池表面张力联合作用下,熔池表现出振荡特性,随后熔池内流动再次回到由表面张力驱动的对流形式.激光脉冲结束后,熔池下部固液界面继续向母材区域扩展约3-4 ms,这种现象与激光的脉冲作用、熔池内的流动及Hastelloy C-276的物性参数有关.     

石油磺酸盐对玻璃纤维聚结脱水性能的影响

目前,关于纤维表面水滴聚结与脱落过程的研究多为定性分析,缺乏相关实验数据,并且各种因素对纤维聚结脱水效果的影响并不清晰。针对以上问题,搭建了一套可视化微流道实验系统;在航空煤油-水体系中加入表面活性剂石油磺酸盐,制备了两种不同界面张力的乳状液;利用建立的实验系统观测在不同界面张力下纤维表面水滴的聚结与脱落过程,并讨论了影响水滴聚结与脱落的主要因素。结果表明：在18 mN/m的界面张力下,最大水滴粒径在前3 min增长较快,在3 min后增长较为缓慢;在8 mN/m的界面张力下,在前6 min最大水滴粒径的增长趋势较为平缓,6 min后最大水滴粒径几乎不再增长,并且在聚结初始阶段水滴呈单侧分布;水滴单位面积的表面活性剂分子数存在饱和值,当达到饱和值时,水滴被表面活性剂分子完全包围,很难与其他水滴发生聚结行为;在18 mN/m的界面张力下,流场流速是引起水滴断裂脱落的主要原因;在8 mN/m的界面张力下,水滴的断裂脱落不仅受流场流速的影响,而且还与表面活性剂的含量有关。     

石油磺酸盐对玻璃纤维聚结脱水性能的影响

目前,关于纤维表面水滴聚结与脱落过程的研究多为定性分析,缺乏相关实验数据,并且各种因素对纤维聚结脱水效果的影响并不清晰。针对以上问题,搭建了一套可视化微流道实验系统;在航空煤油-水体系中加入表面活性剂石油磺酸盐,制备了两种不同界面张力的乳状液;利用建立的实验系统观测在不同界面张力下纤维表面水滴的聚结与脱落过程,并讨论了影响水滴聚结与脱落的主要因素。结果表明：在18 mN/m的界面张力下,最大水滴粒径在前3 min增长较快,在3 min后增长较为缓慢;在8 mN/m的界面张力下,在前6 min最大水滴粒径的增长趋势较为平缓,6 min后最大水滴粒径几乎不再增长,并且在聚结初始阶段水滴呈单侧分布;水滴单位面积的表面活性剂分子数存在饱和值,当达到饱和值时,水滴被表面活性剂分子完全包围,很难与其他水滴发生聚结行为;在18 mN/m的界面张力下,流场流速是引起水滴断裂脱落的主要原因;在8 mN/m的界面张力下,水滴的断裂脱落不仅受流场流速的影响,而且还与表面活性剂的含量有关。     

航空发动机吸雨试验中进气道内水滴粒径变化

摘 要: 为了研究航空发动机吞水试验中,进气道内水滴粒径的变化,通过DPM模型数值仿真的方法,研究了吸雨模拟试验中发动机不同状态下进气道内水滴粒径的变化。计算结果展示了水滴进入进气道后粒径变化和液滴分布,结果表明：发动机不同状态下,不同初始粒径的水滴进入进气道后,液滴的平均体积直径和索太尔平均直径均急剧减小并维持在恒定值;发动机最大状态下,喷水装置以50°锥角喷射,水滴会随气流向进气道中心轴收敛,不同喷嘴喷出的水滴之间存在干涉;慢车状态下,进气道内水滴分布更加广泛,液滴直径值大于最大状态时,靠近进气道边缘的喷嘴会有一部分水滴打在唇口上,并飞溅至进气道外。     

梯度表面能材料及液滴运动特性实验

采用十二烷基三氯硅烷(C12H25Cl3Si)和辛基三氯硅烷(C8H17Cl3Si),通过化学气相沉积的方法(CVD),在硅基板上制取了具有梯度表面能的材料表面.通过躺滴法,测量了梯度表面能材料水平表面上的微量液滴接触角的分布,并以此表征材料表面能的分布.实验表明:水平放置的梯度表面能材料表面可驱使其上面的直径为1～3 mm的液滴从憎水侧向亲水侧迁移,单个液滴的运动速度最大可达0.9 m/s.在实验观察的基础上,探讨了液滴在具有梯度表面能材料表面运动的机理.     

单液滴撞击水平冷板面的模拟研究

针对喷雾冷冻干燥中液滴在设备壁面的冷冻沉积问题,在前期单液滴撞击水平放置冷板面的实验基础上,建立了单液滴与冷板面撞击的模型,利用水平集方法与固化模型相结合,模拟了蒸馏水液滴(直径为3.2,mm,温度为293,K)分别从100、250、500,mm高度撞击不锈钢板面(温度为268,K和253,K)的过程.模拟的最大铺展直径同实验对比,误差小于10%,证明该模型可适用于低黏度、低密度的单液滴撞击水平冷板面的情况.     

三维S型进气道沿程结冰参数分析方法研究

提出了一种三维进气道沿程结冰参数分析方法。采用欧拉—拉格朗日法计算气液两相流场,得到进气道结冰表面的水滴撞击特性以及水滴运动轨迹。利用用户自定义函数(UDF)对FLUENT进行二次开发,编写了三维进气道结冰参数数值模拟程序。通过对三维S型进气道的数值计算,得到了唇口及沿程管道的水收集率以及水滴分布情况,分析了水滴的质量浓度分布在进气道沿程中的变化情况,发现管道曲率的变化、横截面半径的变化、水滴的撞击是影响水滴浓度在管道中变化的主要因素。三维进气道沿程结冰参数分析方法可以改善目前直接把大气结冰参数直接用于发动机进口部件结冰数值计算的误差。     

气流场中石蜡颗粒表面的剪切脱水

针对水冷塔石蜡造粒工艺中石蜡颗粒表面脱水,提出用气流剪切脱除颗粒表面残留水的方法,设计了气流剪切脱水的设备结构,并实验验证了该过程脱水的有效性。分析了颗粒表面的脱水过程,由于水滴在石蜡表面不润湿,在表面张力作用下,以球帽型液滴形式存在,在气流的剪切作用下,水滴从石蜡表面脱离。实验结果表明,在3.5m/s气速下,10s的停留时间就能实现石蜡颗粒表面完全脱水,脱水速率与颗粒表面相对气速有关,随操作气速增大,脱水速率加快。剪切脱水过程中的流化空气不需要加热,能耗低。     

压电驱动菱形放大式胶体微喷系统的建模与实验

为实现微电子封装领域各类胶体的精确微量分配,设计了基于菱形放大机构放大压电致动器位移的微喷系统,利用集总参数法建立了该系统的等效电器模型,通过实验验证了模型和仿真结果的可靠性,分析了系统参数对胶滴体积和脱离效果的影响.实验和仿真表明:撞针位移在0.3~0.5 mm时为有利于喷射胶滴的范围内;针对3 Pa·s黏度的胶体,当驱动气压在0.15~0.32 MPa时,喷射体积与驱动气压成正相关趋势;随着黏度的增大,相同条件下可获取的胶滴体积不断减小,需要的驱动力不断增大;对于特定黏度的胶体,在合适气压范围内,调控分配频率可实现对微喷体积的调节.