MIG焊接V型熔池特性的数理模型建立

通过对MIG坡口焊接工艺过程的分析将三维焊接物理过程简化为二维数理模型,建立移动高斯热源模型用于描述电弧与工件的热作用,建立熔池内的CFD模型用以描述熔池内熔化/凝固过程的流动传热传质现象,对典型V型坡口焊接过程进行实验和数值模拟研究,通过与实验得到的工件截面金相图对比分析验证了数理模型的准确性,最后对数理模型中高斯热源参数及熔池流动的驱动力机理模型进行了进一步讨论。结果表明通过合理的模型参数选择二维数理模型可以准确地分析MIG坡口焊过程熔池的演变过程。     

基于CPFD的V型选粉机内气固两相流的数值模拟

V型选粉机是水泥厂粉磨系统中重要的选粉设备,研究其内部气固两相流动规律对提升粉磨系统性能具有重要意义。采用计算颗粒流体力学（Computational Particle Fluid Dynamics,CPFD）方法对V型选粉机内部颗粒运动轨迹和流场信息进行数值模拟分析,对比两种型号的选粉机以及其阀门全开和阀门全关两种工况下的气固流动特征。结果表明：关闭阀门时,选粉机选粉效率增大,阻力也增大;型号Ⅰ选粉机的进风口和布风区,以及型号Ⅱ选粉机的进料口都有优化改进的空间。研究结果可为后续V型选粉机的设备选型、结构和工况优化提供参考依据。     

VARI成型V型构件固化变形和影响因素分析

复合材料在成型过程中会伴随着复杂的热化学和物理变化,此现象会导致复合材料内部的残余应力积累并进一步使复合材料在脱模后产生固化变形。采用顺序耦合热应力的方法建立了预测复合材料固化变形的三维有限元模型,对真空辅助成型(VARI)的复合材料V型构件的固化变形进行了数值模拟和试验验证,并进一步分析了固化温度、对流换热系数、构件厚度等因素对复合材料V型构件的影响。模拟结果表明,复合材料V型构件的回弹角会随着固化温度和对流换热系数的升高而增大,随着构件的厚度增加而减小。固化温度从150℃升高至190℃,回弹角增加了72%;对流换热系数从1 W/(m2 K)升高至100 W/(m2 K),回弹角增加了15%;构件厚度从2.4 mm增加至4.8 mm,回弹角减小了43%。     

QH-1型填料在中等界面张力体系的应用 Ⅱ.传质特性

应用三个中等界面张力（９．３７～１４．１６ｍＮ／ｍ）体系，对ＱＨ－１型扁环填料的传质性能进行了系统研究．实验数据采用以返流模型为基础的稳态浓度剖面法处理．研究了两相流速对传质效率和轴向返混的影响，进行了几种填料传质效率的比较．实验结果表明，ＱＨ－１型填料在中等界面张力体系中仍具有较高的传质效率，可望在湿法冶金、医药和环保中得到广泛应用．     

平行流换热器两相流分配模型的建立与验证

制冷剂的分配不均对平行流换热器的换热性能会产生重大影响。基于T型管的T-junction模型,联立质量方程和压力方程,设计合适的算法建立平行流换热器两相流流量分配的模型,该模型的优势在于无需已知分歧管流量可模拟分歧管的分配特性。在此基础上,将模型的计算结果与实验数据对比验证,验证了模型有效性,为平行流换热器的设计提供合理的依据。计算并分析了干度与质量流量对平行流换热器分配的影响,结果表明干度对平行流换热器分配的影响不大。在干度不变时,提高流体的质量流量可以对平行流换热器流量分配进行改善。     

象山大桥V型墩三角区域局部变形受力特性研究

为研究象山大桥V型墩三角区域局部变形受力特性,采用Midas和Abaqus两种理论模拟软件系统研究其最不利工况下的结构变形、应力状况和主应力迹线,研究表明：（1）该V型墩主梁变形在主梁靠主桥侧端部最大为22.54mm;墩顶至墩座处以及墩座各处变形均匀且较小;（2）该V型墩结构的梁体结构、V型墩及墩座的应力均在容许范围内;（3）主梁拱脚和引桥侧墩座底部处承受较大的压应力。     

π型向心径向流吸附器变质量流动特性研究

对径向流吸附器内变压吸附(PSA)制氧的变质量流动规律进行研究,有助于准确掌握吸附过程及床层内的变量因素对制氧性能的影响。对π型向心径向流吸附器建立气固耦合的两相吸附模型,并对其PSA制氧过程进行了数值模拟研究,得到了床层内氧气浓度分布、温度分布以及产品气浓度的变化规律。结果表明：首次循环结束时床层内氧气最高摩尔分数可达66.02%,回收率29.2%。非稳定循环期间,氧气摩尔分数从66.02%升高至 97.5%,回收率从29.2%提高至38.5%。循环达到稳定后,床层内氧气摩尔分数最高可达98.6%,回收率38.9%左右,且达到稳定状态后床层内气固两相温差减小,逐渐达到热平衡。获得了吸附器内部气体与吸附剂两相间的传质、传热过程,为π型向心径向流吸附器用于PSA制氧提供技术支持。     

基于Chisholm模型的V锥流量计气液分层流测量新模型

针对V锥流量计应用Chisholm模型测量气液分层流时误差较大的问题,采用节流比分别为0.55、0.65和0.75的三个V锥流量计,实验研究了高含气率（体积含气率>95%）气液分层流条件下,气、液相流量、压力以及节流比对Chisholm模型修正因子C的影响规律,并建立气液分层流测量模型。结果表明,修正因子C随Lockhart-Martinelli参数X_LM的增大而单调递减,但基本不受压力和气体密度Froude数的影响,而节流比变化则对C有一定影响;建立了C随X_LM变化的测量模型,获得了不同节流比的V锥流量计气液分层流测量新模型。对于节流比为0.55和0.65的V锥流量计,分别在94.6%和88.6%置信水平下,新模型预测的气相流量相对误差不超过±3.0%;节流比为0.75时,在91.7%置信水平下,预测的气相流量相对误差不超过±4.0%。     

焦炭下降运动的势流模型及实验验证

利用势流模型对干熄炉内焦炭下降运动进行了数值模拟,并针对干熄炉模型实验结果进行了对比验证。结果表明,势流模型基本上能够准确地反映炉型变化和风帽对焦炭下降运动的影响,但无法描述壁面摩擦阻力的影响。     

基于阻力的V型褶式滤芯结构参数的响应面法优化

应用计算流体力学方法建立褶式滤芯阻力的二维计算模型,对其气相流场进行了数值模拟,并与文献结果比较. 在此模型基础上,利用响应面法研究了褶高(h)、褶间距(W)和过滤风速(Vf)对V型褶式滤芯阻力的影响,得出了预测模型,并对滤芯结构参数和运行条件进行了优化. 结果表明,滤芯阻力的模拟值和文献计算值变化趋势一致;h, W及Vf对滤芯阻力均有影响,但影响显著性Vf>W>h;滤芯阻力随Vf近似呈线性增大,当Vf一定时,存在最优W值使滤芯阻力最小,且最优W值随h增大而增大;在本研究的各参数范围内,最佳结构参数h=25 mm, W=10.899 mm,最佳运行参数Vf=0.005 m/s.     

凹槽表面的流动与传热特性

采用大涡模拟对底面为凹槽的矩形通道内湍流流动与传热特性进行了研究,为验证所采用数值方法的准确性与可靠性,将平直矩形通道内模拟结果与文献中的直接数值模拟结果进行了比较,换热面Nusselt数与采用Dittus-Boelter公式计算所得Nu进行了比较,计算误差小于5%。以凹槽表面为底面的矩形通道的数值模拟结果表明:通道底面的凹槽结构改变了凹槽表面处流动结构,不同的凹槽高度和长度对流动阻力和换热效果的影响不同,在特定的几何参数下,与平直矩形通道相比,凹槽表面时均Nusselt数提高了近50.5%,时均摩擦阻力系数减小了近35.17%,综合系数增加了73.89%。通道内的流动结构显示:凹槽表面附近存在流体垂直流向壁面区域,在垂直流动区域内流体出现前、后分流,分流位置处Nusselt数增加明显,摩擦阻力系数没有明显增加,其综合流动特性最好。     

Numerical simulation on evolution process of molten pool and solidification characteristics of melt track in selective laser melting of ceramic powder

A three-dimensional high-fidelity physical model for selective laser melting (SLM) of ceramic powder was created based on computational fluid dynamics (CFD) to examine the physical mechanism of molten pool and solidified tracks at mesoscopic scale. The discrete element method (DEM) was used to generate a randomly packed powder bed, and the volume-of-fluid method (VOF) was applied to dynamically monitor the free surface of the molten pool. The formation mechanism and evolution characteristics of the molten pool were found and analyzed, and the effects of laser power on the typical characteristics of solidified ceramic tracks of SLM were investigated. The molten pool was eventually solidified into a concave geometric shape track by surface tension. The laser power played a significant impact on the shaping quality of solidified ceramic track. When the laser power was too low, the melt track suffers from severe porosity and distortion defects, which can be effectively solved with increasing laser power. The simulation results were validated via single track selective laser melting of TiC ceramic powder.     

基于雷诺应力模型的脱油旋流器流场特性研究

采用雷诺应力模型(RSM)对油水分离用水力旋流器进行了数值模拟,模拟出了循环流和短路流现象,得到了内部流场的轴向速度、径向速度和切向速度的分布规律;模拟结果与实验结果吻合较好,说明该湍流模型和计算方法的选取是正确的;另外,针对油相体积分数为2%,油滴粒径为40μm的混合介质进行分析,得出了油水二相的体积分数分布。在旋流器的轴心处油相体积分数最大,最大处混合介质中含油体积分数高达98.9%;在壁面附近体积分数很小,说明该水力旋流器的分离效果较好。通过数值模拟为进一步研究水力旋流器内部流场的分布和结构优化设计奠定了基础。     

考虑氢气实际气体效应和阻塞流效应的螺旋槽干气密封动态特性分析

以Chen等提出的氢气实际气体状态方程描述氢气的实际气体行为,以气体出口速度达到音速作为产生阻塞效应的条件,确定出口压力边界条件,采用小扰动法分析了干气密封操作参数对螺旋槽干气密封动态特性的影响规律,并与理想气体、强制出口压力边界模型中的动态特性系数进行了对比。结果表明：研究高压螺旋槽干气密封的动态特性时应当考虑实际气体效应和阻塞流效应。两种效应使氢气螺旋槽干气密封的直接动态气膜刚度减小,使直接动态气膜阻尼增大。随着压缩数、进口压力的增大,两种效应对动态气膜刚度的影响逐渐增强。以频率比为变量时,两种效应主要影响气膜刚度,对气膜阻尼的影响作用较小。针对所研究的工况,与理想气体和强制压力出口边界条件相比,考虑实际气体效应和阻塞流效应,以压缩数为变量时,动态气膜阻尼（C_zz、C_αα、C_αβ）的平均偏差分别为2.28%、1.93%、2.79%;以进口压力为变量时,3种气膜阻尼的平均偏差分别达到4.08%、2.07%、1.82%。     

分解炉内流动特性数值模型的探讨

分解炉是预分解窑技术的关键设备，具有燃料燃烧、气固传热、碳酸盐分解等功能。为充分了解分解炉的性能，应用适宜的模型来模拟分解炉内部三维流场是很有意义的。在借鉴分解炉物理模型和流体力学的湍流模型的基础上，对华新水泥厂采用的喷腾式和旋喷式分解炉进行了分析，提出两种数学模型，为优化分解炉结构设计提供了理论依据。     

多排平直翅片管换热器表面气液降膜流动特性的三维数值模拟

基于VOF模型建立了考虑重力、表面张力及界面摩擦力源项的多排平直翅片管换热器表面气液两相降膜流动三维瞬态CFD模型。不同气流速度下液膜厚度模拟结果与文献中试验值吻合较好,最大偏差小于5%,表明所建立CFD模型是可靠的。通过研究壁面接触角为30°时不同气液Reynolds数下液膜流动特性,结果表明：翅片管表面满膜流的临界Reynolds数Re_l为239,临界喷淋密度为0.06 kg/(m·s);在239 ≤ Re_l ≤ 995内,其平均液膜厚度较Nusselt理论解高16.8%～35.1%;气液逆流和顺流时气相Reynolds数Re_g应分别小于2190.7和3286.0,其主要原因在于过高的Re_g会导致气液界面摩擦力快速增大,从而引发液膜破裂和液滴脱落等现象恶化设备性能。总之,气液顺流更有利于在较高气相Reynolds数下实现翅片管表面的较薄满膜流动。     

波浪结构超疏水表面对液滴聚并弹跳的影响

液滴自发聚并在自然和工业中广泛存在,如何高效去除聚并液滴是强化滴状冷凝换热、防结冰等的重要环节。采用数值模拟方法研究了不同半径比液滴在超疏水平壁面和超疏水波浪形壁面上的聚并起跳行为。研究发现,在平壁面上聚并的液滴水平速度与竖直速度差1～2个数量级,液滴的水平方向位移小,聚并后难以有效去除;在波浪形壁面上,由于液桥撞击在斜面上,产生较大的水平分力,聚并后其水平速度保持与竖直速度在同一数量级,水平位移显著增大;并且波浪结构对液滴弹跳过程影响显著,随波浪高宽比的增大液滴水平位移增大且弹跳高度减小,有效促进了液滴的水平运动,且当高宽比为0.21时,促进作用接近峰值。研究结果为聚并液滴的有效去除提供了新参考。     

波浪结构超疏水表面对液滴聚并弹跳的影响

液滴自发聚并在自然和工业中广泛存在,如何高效去除聚并液滴是强化滴状冷凝换热、防结冰等的重要环节。采用数值模拟方法研究了不同半径比液滴在超疏水平壁面和超疏水波浪形壁面上的聚并起跳行为。研究发现,在平壁面上聚并的液滴水平速度与竖直速度差1～2个数量级,液滴的水平方向位移小,聚并后难以有效去除;在波浪形壁面上,由于液桥撞击在斜面上,产生较大的水平分力,聚并后其水平速度保持与竖直速度在同一数量级,水平位移显著增大;并且波浪结构对液滴弹跳过程影响显著,随波浪高宽比的增大液滴水平位移增大且弹跳高度减小,有效促进了液滴的水平运动,且当高宽比为0.21时,促进作用接近峰值。研究结果为聚并液滴的有效去除提供了新参考。     

表面活性剂对水过冷池沸腾特性影响实验研究

以Tween20、Span20及两者复配物为表面活性剂,实验研究了其对水过冷池沸腾传热特性影响。基于实验结果与表面张力、接触角、临界胶束浓度等基础物性分析发现,单一表面活性剂对沸腾传热的影响由其添加种类、浓度及热通量共同决定。一方面,不同于饱和沸腾情形,过冷状态下Tween20能够有效降低沸腾起始点温度与壁面过热度,但其沸腾强化效果在高热通量下减弱;另一方面,Span20只在低浓度下表现出强化效果,其浓度增大将引起壁面过热度大幅攀升。此外,尽管Tween20与Span20都具有强化沸腾传热的潜力,但两者复配表面活性剂在实验研究浓度范围内均恶化了沸腾传热过程。研究结果可为传热强化复合工质过冷池沸腾传热特性分析提供基础依据,并为其配制提供指导。     

三元复合体系界面张力的影响规律研究

以河南双河油田为研究对象,以吸附理论和扩散理论为基础,利用物理模拟实验通过分析碱和表活剂对界面张力的影响,进一步探究了三元复合体系中协同效应对油水界面张力的影响,最后通过数值模拟技术验证了不同碱浓度对三元复合体系降低油水界面张力的影响,提高了实验研究成果在实际矿场应用中的可靠性和准确性。结果表明,三元复合体系的协同效应能有效降低油水界面张力,其中聚合物主要延长起到超低界面张力时间的作用,但不影响平衡界面张力值,表面活性剂和碱主要起到降低平衡界面张力最低值的作用。