基于真实模型的矿岩散体三维孔隙流数值模拟(英文)

利用X光CT技术采集矿岩散体图像,结合数字图像处理技术和有限元技术构建了表征介质真实孔隙结构的三维物理模型,利用此模型进行颗粒间孔隙流的三维数值模拟,分析堆浸散体孔隙内溶液流速和压力分布规律,并计算出介质的水力传导系数。模拟结果表明溶液流动行为在很大程度上受到孔隙大小及拓扑结构的制约,介质内同时存在明显的优势流和浸出盲区,最高流速出现在具有高压降的细小孔隙处。根据模拟结果计算出的水力传导系数与室内实验测试结果具有相同数量级,说明了模型的有效性。实现了细观尺度与宏观尺度的结合,所构建的模型能应用于堆浸过程其它规律的计算机模拟。     

外加电场对细粒散体浸堆渗透性的影响

基于电渗理论,提出利用外加直流电场强化细粒散体浸堆中溶浸液渗流的方法,通过实验研究与机理分析探讨电场作用对细粒散体渗透特性的影响。结果表明:电场作用能够降低双电层厚度,使渗流通道的截面积增加,溶液渗流阻力降低,溶浸液的渗流速度增大;其次,电场对颗粒微孔隙间及渗流盲区的毛细水起到电渗驱动作用,促进不动液的流动;浸堆的渗透系数随着电场强度的增大先增加后降低,高电场强度下容易发生电解现象及电渗固结现象,存在能够使渗流系数达到极值的最优电场强度;颗粒粒径越小,最优电场强度越低,浸堆的导电能力就越好,电场作用对浸堆的渗透性影响越明显,渗透系数的增加幅度随着颗粒粒径的减小呈指数增加趋势。     

新型混输泵球阀内气液两相流动的数值模拟

为了研究新型混输泵球阀内气液两相流动规律,建立了球阀内流场的三维模型,利用CFD软件,对阀内气液两相流动进行了数值模拟。在球阀开启高度为0.005 m时,对含气率分别为20%、40%、60%、80%4种工况的模拟结果进行了分析,得到了不同含气率下的速度场、压力场及气液两相相态分布,探讨了含气率对球阀内气液两相流动的影响规律。结果表明:阀隙处流速较大,压力梯度大,阀座倒角下端易气蚀;含气率对阀内流速大小影响较小,但对流态有影响。气体主要分布在阀球壁附近,远离球壁气体介质减少;当含气量逐渐增大时,气液两相的相界面处波动较大。研究结果揭示了阀内气液两相流动的规律,为内压缩混输泵气液单向阀相界面演化及失稳机制的研究提供参考。     

轧辊离心铸造钢液流动和传热的计算机数值模拟

建立了轧辊离心铸造的三维模型。利用Fluent软件对钢液的流动、传热和相变进行了模拟,得到了离心铸造过程中钢液的速度场、压力场、温度场和固液相分布规律。结果显示,在离心力和重力双重作用下,离心铸造的钢液会形成分层流动,越靠近自由表面的位置速度越大,在铸型内壁的位置沿重力方向上存在0.16 MPa的压力差;铸型与钢液接触位置有一个温度阶跃,越靠近铸型内壁的区域,凝结速度越快,并且随着时间逐渐降低;钢液在150 min时完全凝固。     

基于Mixture模型的乙醇汽油割嘴气液两相流模拟

通过Mixture模型对专用割嘴的内部进行速度场和压力场数值模拟,分析割嘴内部流场的气液两相流流动状态,以及速度和压力在各部位的变化情况,研究不同压力下的氧气流对乙醇汽油燃料的速度变化以及在一定压力下的氧气流对不同速度的乙醇汽油雾化的影响情况。分析流体外部两侧的静压强的欠膨胀,认为欠膨胀射流有利于空气与液体燃料的混合。模拟结果表明,增加气液混合物的速度差可以提高割嘴出口处乙醇汽油的雾化程度,有利于充分燃烧。     

电磁搅拌宽厚板结晶器内钢液流动和液面波动

为合理控制宽厚板结晶器内的钢液流动和液面波动,提高铸坯质量。通过数值模拟的方法研究了2 200 mm×250 mm连铸结晶器内的钢液流动和液面波动行为。考察了搅拌位置对流动和液面波动行为的影响规律。结果表明,电磁搅拌可增强上回流区域钢液流动,有利于均匀钢液成分和温度。电磁搅拌可使水口附近钢液的流速增加约0.04 m/s,增强了对水口附近钢液的搅拌。提高搅拌位置,搅拌产生的水平旋流增强了下返流流速,使熔池内下涡心位置上移。钢液的水平旋流使上返流发生偏转,减弱了上返流流速,降低了对液面的直接冲击,减小液面波动。适当提高电磁搅拌器位置有利于控制液面波动。电磁搅拌器中心位置Y=-0.1 m时,液面波动可由7.5 mm降低到3 mm以内,可减小液面卷渣,流场具有很好的对称性。     

外加横向磁场对304不锈钢焊接熔池影响机理分析

为了改善焊缝成形及提高焊接零件组织和性能,文中采用有限元法对外加磁场作用下的304不锈钢焊接熔池进行电磁场和热流场之间的耦合分析,得到了有无外加横向磁场作用下熔池内液态金属流动的速度矢量分布. 结果表明,外加磁场使熔池横截面最大流速分布由单一的熔池中心中部改为熔池中心上表面略靠下和熔池底部;熔池纵截面最大流速由首尾端漩涡交汇处改为沿两个漩涡流动方向较均匀分布,这是由于电磁压力抵消了部分表面张力,使表面张力的作用位置更靠近熔池中心位置. 在304不锈钢上进行堆焊试验,焊道横截面组织形貌证实了上述模拟结果.     

基于流固耦合的液压控制阀流体特性分析

基于Workbench平台,利用双向流固耦合的方式,对不同边界条件下换向阀内的流体运动进行了模拟与分析,得到了换向阀内液压油的流体特性在各个开度以及不同流量下的变化规律,并对差异出现的原因进行了分析,针对开度较小时的情况,单独对液压油的缝隙流动做了模拟,并对缝隙流动时流体的流速与压力的分布情况做了比较分析,缝隙流动时,流体运动并不均匀;对液压系统进行了流体冲蚀分析,得出了换向阀的冲蚀规律;对液压系统在液压油影响下的受力情况做了分析,得出了换向阀在液压油流动时的压力分布,并进一步对换向阀在液压力的作用下的位置变动进行了分析。     

底吹炼铅炉内流动的数值模拟

以工业实践的底吹炼铅炉为对象,在炉内渣相和金属相的物性参数测定的基础上,利用FLUENT软件平台,建立一个与实际体系一致的底吹炼铅炉模型,并耦合VOF三相流模型和标准κ-ε湍流模型对底吹炼铅炉内气-渣-金属三相流动过程进行模拟。通过分析数值模拟的相界面结构、速度场分布、流线分布结果,发现氧枪上方区域搅动剧烈,渣层中存在涡流,强化了传递和反应过程。另外,所建立的模型在优化底吹炉炉体结构和改善运行条件方面有着重要作用,经过分析不同条件下炉内流体流动形态,能有效地引导完善底吹炼铅炉工况。对入口流速和喷枪倾角的优化讨论中,发现增大入口流速能提高熔炼效果,最佳喷枪倾角为5°~7°。     

铅锌冶炼烧结点火炉点火过程数值模拟

为了探究铅锌冶炼工艺中烧结点火炉内点火过程的多物理场分布规律,本文以某企业带式点火炉为研究对象,构建了炉内天然气流动、燃烧与传热过程的数学物理模型,并考虑了铅锌矿料化学反应热以及料层阻力的影响,对点火炉内的点火过程进行了详细的数值模拟研究,深入分析了炉内速度场、温度场和浓度场的分布规律,评价了点火料层的温度均匀性,并分析了其产生的原因,最终总结了点火炉的优化改造建议。结果表明：点火烧嘴中高速气流相向运动形成撞击面,破坏了炉内流场的稳定性;点火段主要位于两排主烧嘴的下方料面区域;主烧嘴气流受点火烧嘴气流的影响而发生偏转,导致点火段料面存在局部低温区,不利于料层的均匀着火。     

铸轧工艺参数对铝熔体流热场影响的模拟研究

利用Fluent流体模拟软件对1030铝合金铸轧流热场进行数值模拟分析,进而分析铸轧速度和浇注温度对熔体流热场影响的规律。结果发现,Hunter式铸嘴型腔中铝熔体的流场受铸轧速度影响较大,占据主导作用。铸轧生产时,若铸轧速度越慢,则铝熔体有充分的时间进行分配,铸嘴出口处中部与两侧边部之间铝液的速度差越小,但会导致铝液在铸嘴内滞留的时间长、温降大;浇注温度对铝熔体的流、热场影响十分有限,仅影响边部区域的速度场、铸嘴整体温度分布。当铸轧速度为1.2 m/min、浇注温度为695℃时有利于熔体在铸嘴型腔内的流动和充型,有利于铸嘴布流稳定以及保证板坯的质量。     

相场参数对强制流动下枝晶生长影响的模拟研究

基于相场方法对强制流动下的纯物质凝固过程进行数值模拟,研究流速、过冷度、耦合参数、各向异性参数对枝晶生长的影响.结果表明:强制流动下的晶核生长为非对称的枝晶,迎流方向的枝晶臂尖端生长得到促进、逆流方向的受到抑制、垂直流方向则影响很小;随着过冷度、耦合参数、各向异性值的增大,3个方向的枝晶臂生长速度均增加.     

铝合金搅拌摩擦焊接头焊核区等轴再结晶组织的形成机制

建立了搅拌摩擦焊铝合金接头焊核区等轴再结晶组织形成过程的物理模型，详细阐述了焊核区的组织形成过程。试验结果表明，热循环的作用导致搅拌头附近的母材发生软化，形成软化层；软化层在搅拌头的机械搅拌作用下发生塑性流动，软化层内不同的流层间流速不同，存在速度梯度。在流层间的界面处产生粘性摩擦剪应力。在粘性剪应力的作用下，母材轧制态下的板条状组织被拉长，并发生强烈的弯曲变形，当弯曲程度超过了其晶界所能承受的上限时，原有的板条状组织晶界被破坏而逐渐消失，板条内的等轴再结晶组织按能量最小原理重新排列，形成焊态下无序、无方向性的等轴再结晶组织排列。     

镁合金半固态流变压铸型腔流动过程数值模拟的研究

利用数值模拟技术,模拟了镁合金液态压铸和半固态流变压铸成形充型流动过程.结果表明:半固态流变压铸成形在不同的内浇口尺寸与位置条件下都可以获得平稳的充型流动场,其工艺参数设计灵活;同等条件下,半固态流变压铸成形的型腔充填过程平稳,成形铸件的质量优于液态压铸成形.模拟结果与实验结果比较分析,两者的流动特征基本吻合.     

相场参数对强制流动下等温合金枝晶生长的研究

基于相场方法对强制流动下的等温合金的凝固过程进行了数值模拟,研究了流速、过饱和度、耦合参数、各向异性参数对枝晶生长形貌的影响.结果表明,强制流动下的晶核生长为非对称的枝晶,上游方向的枝晶臂尖端生长得到促进、下游和垂直流方向的受到抑制,且垂直臂随着流速的增加逐渐向上游方向倾斜生长;此外,结果还表明,在一定流速下,随着过冷度、耦合参数、各向异性值的增大,上游、垂直流和下游方向的枝晶臂尖端稳态速度均呈递增趋势.     

基于核磁共振成像技术的饱和多孔介质孔隙结构及溶液流速分布探测（英文）

为了探测多孔介质的内部结构及颗粒间流速分布,对饱和条件下的琼脂球散体进行核磁共振成像试验,获取了3种流量下的速度场图像。同时,为了确定多孔介质的孔隙参数,利用图像处理技术获取了其内部结构。结果表明:该多孔介质的孔隙率为31.28%,其孔隙当量直径分布拟合曲线满足高斯分布;流速场随着流量的改变而变化且孔隙内的流体为非均质流;孔内流速分布近似于抛物线状,局部最大值位于中心附近;约一半的速度分量在0~1 cm/s之间;流量越大,低速度分量的频率越低,而对于高速度分量,则恰恰相反。     

有/无强制流动下定向凝固界面形貌的数值模拟研究

基于相场法对Ni-Cu合金的定向凝固过程进行了数值模拟,对比研究了抽拉速度、温度梯度对有/无强制流动下的凝固界面形貌的影响。结果表明,在强制流动的作用下,凝固界面向迎流方向倾斜生长;随着强制流速的增大,胞晶增大,沟槽的倾斜深度也逐渐增大,并且胞晶间的深度差别增大;在流动条件下,随着抽拉速度的增大,定向凝固界面演变模式为：平界面→深胞→浅胞→平界面,随着温度梯度的增大,凝固界面演化模式为：深胞→浅胞→平界面。此外,流动对凝固形成的胞晶一次间距产生重要影响     

碳钢在流动3%氯化钠溶液中的腐蚀机理的探讨

本文利用自行设计的模拟流动状态的装置,研究了碳钢在流动3%NaCl溶液中的腐蚀规律及施加阴极电流后对腐蚀的影响。结果表明:随着相对流速的增大,碳钢的腐蚀随之加剧,并发现存在一个临界相对流速值。当相对流速小于此值时,腐蚀主要受电化学因素影响。而相对流速大于此值时,流体力学因素开始明显起主导作用,并与电化学因素间的协同效应增强,导致腐蚀速度急剧上升。施加阴极电流后,不仅抑制了电化学因素引起的腐蚀,而且大幅度地削弱了电化学因素与流体力学因素间的协同效应,从而使腐蚀速度大大降低。     

铝电解槽内电解质-气泡两相流及氧化铝扩散的模拟计算

本文建立了电解质-气泡两相流模型和氧化铝扩散模型,全面考虑了气泡、电磁力以及铝液流动等三个因素,计算分析了稳态电解质流动场和瞬态氧化铝浓度场。主要结果如下:将铝液流动引入计算十分必要,否则会弱化电解质漩涡流动状态,削弱氧化铝的整槽扩散速度;新概念母线可使电解质流动的两个漩涡对称性更加明显、流速分布更为均匀,进而使氧化铝浓度分布更加均匀。测量结果与模拟结果所揭示的氧化铝浓度分布规律相吻合。     

垂直分型浇注系统计算机模似(下)

四解析结果及其分析图2是图1模型的流路示意图。本研究采用改变内浇道的位置和内浇道个数来考察垂直分型浇注系统中流体的流动规律。模似介质选用水或铁水。 1 压力分布图3为开设内浇道个数对各节点压力的影响。可见,开设内浇口数增多,其各节点压力逐渐下降,尤其是分直浇道上端节点3位置的压力下降最快。这是由于内浇道增加,导致各组元流速加快造成压力下