离散单元法及其在流态化领域的应用

经过三十余年的发展,离散单元法(discrete element method,DEM)已经发展成为一种广泛应用于过程工程领域中颗粒体系研究的数值方法,特别是将DEM与计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)相结合形成的CFD-DEM耦合方法,已经在流态化研究领域得到广泛应用。首先对DEM模型进行了综述,包括DEM模型的基本原理、颗粒形状模型、接触力模型、非接触力模型、流体作用力模型等;然后对CFD-DEM耦合方法及其在流态化领域的一些主要应用进行了介绍,包括在流化床、气力输送以及过程工程领域里的一些其他应用。最后对DEM模型以及CFD-DEM耦合方法的发展趋势进行了预测,希望能促进DEM方法的发展,并推动其在过程工程领域中的应用。     

离散单元法及其在流态化领域的应用

经过三十余年的发展,离散单元法（discrete element method,DEM）已经发展成为一种广泛应用于过程工程领域中颗粒体系研究的数值方法,特别是将DEM与计算流体力学（computational fluid dynamics,CFD）相结合形成的CFD-DEM耦合方法,已经在流态化研究领域得到广泛应用。首先对DEM模型进行了综述,包括DEM模型的基本原理、颗粒形状模型、接触力模型、非接触力模型、流体作用力模型等;然后对CFD-DEM耦合方法及其在流态化领域的一些主要应用进行了介绍,包括在流化床、气力输送以及过程工程领域里的一些其他应用。最后对DEM模型以及CFD-DEM耦合方法的发展趋势进行了预测,希望能促进DEM方法的发展,并推动其在过程工程领域中的应用。     

基于镜像热源原理测定固体材料热物性的方法及应用

基于平行热线法结合镜像热源原理,提出了一种新的固体材料热物性参数测算模型,在热线法测试原理的基础上,以试样绝热边界为界线,设与真实热源对称位置处存在虚拟镜像热源,以此消除绝热边界造成的热积聚效应影响,测试时可不需再限制实验时间和试样厚度. 当相邻时刻材料的热物性参数计算结果大于判别准则时,引入镜像热源对计算温度进行修正. 为防止修正过程所用热物性参数对实验初期计算值的依赖,模型对实测温度进行两次修正. 以石棉板为研究对象,理论分析结合计算结果表明,两次修正结果不同,但差异不大,且第二次修正后各组热物性参数计算结果更稳定. 对石棉板、大理石、硼硅玻璃、硅砖等4种材料的薄板和厚板进行了热物性测定,结果与文献值较吻合,最大误差均小于5%,验证了本测定方法适用于薄板和厚板试样,有效提升了热线法测定精度,扩大了应用范围.     

TNT爆炸的数值计算及其影响因素

应用LS-DYNA有限元程序建立了模拟TNT爆炸的数值计算模型并进行了空爆冲击波超压等数值计算。通过数值计算结果与经验公式和试验数据的对比分析,验证了计算模型和参数取值的可信性。基于数值计算结果,分析了炸药材料参数、TNT药量、单元网格密度、建模方式、空气域形状和炸药形状等参数变化对爆炸冲击波超压的影响。结果表明,与试验结果相比,数值计算结果可以作为爆炸冲击波超压的下限值,而Henrych公式、Sadovskyi公式和GB6722-2003公式给出的是超压的中位和下位值;炸药材料参数的取值、单元网格密度和炸药形状对数值模拟结果的影响与比例距离相关,比例距离小于2.0时,不能忽视其影响;冲击波超压会随TNT药量的增加而小幅度增加,但建模方式和空气域形状对数值计算结果的影响可以忽略不计。     

电磁振动给料机内颗粒物料的定量加料特性

为提高电磁振动给料机定量加料性能，采用离散单元法建立振幅和闸门开度双重控制参数下电振机的计算模型，从颗粒群运动状态和力学特性的角度研究控制参数对加料流量快速性和稳定性的影响，并通过实验验证了计算模型的可靠性。结果表明：加料流量均值随振幅、闸门开度的增加分别呈二次曲线和线性增长，且料层厚度的变化引起加料速度的改变使得振幅与闸门开度间存在交互因子；提升振幅，闸门内侧外层颗粒紊流区域增加，闸门口弧状流流速加快；减小振幅至2.0mm或增大闸门开度至16mm，都能有效降低颗粒与颗粒、颗粒与槽面之间法向、切向上的平均接触力和最大接触力，颗粒群流动密实性增加，颗粒体系受力更为均衡，流动一致性更好，进而使加料流量变异系数减小，定量加料快速性和稳定性综合性能提高。     

用并联模型法测定泡沫塑料的导热系数

稳态热流计法操作简单,广泛用于测量保温材料的导热系数。但由于仪器设备和方法的限制,难以测试异型材料的导热系数。分别采用并联模型法和直接测量法分析了挤塑聚苯乙烯泡沫、硬质聚氨酯泡沫、橡塑泡沫在平均温度10、15、25℃下的导热系数。结果表明:在不同平均温度和不同材料中,采用并联模型法所计算的导热系数与测试结果误差较小,说明并联模型法可用于不规则泡沫塑料导热系数的测试。     

环氧树脂基预浸料热固化特征温度和固化度研究

基于固化动力学理论和有限元分析方法,建立了树脂基预浸料热固化过程中温度场研究的数学模型,数值模拟了预浸料固化过程的温度和固化度变化特征,将数值计算结果与已有文献实验结果对比,验证了计算模型和计算方法的正确性.研究了升温速率、玻璃纤维等因素对环氧树脂体系固化反应特征温度以及固化时间的影响.结果表明,升温速率增加,固化反应放热峰Tp向高温方向移动,同时固化起始温度Ti和固化终止温度Tf也相应地向高温移动,固化过程中材料内温度梯度增大,内部热应力增大.但提高升温速率可缩短固化完成所需时间.玻璃纤维的加入使树脂基预浸料各项固化反应特征温度降低,达到固化起始温度的时间延长,但对完成固化时间的影响可忽略.     

双组分室温硫化硅橡胶相对分子质量测定

对双组分室温硫化硅橡胶相对分子质量进行测定.根据双组分室温硫化硅橡胶粘度测定数据,分别用外推法、一点法和算图法计算其平均相对分子质量.一点法计算简单,但误差较大;外推法误差较小;算图法准确性最高,但耗时长.粘度测定结果的影响因素包括粘度计结构和材料以及温度、外界震动和溶剂纯度等.     

基于分层法的功能梯度材料有限元分析

基于分层法,本文采用有限元模型进行功能梯度材料平面结构的力学分析。将功能梯度材料平面结构划分成若干层,每层的材料参数按函数形式变化。在此分层模型基础上得到同一层的材料参数为常数,然后各层按照常规的有限元方法进行网格划分,建立有限元模型进行功能梯度材料平面结构的力学分析。数值算例表明,功能梯度材料平面结构应力和位移的有限元计算结果与解析解吻合得很好。通过设计组分材料Y-TZP弹性模量的三种工况,讨论了弹性模量梯度系数对有限元计算结果的影响。数值结果显示,弹性模量梯度系数变大对应力和位移的有限元计算结果有影响,对应力的影响较大而对位移的影响较小。     

化学法和共混法制备的PEG／CDA相变材料的性能比较：储热性能？…

通过IR、DSC和X-ray研究了用化学键联法和溶液共混法制备的聚乙二醇/二醋酸纤维素(PEG/CDA)型相变材料的相变热焓、相变温度和结晶度等物性,探索了两种材料的链结构与储热性能的关系.结果表明,对相同PEG含量的共混材料和化学改性材料而言,共混物的相变焓要大于化学改性材料的相变焓;但化学改性物是一种固固相变材料,而共混物不具有固固相变特性,只是一种形状稳定的固液相变材料.     

钼污染水体处理技术研究进展

钼是一种重要的稀有金属,但近年来钼污染频发,对生态环境安全和人体健康造成了严重的影响。本文综述了目前国内外对环境中钼污染的处理技术(包括人工湿地法、化学沉淀法、离子交换法及吸附法),详细介绍了各种技术的处理效果、影响因素及相关模型。人工湿地虽能将钼分离出水体,但含有钼的基质和功能植物存在污染转移等不可控风险;化学沉淀法对中低浓度污水的去除效果较好,但剩余污泥较难处理,不能被循环利用;离子交换法能有效将污钼分离出水体,并通过解吸实现树脂多次利用,但树脂适应性较差,对pH值等反应控制条件要求较高;传统材料为主的吸附法使用廉价材料富集污染物质,但存在二次污染的问题。最后指出钼污染处理的新型功能材料将向低成本和资源化的方向发展,铁基材料具有较好的前景。     

非灰系统当量灰吸收系数的反演

提出了一种由气体温度场反向分析计算气体当量灰吸收系数的方法.采用段法（区域法）求解正问题,反演中采用求目标函数极小值的共轭梯度法.以直通式实验炉的测量数据为求解条件,用该计算得到了炉内气体介质当量灰吸收系数的分布.数值模拟结果表明,段法与共轭梯度法结合可以较好地反演非灰系统的当量灰吸收系数.与指数宽带段法模型结果的比较表明,反演得到的当量灰吸收系数具有与指数宽带模型相当的精度,但计算量小于宽带模型的1/10.     

基于VIKOR法的相变材料性能评价研究

随着相变材料在材料科学领域的不断发展,其评价和选择逐渐受到人们的关注,相变材料评价指标通常包括相变焓、比热、导热率、密度、过冷度和价格等各方面,但是其性能评价不够科学和系统.本文利用VIKOR法构建了法不同层次的指标体系,建立了相变材料性能评价模型,以AHP法确定指标体系的权重,通过评价模型对各种相变材料的综合性能进行排序,研究表明,基于VIKOR法的评价模型的评价结果与实际研究相吻合,说明VIKOR法具有较强的实际性和理论性.     

橡胶大变形接触分析的新型算法

将可行方向内点法(FDIPM)引人有限元法中,用于橡胶大变形接触问题的数值分析.将超弹性体接触问题描述为不等式约束下的最小化问题,进而导出相对应的KKT最优化条件.采用载荷增量技术,每一载荷步中执行FDlPM以搜索得到节点位移和节点接触力的分布.计算中采用修正的NewtolT-Raphson迭代,每一载荷增量步只需计算和集成一次切线刚度阵,散值算例表明,新型接触算法能够达到合理的精度,求解效率较增广拉格朗日法明显提高.     

水处理用有机平板膜孔隙率三种测试方法比较

简要论述了压汞法、重量法和密度法进行孔隙率测试的原理,并采用3种方法分别对4种不同材质的有机平板膜的孔隙率进行测试。结果表明,压汞法具有测量速度快、仪器分析准确度高、自动化程度高等特点,但受到理论模型的限制,膜内部存在的大量盲孔、凹凸孔导致孔隙率测试结果都偏高;重量法受膜样品形状的影响,而且在进行湿膜称量时人为操作误差比较大,所测孔隙率结果没有规律;密度法根据膜的表观密度和膜材料的密度求孔隙率,协同有机平板膜水通量测试结果,水通量增加,密度法所测孔隙率都增加。密度法是表征膜孔隙率比较准确且有效的一种方法,而且测试简便快捷。     

高湿黏性颗粒在聚四氟乙烯微孔膜滤料表面沉积特性的数值模拟

基于聚四氟乙烯(PTFE)微孔膜滤料扫描电镜(SEM)图像，建立PTFE微孔膜滤料微观结构模型，采用计算流体力学和离散单元法(CFD?DEM)耦合的方法对黏性颗粒在微孔膜滤料表面沉积特性进行模拟，引入液桥力模型，忽略范德华力的作用，统计计算域内颗粒的受力情况，分析了不同表面能条件下3~6 ?m粒径颗粒在微孔膜滤料表面的沉积特性，将模拟结果与黏附效率的经验公式进行对比。结果表明，黏附效率与经验值、颗粒受力与液桥力模型的相对误差均在6%以内，CFD?DEM耦合计算方法可用于模拟不同环境湿度条件下的颗粒沉积；过滤风速、粒径与黏性是影响沉积形态的重要因素，提高过滤风速及增大颗粒粒径与黏性，颗粒更易在滤料表面形成稳定的树突结构，黏附效率及含尘压降增加。环境相对湿度影响两物体间液桥体积，接触力影响颗粒沉积，当增加表面能与液桥体积时，接触力及液桥力均相应增加，根据受力平衡原理，环境相对湿度对颗粒沉积影响很大。     

窑具抗热震性评价方法的研究

针对现有抗热震方法在评价窑具材料时存在的局限性,在YB/T376.3-2004水急冷-裂纹判定法的基础上,提出了空气急冷-裂纹判定法。结果表明该方法适合于窑具材料抗热震性的评价。相同材质、相同形状的刚玉-莫来石质窑具的热震次数与使用次数存在相关性。而对相同材质、不同形状或不同材质、相同形状的窑具之间,不适合进行抗热震性的对比。该方法测定的热震次数与水急冷法的结果差别较大,水急冷法的热震次数明显高于空气急冷-裂纹判定法。     

北京54坐标系坐标转换的探讨

坐标系之间的相互转换常用相似变换法,但如果公共点存在较大的误差,计算结果会使转换模型存在较大的差异.结合原有北京54坐标系和由GPS成果换算得的54坐标系之间进行相互转换的实例,探讨了公共点的误差对转换模型的影响,提出了转换计算前应对公共点进行筛选的设想,并利用Baarda数据探测法原理,对公共点进行筛选,剔除偏差较大的公共点,有效消除了公共点间隙较大的缺陷,使转换后的坐标更加符合相似变换的特征.     

微波法、超声法和传统方法制备的Cu/MIL-101的比较研究

金属有机骨架(Metal-organic Frameworks,MOFs)材料是目前受到广泛关注的一种新功能材料,由于其具有特殊的拓扑结构、内部排列的规则性以及特定尺寸和形状的孔道,因而在化学工业中有着广阔的应用前景。用微波法、超声法以及溶胶凝胶法、进行负载型Cu/MIL-101材料的制备并进行材料表征,选出最优的负载方法为超声法。     

短纤维增强橡胶材料的力学模型

在材料剪切滞后分析与随机顺序吸收法的基础上建立了短纤维增强橡胶材料(SFRC)的理论模型与有限元模型。通过简化将SFRC模型中的三维随机取向纤维降为二维取向,对短纤维增强阻尼材料的弹性模型进行计算与拟合。结果表明,随纤维体积分数的增大,SFRC的模量逐渐增加。当纤维体积分数为2.00%时,材料的弹性模量增加了约1倍,与试验值基本相符合。有限元分析结果与试验结果相吻合,表明该模型在进行SFRC的力学行为分析时具有一定的真实性。当材料应变在300%以内时,有限元模型可以对SFRC的力学行为进行比较准确的描述。