增材制造技术粉床的数值模拟与分析

选择性激光烧结等增材制造工艺中粉床特性对成型工艺有重要影响。针对颗粒粒径分布类型和层厚等对粉床特性有影响的问题,通过分析增材制造技术中粉床填充过程,提出了一种基于离散元法的增材制造粉床的数值模拟分析方法,分析论述了不同粒径分布和不同层厚对粉床填充性能的影响。结果表明：单一粒径粉床和粒径高斯分布粉床的填充密度和平均配位系数均随着层厚的增大而增大,最后趋于稳定;单一粒径粉床和粒径高斯分布粉床的填充密度和平均配位系数在层厚为80μm和400μm时均大致相等,在其它层厚时,粒径高斯分布粉床的填充密度高于单一粒径粉床的填充密度,且差值随着层厚的增大先增大后减小;单一粒径粉床的平均配位系数高于粒径高斯分布粉床的平均配位系数,且差值随着层厚的增大先增大后减小。这些研究结果可为增材制造粉床颗粒粒径分布类型和层厚选取提供参考依据。     

采用分布分形维数分析不同级配对沥青混合料热物性能的影响

利用热常数分析仪Hot Disk测定沥青混合料热常数,通过对热物性参数热传导系数、热扩散系数、体积比热容3个参数对比分析,以此来比较不同级配对沥青混合料热物性参数的影响。在此基础上,以集料粒径分布分形维数D作为表征不同级配特征的参数,建立了热物性参数与粒径分布分维数D的相关关系。结果表明:热传导系数、热扩散系数和体积比热容与粒径分布分形维数D之间存在着较强的线性相关性;粒径分布分形维数D越大,沥青混合料热传导系数和热扩散系数越小,体积比热容越大。     

激光干涉成像两相流粒径空间分布测量

为了实现两相流粒径空间分布的测量，研究了激光干涉成像测量技术．激光干涉成像测量技术利用片状脉冲激光束照射粒子场，用数码相机拍摄粒子的散射光干涉图像，并从粒子干涉图像中获取粒子空间位置和粒径分布信息．利用激光粒度仪验证激光干涉成像测量技术的粒径测量精度．实验证明，该技术有较高的测量精度．对水喷雾场的不同片状区域进行测量，从而获得两相流的空间粒径分布．结果显示，所测喷雾场平均粒径由中心区域向边缘区域逐渐变小，大粒子基本集中在中心区域，小粒子基本集中在边缘区域．该方法为研究两相流流场特性提供了一种有效的测量手段．     

考虑颗粒破碎的堆石料动力变形特性模拟

颗粒破碎是影响堆石料强度和变形特性的重要因素,但目前针对颗粒破碎的模拟研究多在静力荷载条件下。为研究颗粒破碎对小应变条件下堆石料的动力变形特性的影响,采用多个等粒径小球按最密六方排列随机组合模拟不规则形状的堆石颗粒,通过碎片替换法模拟颗粒破碎,研究了花岗岩堆石料不同围压下的动力响应,探索了孔隙率对动弹性模量的影响,分析了振动过程中的颗粒破碎规律及配位数的频率分布。结果表明模拟的骨架曲线与室内试验结果具有较好的一致性,数值模拟可以较好地再现不同围压下堆石料的动力变形特征。在相同围压和动应力条件下,考虑颗粒破碎的试样会产生更多不可恢复的变形,动应变会明显增大,动弹性模量降低。振动过程中集合体的有效配位数会减小,与不考虑颗粒破碎的情况对比,考虑颗粒破碎的试样具有更多的力学不稳定颗粒,有效配位数的降低更显著。颗粒破碎对最大动弹性模量的影响较小,但会加快动模量随动应变增长而衰减的速率。孔隙率小的试样有效配位数高,且受力性能更好。在相同动应力条件下颗粒破碎较少,动弹性模量随动应变的增加而衰减的速率较慢,最大动弹性模量约为大孔隙率试样的1.2倍。最大动弹性模量主要与有效平均主应力和孔隙率相关,Hardin等提出的经验公式可以较好地描述最大动弹性模量与孔隙比和平均有效主应力的关系。该成果有助于认识粗粒料动荷载下的变形规律,为研究动荷载下的颗粒破碎行为提供参考。     

南京市夏季城市不同功能区气溶胶污染特征

利用WPS(宽范围颗粒粒径谱仪)、Anderson-Ⅱ型9级撞击采样器测量了2008年夏季典型日南京钟山风景区、鼓楼商业区与江北工业区大气气溶胶数浓度谱分布和质量浓度,分析了城市不同功能区气溶胶粒子的分布特征.结果表明:各功能区大气颗粒物浓度均比较高,达到104 cm-3,数浓度谱均为单峰型,峰值集中在0.01～0.04 μm;其中气溶胶粒子数浓度主要集中在0.01～0.2 μm粒径范围内,其日变化受汽车尾气排放、混合层高度变化的影响较大,且呈现明显的双峰型:粒径为0.01～0.1 μm的超细粒子对总数粒子贡献较大,鼓楼为93.28%,江北为81.66%,钟山为66.52%;细粒子(粒径<1.1 μm)与TSP质量浓度的比值钟山为9.2%,鼓楼33.77%,江北24.98%;质量浓度主要为粗粒子(粒径≥1.1 μm)贡献,但是鼓楼与江北的细粒子的贡献也非常大,说明这两个功能区的细粒子的污染值得关注;数浓度和相对湿度(RH)有密切联系,当RH<75%时其峰值随着相对湿度的增大而增大,当RH>75%时其峰值随着相对湿度的增大而减少,并且相对湿度对细粒子的影响要大于对大粒子的影响.     

振动形成的单一尺寸硬球晶的结构表征及其动力学的离散元模拟

采用离散元（DEM）数值方法结合物理实验,分别实现了单一尺寸硬球在三维（3D）间歇振动及批量加料条件下堆积的有序化（结晶）,通过对晶体的结构表征、数值仿真中的微观性能如配位数（CN）、径向分布函数（RDF）、角分布函数（ADF）、Voronoi／Delaunay孔的尺寸分布、力的网络分析以及晶体形成过程中的动力学分析,得出如下结论：（1）数值仿真和物理实验中所获得的均为{111}取向FCC晶体,晶体中粒子的最大堆积密度可达0．74;（2）晶体中粒子的配位数分布在CN=12处出现峰值,表明每个粒子具有12个近邻;RDF和ADF分布表明堆积粒子之间分别在径向具有长程相关性及角度上具有相关性,这是晶态结构的典型特征;Voronoi／Delaunay孔的尺寸分布与非晶态相比表现为高且窄的曲线,且向左移,表明所获得的硬球晶中孔隙很小且分布均匀;粒子间力的网络更直观地表明了晶体的结构,同时还指出在FCC硬球晶中分别存在着面内的力和面问的力,其中后者小于前者;（3）晶体形成过程中的速度场和力场等动力学信息的变化表明粒子在堆积过程中一旦形成有序,它将作为一个整体运动,并为后续粒子的有序化提供模板,起到了结晶的晶核的作用．     

三元络合物钛(IV)—变色酸—二安替比林甲烷中变色酸配位数的测定和分析

用等摩尔系列法和平衡移动法,测定三元络合物钛Ti(IV)—变色酸(CTA)—二安替比林甲烷(DAPM)中CTA的配位数,随着CTA浓度的增大,配位数由1逐渐向2转变。     

In及In—1%Cu熔体团簇的“热收缩”现象

利用液态金属X射线衍射仪对纯In熔体及In-1%Cu熔体分别在280℃、390℃、550℃、650℃、750℃进行了实验研究，获得了二者的衍射强度、结构因子、双体分布函数、径向分布函数以及平均最近邻原子间距、原子配位数。结果表明，随温度由280℃升高到750℃，两种熔体的平均最近邻原子间距r1和原子配位数Ns都呈现出减小的趋势，原子团簇都出现“热收缩”现象，加1％Cu后的熔体团簇热收缩程度较之纯In熔体大。在整个测试温度区间内两种熔体的热收缩都不是均匀的，而是在某个温度区间发生突变，收缩明显，纯In熔体的突变区间为390℃-550℃，In-1%Cu熔体的突变区间为280℃－390℃，加1％Cu后突变区间向低温转移。     

移动床中颗粒运动的微观分析

通过实验和离散元模型考察了移动床中颗粒的运动，在微观尺度分析了粒径分布和移动床出口大
小对颗粒运动、床层结构等的影响.结果发现:颗粒的粒径分布对颗粒垂直速度分布有很大影响，不同粒
径的混合有利于颗粒的流动；对于同一粒径分布G2/5与DO呈线性关系，移动床出口直径对系统的出料速
率有很大影响；对不同粒径混合系统，移动床的空隙率和颗粒配位数分布曲线均只有一个峰，而对等粒
径系统的分布曲线均有两个峰；在移动床出口上方都存在拱形的应力链，出口两侧颗粒运动的死区内颗
粒间的应力很大，中心流动区域应力较小，在移动床的上部颗粒间的应力最小；移动床出口处颗粒与移
动床底部壁面的应力很大，随着床层深度的增加，颗粒与移动床侧壁面的应力增加，但当床层深度达到
一定值后颗粒与移动床侧壁面的应力不变；颗粒与底部壁面的应力要大于与侧壁面的应力.     

冰浆水平直管非均匀输运特性研究

通过建立CFD-PBM耦合模型,研究含冰率与流速对水平直管内冰浆的冰晶体积分数与粒径的分布规律,着重分析了冰浆管内非均匀流动过程的输运特性。研究结果表明:含冰率对冰晶体积分数及粒径演化有显著影响,含冰率越高,冰晶体积分数越大,冰晶平均粒径越大;而流速对冰晶体积分数分布的影响主要在于近壁面区,流速增大主流区的冰晶体积分数几乎不变,而近壁面处冰晶体积分数则有所下降;随着流速的增加,冰晶粒径增大,但增加的速率逐渐下降。     

连续三相喷射环流反应器的实验和数值模拟

利用Pavlov管和电导探针分别测量含小颗粒（Stokes数小于1.0）的连续气液固三相喷射环流反应器内轴向液速和气体体积分数分布. 提出大气泡-小气泡-浆态相三相流体力学模型,以模拟三相喷射环流反应器的流体力学行为,对大气泡相和小气泡相分别考虑尾涡加速和气泡阻碍效应并修正其曳力. 对于上升区和下降区,流场模拟结果均与实验结果较吻合. 利用模型预测不同固体体积分数下的气体体积分数与轴向液速分布,结果表明,在考虑的固体体积分数范围内,气体体积分数随固体体积分数增加而下降,液体循环速度随固体体积分数增加而略有上升,其原因主要是反应器内平均气泡直径随固体体积分数增加而增大,进而导致气泡浮升速度加大并增强周围流体的加速运动.     

埋地输油管道泄漏渗流数值模拟

埋地输油管道发生穿孔泄漏后,原油在土壤多孔介质中低速渗流。泄漏口附近流速随泄漏半径的增加而减小,速度等值线随时间延续变化不大,受重力影响速度等值线有不同程度的沉降。驱替前沿原油体积分数随驱替半径的增加逐渐减小,等值线梯度较大,分布较密集,并随时间的延续继续扩大。研究了管道泄漏后泄漏口流速的分布规律,以及在原油扩散过程中时间、流速对体积分数分布的影响。通过数值模拟,可以实时监测原油在地层中的扩散规律,通过地层的孔隙度可计算原油的泄漏量,对指导泄漏管道的维修、评价地层伤害提供了有效的数据支持。     

填料结构对错流旋转填料床传质性能的影响

研究了不锈钢金属丝网填料结构对错流旋转填料床内传质的影响。在错流旋转填料床内,利用CO2-NaOH体系研究了不同填料层高度和不同丝网填料的传质特性。结果表明,体积传质系数KLa随超重力因子、气量、液量的增加而增大。同时建立了体积传质系数模型,模型计算结果与实验结果拟合较好。     

不同压力下层流对冲C2 H4扩散火焰中碳烟生成的数值模拟研究

采用Chemkin中的对冲扩散火焰模型对C₂H₄对冲扩散火焰中碳烟颗粒的生成进行了数值模拟研究,重点关注不同压力下碳烟颗粒及部分气相小分子和前驱物的形成. 以0.1 atm为增量,探讨了1～5 atm内乙烯扩散火焰中多种中间产物和碳烟前驱物的浓度分布. 数值模拟结果表明,随着压力的不断增大,碳烟体积分数和碳烟数密度快速增加,H₂、CH₄等气相小分子的含量总体呈现下降趋势但变化不大,火焰面及气相小分子的生成区域变小. PAHs和C₂H₂含量的快速增加是通过HACA机理实现的,使得碳烟成核和生长速率加快,从而促进了碳烟数密度和体积分数的迅速增加.     

颗粒组成对杂填土与软土互嵌沉降的影响试验研究

在受到上覆荷载作用时，杂填土地基下敷淤泥软土会轻易挤入杂填土颗粒之间的孔隙中，造成互嵌沉降，在传统地基沉降计算中这部分沉降未被考虑。而杂填土级配不均，其孔隙率与粒径组分密切相关。选取4种不同粒径颗粒组，以不同粒径的杂填土颗粒组成的二元混合物为研究对象，利用自制互嵌仪进行互嵌试验，揭示二元混合颗粒中不同粒径比、小颗粒含量下杂填土与软土的总沉降与互嵌沉降发展规律。研究结果表明：二元混合颗粒组成中，当小颗粒占主体时，互嵌沉降随着小颗粒粒径的增大而增大；当大小颗粒含量相同时，随着小颗粒粒径的增大，互嵌沉降呈先减小后增大的趋势；当小颗粒含量较少时，互嵌沉降随着小颗粒粒径的增大而减小。而在杂填土大小颗粒含量变化过程中，小颗粒粒径较小时，互嵌沉降随着颗粒含量的增加而减小；小颗粒粒径较大时，颗粒含量的增加对杂填土与软土的互嵌沉降影响不大。     

氧体积分数对乙烯扩散火焰中烟黑生成影响的实验

为了研究氧体积分数对扩散火焰中烟黑颗粒生长和聚合特性的影响,采用热泳沉积取样结合透射电子显微镜(TEM)图像,分析富氧和贫氧环境下乙烯/O2/N2扩散火焰中烟黑颗粒的粒径和颗粒凝聚体平均颗粒数,并采用激光消光法同步测量烟黑颗粒在火焰轴向和径向的体积分数分布.实验结果表明:对于乙烯扩散火焰,氧体积分数的增加,使火焰中心同一高度上的烟黑粒径和凝聚体平均颗粒数增大,进而引起烟黑体积分数增大,峰值位置前移;在火焰径向方向烟黑颗粒分布向中心收缩,边缘位置烟黑体积分数增大.对于本文讨论的扩散火焰,氧体积分数的增加对烟黑的生成具有促进作用,这对于火焰颗粒污染物的控制研究具有参考意义.     

Estimation of thermophysical properties of solid propellants based on particle packing model

A method for the estimation of thermophysical properties of two-and multi-phase solid propellants is proposed in this paper.The theoretical solutions for thermal conductivity and specific heat of a homogeneous solid propellant cell in the transient thermal conductivity process are deduced on the condition that one boundary of the cell is heated while others are adiabatic.A homogenization theory and the finite element method are employed to compute the mean temperature and heat flux of a representative volume element(RVE).According to the mean results and the theoretical solutions,the effective thermal conductivity and specific heat of solid propellant can be estimated.A packing algorithm,considering the solid particles(ammonium perchlorate(AP)or aluminum)as spheres or discs,is used to match the size distribution and volume fraction of solid propellants,and some mesoscopic models of two-phase and three-phase solid propellants are established.According to the estimation theory proposed in this paper,the effective thermal conductivity and specific heat of solid propellants are predicted.The effect of AP or Al volume fraction is also discussed in this paper.     

通气超空泡形态及其稳定性实验研究

通过在水洞中开展的系列实验对通气超空泡形态及其稳定性进行了研究．研究表明，重力对通气过程和关气过程所形成的通气超空泡影响不同，但超空泡轴线变形量都以非线性方式增长．当重力影响较小时，在相同空泡数下，通气超空泡与自然超空泡在形状和尺度上基本相似，并且两者的长细比都随着空泡数的增大而减小．通气超空泡形态不稳定主要有3种表现形式：气泡振荡、空泡界面波动以及空泡界面扭动，它们特点各异，对空泡产生的影响也不同．     

年糕杀菌工艺及其对年糕中微生物影响的研究

为防止年糕发霉变质同时最大限度保留年糕的风味和品质,研究了酸洗结合水浴处理杀菌工艺的杀菌效果。选取酸洗液体积分数、酸洗时间、水浴温度、水浴时间为考察因素,以年糕初始菌落总数和感官评分为评价指标,设计正交试验对年糕杀菌工艺进行优化,通过传统分离鉴定方法对年糕微生物菌群进行分析。结果表明:各因素对初始菌落总数的影响由大到小依次为水浴时间、水浴温度、酸洗时间和酸洗液体积分数;各因素对年糕感官评分的影响由大到小依次为酸洗液体积分数、水浴温度、酸洗时间和水浴时间;由方差分析可知,只有酸洗液体积分数对感官评分有极显著影响。综合各因素对初始菌落总数的影响,得出最优杀菌工艺为酸洗液体积分数2%、酸洗时间15 min、水浴温度95℃、水浴时间40 min。对年糕中微生物菌群分离鉴定可知,鲜样期年糕中细菌以芽孢杆菌属(Bacillus)、微球菌属(Micrococcus)、产酸克雷伯杆菌属(Klebsiella oxytoca)为主,杀菌后年糕中细菌以芽孢杆菌属为主,其他菌种已被杀死或浓度低于检出限,未被检测到;鲜样期年糕中真菌以青霉属(Penicillium)、曲霉属(Aspergillus)、篮状菌属(Talaromyces)为主,杀菌后年糕中真菌主要为青霉属及少量的篮状菌属。结果表明:酸洗结合水浴杀菌工艺可有效抑制年糕中微生物的生长繁殖,具有较好的抑菌杀菌效果,在常温下年糕货架期可以达到6个月且品质较好。