小推力液体火箭发动机沉降型液膜冷却液膜长度研究

沉降型液膜冷却是指从喷嘴向壁面以一定角度喷注某种液滴,液滴到达壁面沉降形成液膜,实现对壁面热防护的一种方法,常用于小推力液体火箭发动机热防护系统中.采用Stechaman半经验方法对决定液膜冷却效果的关键参数——液膜长度求解.采用k-w模型描述湍流流动、Eulerian-Lagrangian模型描述两相流,采用C/C++语言编写Bai-Gosman液滴撞壁模型程序,采用数值模拟推进剂液滴撞壁后复杂的状态变化过程,考虑壁面热辐射,对400N双组元MMH/NTO自然推进剂发动机推力室内的蒸发、流动、燃烧和传热过程进行了数值模拟.在采用半经验公式方法求解液膜长度的过程中,分析了液膜流量对液膜长度的影响,研究了该方法的实际应用情况.实验结果表明,该方法可以较好地计算液膜长度,计算结果与实验具有较高的一致性,对工程实践具有重要的指导意义.     

绕圆柱非定常尾涡对液滴碰撞聚结影响的数值模拟

为了探究圆柱绕流下游非定常涡脱落对液滴的变形、聚结过程的影响,运用相场方法,建立了在圆柱绕流流场中液滴变形和聚结的二维模型。探究了在两相流圆柱绕流中,不同入口速度分布、流速以及液滴相对位置对液滴的变形及聚结的影响。结果表明:在平均速度相等的情况下,入口速度为抛物线型比定值更有利于液滴的聚结,发生聚结时间可缩短为定值的1/15。随着流速的增大,液滴对聚结效率、液滴拉伸程度也增大,流速每增大0.5 m·s~(-1),液滴发生聚结时间缩短1/5左右,但当流速大于2.0 m·s~(-1)时,聚结效率趋于定值;在变形过程中,液滴的长短轴之比由4.77增大为8.00。液滴对之间的夹角从0°增大到90°时,其聚结效率越来越低,夹角每增加15°,液滴间发生碰撞聚结时间增加0.1 s时间,当夹角增大到90°时,液滴不会发生碰撞。     

在气液雾状流中传热分析与实验

对加热体在气液雾状流中传热过程进行了理论分析与实验研究。通过假设,建立了换热面上液膜的积分方程;应用尺度分析方法,简化获得了传热过程的计算模型。通过与实验结果比较,该计算模型在液滴百分数小于0．6范围内与实验结果非常一致。     

液滴喷射过程中碰撞的形态及流场模拟分析

利用VOF方法建立单个液滴与基板发生碰撞沉积变形的模型,分别对液滴的运动、射流、弛豫和浸润等4个阶段形态变化进行了分析。对模拟结果分析发现:液滴碰撞速度越大,射流能达到的铺展半径越大,液滴最后平衡所用的时间也越长,但速度太大可能导致在浸润阶段液滴回缩时形成中间空缺的现象。模拟结果与照片相符合,说明文中研究方法可行。对液滴铺展达到最大半径、平衡态半径的模拟值和计算值进行比较,二者的误差很小。液滴流场的变化是决定其形态变化的本质,通过对模拟得到的液滴内部流场进行分析,流场变化和液滴4个阶段的形态变化完全一致,从液滴内部掌握了其变形机理。     

定向井携液临界流量模型对比研究

定向井井筒结构复杂,井筒内气流携液困难。利用定向井模拟实验装置对定向井携液临界流量进行测试,将实验结果与液滴模型、Belfroid携液模型、液膜模型进行对比,对比结果表明：理论模型计算出的携液临界流量值比实验测试值大,Belfroid携液模型计算的携液临界流量值随井筒倾角变化趋势与实验测试结果一致。结合实验测试数据,对Belfroid携液模型中的携液临界流速公式系数进行修正,得到定向井携液临界流量修正模型。利用修正模型诊断的气藏定向井积液情况,其诊断结果与采取回声仪诊断液面的结果一致,证明定向井携液临界流量修正模型能较好的预测井底积液情况。     

往复式振动筛板塔液液萃取性能的研究

实验研究往复式振动筛板塔（内径D=0.041m;塔高Z=0.895m）液液萃取的流本力学及传质性能。探讨了筛板的振动频率和振幅对分散相液滴的直径,分散相的持液量及传质单元高度的影响,基于实验数据给出估算分散相液滴的直径、分散相的持液量的关联工及传质单元高度的计算式,并与实验数据进行比较,其相对误差小于2%。     

格子气自动机法模拟液滴微粒的形成

介绍了近年来以流体力学和分子动力学为背景而发展起来的格子气自动机法．应用由格子气自动机方法扩展的LG模型，定性的模拟了二维空间中液体在表面张力的作用下，液滴的形成及变形过程，且其数值计算结果满足Laplace方程式．     

气藏水平井连续携液理论与实验

在气藏水平井中随着生产管柱倾斜角度的变化,井筒内液体的重力作用会发生改变,从而引起气液两相流型的变化.以产气为主的气井井筒内液体主要以液膜、液滴的形式出现,由此出现了液滴模型与液膜模型两种解释积液的理论.从这两种携液理论出发,考虑生产管柱倾斜角度的影响,对倾斜管内液滴、液膜进行受力分析,推导出了随管柱倾斜角度变化的连续携液临界流速的计算式,使之适用于水平井连续携液临界流量的计算.设计制作了水平气井连续携液实验装置并进行了实验研究,观测气藏水平井中气水两相运动与流型变化情况并测试其临界携液气量,结果表明,气藏水平井中水平井段的液体以液膜携带为主,但直井段中越接近井口,越以液滴携带为主,液滴模型也能适用于计算气藏水平井的连续携液临界流速.     

液滴与壁面碰撞模型研究

液滴在运动过程中与壁面发生碰撞后会发生破碎、反弹、附着等现象,这取决于液滴的尺寸、入射速度和角度,以及壁面的粗糙度、温度等因素.为了研究这个问题,在考虑以上因素的基础上,建立了液滴与壁面碰撞模型,并结合欧拉-拉格朗日两相流模型,分别对单液滴、水滴与壁面碰撞的情况进行了数值模拟.计算所得的结果与预期相同,并且与试验结果也吻合得较好,从而证明了所使用的液滴与壁面碰撞模型的正确性和合理性.     

新型离心式气液分离器的数值模拟

应用fluent数值计算软件,针对自行设计的新型气液分离用离心式分离器进行了内部流场的数值模拟,采用三节点三角形单元划分网格,以保证模型精度.同时采用修正的RNG方程建立湍流模型,以适用于本实验所设计的气液分离器.在此基础上采用牛顿-拉格朗日差值法进行计算,用双精度计算保证计算结果的精度,方程中各项的离散采用二阶迎风格式,压力-速度的耦合采用CFD中经典的SIMPLE算法求解.给出了计算结果,并通过现场实验验证数值模拟计算所得到的结论.     

水火弯板局部变形预测建模方法比较

在开发的水火弯板成形过程的热一机分析有限元模型的基础上,就有限元计算结果和实验值进行了对比验证,提出了支持向量机回归模型应用于水火弯板局部变形预测．将数值模拟的计算数据,用传统回归方法、神经网络和支持向量回归技术进行了变形预测的建模和预报对比,结果表明：支持向量回归的预报准确率较高,预测结果稳健性方面也有一定的优势,鉴于支持向量机算法具有较好的建模能力和预报能力,可望在水火弯板变形预测领域得到实际应用。     

Al2O3纳米流体液滴撞击壁面的动力学行为数值研究

针对纳米流体液滴撞击固体壁面的动力学行为,建立基于相场方法描述液滴动态过程的二维数值模型,引入Kistler动态接触角模型以模拟铺展过程中液滴动态接触角变化以及三相接触线的迁移. 通过模拟分析液滴铺展因子、无量纲高度的变化研究不同纳米颗粒体积分数、惯性力和液滴直径等因素对水基Al₂O₃纳米流体液滴撞击壁面的铺展回缩过程的影响机制. 结果表明：超过一定体积分数的纳米颗粒使流体表现出明显的剪切稀化特性,增加液滴的黏性耗散,抑制液滴的铺展回缩过程;液滴撞击速度的增加会增大其撞击壁面时最大铺展直径和达到稳定状态的耗时,直径的增加使液滴振荡周期加长;体积分数为4%的纳米颗粒可以抑制上述两者带来的影响,使液滴更快到达稳定状态.     

基于格子Boltzmann的喷印OLED散点墨滴沉积仿真分析

为解决喷印OLED发光层制备中基板污点、涂布不均等问题引起的Mura缺陷，建立基于BGK-LBM（单松弛格子Boltzmann方法）的三维数值模型，对喷印OLED像素槽附近墨滴落点偏差引起的散点沉积缺陷进行仿真分析。先研究不同墨滴尺寸以不同撞击速度撞击不同接触角平板后的最大铺展半径，再以最大铺展半径为参考研究不同润湿性梯度下的像素槽外墨滴的铺展回流。结果表明：对于微米级直径的OLED喷印墨滴，尺寸越大、墨滴撞击速度越大、像素坑内接触角越小其最大铺展半径越大；而针对存在落点偏差的散点，当最大铺展半径大于或等于散点的落点偏差时，将在足够的像素槽基板内外接触角差值引起的润湿性梯度牵引下重新进入像素槽内；撞击速度还影响其回缩阶段的回缩速度，撞击速度越小回缩越慢，因而墨滴会存在受到润湿性梯度的影响而被牵引向润湿度高的一侧；只有当像素槽内外接触角造成的润湿性梯度足够时，在撞击铺展后边缘进入像素槽边界处的墨滴才能被牵引重新流入像素槽内，散点沉积缺陷即得到抑制。本文提出的最大铺展半径可以用来拓宽像素槽外墨滴的有效落点范围，作为喷印OLED制备中打印精度控制的参考，用于指导生产。     

GMAW 焊接熔滴热焓量分布模型

根据熔滴的过渡过程及其与熔池的相互作用,提出了ＧＭＡＷ（熔化剂气体保护电弧焊）熔滴热焓量在熔池中的分布模型．应用数值模拟技术研究了焊接规范、热焓量分布、焊件温度场的相互影响．焊接工艺实验结果表明,给出的熔滴热焓量分布模型更符合实际,明显提高了温度场的计算精度．     

发动机进气流量对前缘水滴撞击特性的影响

为了掌握发动机进气流量对水滴撞击特性的影响规律,采用欧拉方法建立水滴运动方程,基于分区多块结构网格体系求解水滴运动轨迹,提出了复杂外形飞机水滴撞击特性的计算方法.基于该方法对发动机进气道唇口进行水滴撞击特性分析,研究了不同发动机进气流量对进气道唇口水滴撞击特性的影响.结果表明,发动机进气流量越大,水滴收集系数最大值越大.因此,航空发动机吊舱进气道前缘的防除冰系统设计必须考虑不同飞行状态下进气流量的影响.     

应用LevelSet方法模拟三维气泡与液滴的运动

将LevelSet方法与ICE数值格式相结合,建立了求解含有运动界面的不可压缩气液两相流动问题的三 维模型及数值解法。应用所建立的模型和算法三维模拟了4种典型气泡和液滴的运动过程,包括气泡从单个喷 嘴生成和上升的过程,两个大小不同的空气气泡在水中自由上升时的相互作用过程,水滴下落冲击水面的过程 和水滴与颗粒正向等温碰撞过程。模拟结果表明,所建立的模型与算法能准确方便地捕捉到三维气泡和液滴界 面的破碎与融合等拓扑结构的变化,说明LevelSet方法是一种行之有效且大有前途的处理气液运动界面问题 的方法。     

不同雾化条件下静电喷雾沉积效果研究

以静电涂油机中的新型静电喷雾装置为研究对象,采用数值仿真技术来模拟雾滴在不同雾化条件下对目标喷涂物的喷雾轨迹,分析雾滴粒径、荷质比以及喷射间距对静电喷雾沉积效果的影响。结果表明,雾滴粒径相同时,随着雾滴荷质比的增加,雾滴沉积效果明显改善,但同时雾滴跑偏的情况也会增加;在喷射间距和雾滴表面电荷密度一定的情况下,大粒径雾滴的沉积效果较好,小粒径雾滴容易跑偏;对于粒径和荷质比相同的雾滴,喷射间距较大时喷雾沉积效果较差。     

十字交叉型微通道内液滴形成的数值模拟研究

基于Fluent软件的流体体积分数（Fluid Volume Fraction,VOF）模型,针对十字交叉型微通道内液滴的形成过程开展了三维数值模拟研究,分别研究了连续相黏度、分散相黏度、两相界面张力系数、壁面接触角对液滴形成的影响,为实际应用提供参考。研究表明随着连续相流速的增加,液滴生成直径减少,生成频率增大;增加连续相黏度时,液滴生成直径变小,生成频率的变化则相反;当分散相黏度超过连续相黏度时,出现射流现象而不能生成液滴;液滴生成直径随两相界面张力系数的增加而增大,生成频率降低;增大壁面接触角有利于液滴的产生,且两相流速为0.01 m/s和0.02 m/s时,接触角应分别取到150°和120°才能正常生成液滴。     

油包水型乳化液剪切破乳的实验

通过设计Couette双圆筒装置形成薄层纯剪切流场,其剪切强度可通过内筒转速调节,对油包水型乳 化液剪切破乳的可行性进行研究。从流体动力学角度分析单个液滴受力,建立其仿射形变模型并经实验验证,与 TaylorGI和CoxRG的理论模型基本一致。实验结果表明,将剪切作用引入流场中有利于液滴聚合,当内筒转速 为50~150r/min(剪应力8.67~26.01Pa)时,液滴最大直径和平均直径比未引入剪切力场时高,说明只有在一定剪 切范围内,剪切才能促进液滴聚合。因此,为了提高油水乳化液分离效率,可在油水分离设备中引入适当的剪切力 场。     

深部巷道围岩变形试验与数值模拟研究

为了研究深部软岩巷道的变形破坏特性,以淮南矿区某煤矿13-1煤回采巷道为例,在现场调查回采巷道工程概况的基础上,开展了室内深部回采巷道围岩变形特性相似模拟试验,并基于块体离散元法,建立了深部回采巷道围岩的数值模型,模拟了开挖过程中围岩的变形特性。相似模拟试验和数值模拟试验结果表明,深部巷道围岩的典型特征为:巷道底臌量两帮移近量顶板下沉量,巷道不同围岩受开挖扰动的位移影响范围不同,底板为3.5 m,顶板为2.45 m,两帮为5.5 m。