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．     

Numerical simulation method for weld line development in micro injection molding process

In order to reduce the “trial-mold” risk and cost, numerical simulation method was applied to micro injection molding weld line development investigation. The micro tensile specimen which has the size of 0.1 mm (depth)×0.4 mm (width)×12 mm(length) in test area was selected as the objective part, and polypropylene (PP) as the experimental material. Respectively with specific commercial software (Mold Flow?) and general computational fluid dynamic (CFD) software (Comsol? Multiphysics), the simulation experiments for development of weld line in micro injection molding process were executed and the real comparison experiments were also carried out. The results show that during micro injection molding process, the specific commercial software for normal injection molding process is not valid to describe the micro flow process, the shape of flow front in micro cavity flowing which is important in weld line developing study and the contact angle due to surface tension are not able to be simulated. In order to improve the simulation results for micro weld line development, the general CFD software, which is more flexible in user defining function, is applied. The results show better effects in describing micro fluid flow behavior. As a conclusion, as for weld line forming process, the numerical simulation method can give a characteristic analysis results for processing parameters optimizing in micro injection molding process; but for both kinds of softwares quantitative analysis cannot be obtained unless the boundary condition and micro fluid mathematic model are improved in the future.     

添加表面活性剂KP法蒸煮液的渗透性能研究

采用不同种类的表面活性剂,加入到KP法蒸煮液中,测定蒸煮液的表面张力、粘度和在载玻片上的接触角,并计算出粘附功降低因子和粘附功,得出表面活性剂对蒸煮液润湿性能的改善效果,再用称重法测定蒸煮液对木片、竹片的渗透能力。结果表明,添加了表面活性剂的蒸煮液,表面张力和在同一表面上的接触角降低,润湿效果改善,粘附功、粘附功降低因子和润湿性因子都减小,对木片、竹片的渗透增重百分比均比未加表面活性剂的蒸煮液高。     

基于GPU的水面模拟方法的研究与实现

介绍一种基于GPU的实时渲染方法,通过对水面的造型模拟实现高真实度的动态水面效果.主要通过网格制作以及顶点渲染方法,利用GPU的运算特性实现水面的动态渲染,并加入光照模型的设计使得渲染效果更加逼真.实验证明本文的水面渲染方法在小范围的水面模拟中具有较好的光影效果,在视觉上能产生较为真实的三维感觉,并且能够进行一定的干扰,产生水花视觉效果.     

Numerical simulation of ice accretion in supercooled large droplet conditions

The simulated methods for ice accretion on two-dimensional airfoil surface are established completely under the Eulerian framework in supercooled large droplet(SLD) conditions. The two-dimensional code to solve the partial differential equations(PDEs) of droplet phase is derived to simulate the impingement characteristic of SLD. Also, several semi-empirical models which explain the droplet-wall interaction are compared and discussed to show respective features when simulating the splashing phenomenon. In particular, a new boundary condition for wall called penetrable wall for splashing droplet(PWSD) is proposed to deal with the impingement of SLD on solid surface, which efficiently improves the accuracy of simulation. Then the improved impingement characteristic of SLD is input into the extended mass and heat transfer model to simulate the ice growth on airfoil surface. The multistep advanced method is carried out to better match the physical phenomenon of ice growth. At last, the simulated results of critical parameters: local droplet collection efficiency and the height of ice growth are compared with the experimental data which verify the applicability of proposed models.     

面向微观交通仿真实验的模型参数敏感性分析方法

为提升微观交通仿真模型标定工作的科学性,对当前微观交通仿真模型标定流程进行梳理,指出微观交通仿真模型标定工作中的敏感性方法应用及定位存在误区。基于微观仿真实验特性及方差分析理论,研究重新构建面向微观交通仿真实验的敏感性分析方法,并界定敏感性分析在仿真模型标定流程中的作用为科学选取校核指标。针对常见信号交叉口进行模型参数敏感性分析,发现选用延误指标作为信号交叉口微观仿真模型标定校核指标才能使得仿真模型标定结果最为有效。     

复杂流道质子交换膜燃料电池的三维数值分析

针对模拟复杂流道设计质子交换膜燃料电池（proton exchange membrane fuel cell ，PEMFC）的传热传质过程和电池电化学性能，提出一个稳态的、非等温的三维数学模型.应用模型对一个电极面积为3.12 cm×4 cm，20条通路的“蛇形”流道结构PEMFC进行数值计算，得到电池的流场、局部电流密度和组分浓度等的多维分布.并分析了不同渗透率对电池特性所产生的影响.结果表明,渗透率越高，压力降越小，有利于提高电池的性能.     

Ti6Al4V的激光选区熔化单道成形数值模拟与实验验证

对于Ti6Al4V材料的激光选区熔化（SLM）成形工艺,基于离散元方法（DEM）建立粉末颗粒随机分布的三维介观模型.采用流体体积法（VOF）对SLM成形过程的三维自由表面进行动态追踪;考虑TC4颗粒随机分布的粉床、随温度呈非线性变化的热物性参数、熔池自由液面演化、由温度梯度引起的表面张力以及蒸发作用;通过数值模拟研究激光与粉末颗粒相互作用过程中的传热、熔化、流动、凝固等过程. 结果表明,由温度梯度及表面张力梯度产生的马兰戈尼对流是影响熔池内部传热传质和熔池三维形貌的主要因素;线能量密度（LED）与马兰戈尼对流的强度呈正相关,当LED=92.9~183.0 J/m时,单道表面质量较优. 通过单道成形实验对熔池与熔道的三维尺寸与形貌进行观察分析,有效验证了数值模拟的正确性.     

模拟岩石的平行粘结模型微观参数标定

针对平行粘结模型不能同时满足岩石抗拉强度和抗压强度的问题,通过模拟岩石的单轴拉伸试验和单轴压缩试验,以已有的Lac du Bonnet花岗岩的室内试验结果为目标,标定了不同孔隙比和不同不均匀系数岩石离散元试样的微观参数。从微观破坏机制角度指出了平行粘结模型的不足之处,并提出了改进方法。研究结果表明:满足抗拉强度和抗压强度的微观胶结强度参数相差一个数量级;模型仅考虑了胶结的抗拉和抗剪特性,忽略了法向力对胶结强度的影响,导致模型不能正确反映岩石的拉压强度比值;建议采用可模拟颗粒破碎的团粒模型或者基于室内试验提出的胶接模型。     

液滴机械手的数值仿真与试验研究

为分析液滴机械手的控制机理, 建立液滴机械手的流体动力学仿真模型,仿真分析液滴机械手的控制机理,研究机械手端面形成液滴的形态跟随机械手端面形状的变化关系,讨论影响液滴机械手性能的因素,并通过试验验证仿真模型的正确性和提出方法的可行性．数值仿真和试验结果表明:通过控制各钨丝棒的上下移动量,可以改变液体和各钨丝棒的接触壁面,使机械手端面形成液滴的形态随之改变;基于表面张力吸附在液滴上的微小部件的姿态将随着液滴形态的改变而变化,从而可以实现对于微小部件姿态的控制．适当调整机械手的参数,如钨丝棒的数目、尺寸、各钨丝棒的移动量,以及改变液滴的性质等,可以满足微装配过程中各种操作目标的要求．     

基于改进SPH的皮肤表面血流模拟算法

针对现有血流真实感绘制中采用的动力学模型精度较低的问题,提出一种基于改进光滑粒与动力学(smoothed particle hydrodynamics, SPH)的皮肤表面血流模拟算法。首先对血液模拟算法进行分析,选取Casson流体作为血液流动现象的流体动力学模型;然后,根据Casson流体的动力学方程的特点,对传统的SPH方法进行改进,并用改进后的方法对血液流动现象进行数值计算;最后将得到的血液粒子运动学信息用于模拟皮肤表面的血流过程。试验结果证明,该方法降低了传统方法的复杂度,提高程序的计算精度,为虚拟手术中对皮肤切口出血的仿真研究提供了新思路。     

热力学模型和相平衡网络平台开发及应用

在流程工业中，热力学模型和相平衡数据是工业过程设计、模拟、控制及优化必不可少的要件，其准确性和精度直接决定过程设计、建模及控制优化的优劣。鉴于此，基于统计缔合流体理论，构建和发展了一变阱宽方阱链流体分子热力学模型，并将其成功应用到常规流体、缔合流体、电解质溶液、离子液体、聚合物等体系纯组分的PVT、混合物的汽（气）液平衡、液液平衡、固液平衡以及蒸发焓、混合焓等热力学性质的描述。同时，将该状态方程与表面张力、黏度等模型结合，可满意地预测和计算混合物表面张力、黏度等传递性质。在计算不同热力学性质中，采用了同一套分子参数，分子参数可来源于实验数据、基团贡献法或溶剂化法。另一方面，理论模型检验和模型参数的获得常依赖正确的热力学实验数据，为便于模型构建、应用和数据查询，开发了流体相平衡网络平台（www.equilibria.cn），并系统阐述了流体相平衡概念、分类、应用，提供了相平衡数据查询系统与计算软件。以上模型和网络平台的开发，为流程工业的模型化、智能化提供了基础理论和数据支撑。     

基于浸润参数和表面能理论的沥青与集料黏附性分析

为了解决沥青与集料黏附性缺乏量化评价方法的问题,分别采用光学接触角测量仪、表面张力测试仪和自动压汞仪对沥青与集料的接触角、沥青表面张力和集料的孔隙分别进行了测定,通过试验结果对沥青与集料的浸润参数和表面能参数进行了计算,并据此对沥青与集料的黏附性进行了评价;分析了沥青与集料黏附性的影响因素,并通过测定不同温度下沥青的表面张力,结合理论分析建立了沥青表面张力与温度的关系模型.研究结果表明:可以采用浸润参数和表面能理论对沥青与集料的黏附予以评价;较大的孔隙度和平均孔径有利于集料对沥青的吸附;沥青对集料的浸润深度h越大、浸润时间t越短,有利于产生更好的浸润效果;沥青与集料黏附功和浸润功越大,浸润性越好;沥青与集料间的黏附性与沥青表面张力、沥青与集料接触角以及集料表面特性等因素有关.     

超空泡航行体转弯运动多相流场特性

为研究超空泡航行体转弯运动过程中多相流特性的变化规律,基于有限体积法和VOF多相流模型求解RANS方程,并结合动网格技术,对超空泡航行体转弯运动过程进行了非定常数值模拟研究.通过将数值模拟结果与基于Logvinovich独立膨胀原理的计算结果进行对比,验证了数值模拟方法的有效性.利用数值模拟方法分析了航行体模型的转动中心对航行体转弯运动过程中空泡形态演化过程的影响,并且研究了转弯运动的轨迹半径对航行体流体动力的影响.结果表明:采用动态网格的数值模拟方法可以更好地对超空泡航行体转弯运动的空泡形态进行仿真,航行体的转动中心对航行体的转弯半径内侧还是外侧表面先出现沾湿区域有重要影响;航行体的流域环境在重力和惯性力的共同作用下使得超空泡尾部形态呈倾斜的双涡管分布;转弯运动过程中,航行体表面刚出现沾湿区域的时候,航行体流体动力会出现一个小幅度波动,随着沾湿区面积的增加,流体动力逐渐趋于平稳,转弯运动的轨迹半径对航行体流体动力有重要影响,转弯半径越小,影响越大.     

微悬臂梁粗糙表面粘附建模分析

针对粘附严重影响微电子机械系统性能和可靠性问题,提出了一种微悬臂梁粗糙表面“截球型”粘附模型;根据Hamaker微观连续介质理论及空隙修正理论,推导出粘附力表达式;讨论了粗糙面凸峰对粘附力的影响,得到影响粘附力的主要原子是凸峰顶部少数几层原子的结论;仿真出光洁度等级分别为10级,11级和12级的镍悬臂梁粗糙面粘附力数值结果,为微悬臂梁的结构设计提供了理论基础．     

表面张力对膜状凝结换影响研究

对圆管内膜状凝结换热过程进行了理论分析,探讨了重力、表面张力梯度引起的Marangoni力以及气液界面剪切力对凝结换热Nusselt数的影响.建立了含有凝结液膜的物理模型和基于边界层方程组的数学模型,应用相似理论进行了无量纲变换.结果表明,表面张力梯度对凝结换热过程的影响不可忽略,梯度越大,液膜越薄,Nu数越大,换热越好.     

行人交通微观仿真中碰撞检测模型研究

结合行人交通的特征和计算机仿真的实际需要,构建出一个新的适用于行人交通微观仿真的碰撞检测模型,该模型以经典的包围盒法为基本思路,分解出"交叉"和"同道"2类行人碰撞类型,并构建出了相应的阈值算法。该模型在实际应用中能较好地解决行人微观仿真中行人交叠的问题,使仿真效果更加贴近实际。     

行人交通微观仿真中碰撞检测模型研究

结合行人交通的特征和计算机仿真的实际需要,构建出一个新的适用于行人交通微观仿真的碰撞检测模型,该模型以经典的包围盒法为基本思路,分解出“交叉”和“同道”2类行人碰撞类型,并构建出了相应的阈值算法。该模型在实际应用中能较好地解决行人微观仿真中行人交叠的问题,使仿真效果更加贴近实际。     

发动机舱温度场仿真与分析

利用热网络法和流体网络法对发动机舱进行热仿真。建立了飞行器发动机舱各部件与其内外流体之间的网络关系及仿真模型,并进行耦合求解,得到此发动机舱各部件不同位置的温度分布。根据所得的数据对发动机舱各部件受热后对工作性能的影响进行分析,对非耐热部件的热防护与热控进行分析与设计,为使发动机各个部件能够在比较理想的环境下工作,提出了表面抛光、加隔热层以及组合隔热等3种优化方案并进行仿真。     

致密油藏低伤害醇基压裂液体系的研究与应用

致密砂岩油藏具有渗透率低、吼道细小、填隙物含量高等特点,因此要求压裂液必须具有低伤害,较高的返排能力和防膨能力的特点.为此,制备得到了低分子量,低粘(基液粘度小于10mPa·s),压后能够有效破胶、易返排的多羟基醇压裂液体系.通过对该体系的流变性能、残渣含量、静态滤失特性、表面张力、破胶液防膨性能及对岩心伤害等进行室内实验评价,证明该压裂液抗剪切能力较强、破胶水化彻底、无残渣、滤失低、表界面张力低、能防止黏土膨胀、对地层损害小.现场10口井的现场试验表明,应用多羟基醇压裂液,平均返排率80%,平均单井试排产量增加6m3/d,实施效果显著.