煤炭自燃过程物理吸附氧的数值模拟

煤炭自燃是我国煤矿生产和煤炭储运过程中重要的事故灾害之一.今基于表征体元(REV)尺度的格子Boltzmann方法,建立了模拟煤氧物理吸附过程的模型,对煤氧吸附的相关特性进行了定性研究.数值模拟的结果表明,煤炭的孔隙度和环境温度对煤体多孔介质的物理吸氧量有显著的影响,吸氧量随着孔隙度的增大而逐渐增加,随着温度的升高而逐渐减小,这与先前学者研究所得相吻合.     

异形纤维捕集颗粒过程的格子Boltzmann法数值模拟

为了探究异形纤维的截面形状和放置角度对捕集效率、系统压降及除尘器综合性能的影响,对布袋除尘器中三角形、十字形及三叶形3种异形纤维捕集颗粒的过程进行研究;采用格子Boltzmann-元胞自动机气-固两相流模型定量描述颗粒的运动过程,计算扩散、拦截及惯性碰撞3种捕集机制下纤维的捕集效率,并且与相同体积分数的圆柱纤维进行比较。结果表明:对于十字形和三叶形纤维,当长短轴比越大时,捕集效率也越大;对于拦截机制占主导时较难捕集的中等大小颗粒,三角形和三叶形纤维放置角度为60°时更有利于捕集。     

基于LBM方法的涡街流量计数值模拟研究

采用多松弛格子Boltzmann方法,运用二阶插值反弹格式(IBB)处理涡街漩涡发生体曲面边界,同时结合雷诺平均N-S方法(RANS)以及亚格子模型(SGS)处理湍流,对涡街流量计流场进行了数值仿真模拟。参照检定规程,选取DN80涡街流量相应流量点进行重复性、稳定性实验以及数值仿真计算。结果表明,数值仿真计算测得的漩涡脱落频率与实验数据具有较好的一致性,LBM方法作为基础方法能够用于涡街流量计仿真工程应用。     

液滴表面张力对煤尘润湿影响的数值模拟和实验研究

针对矿井煤尘难以润湿的特点,考虑到煤尘与液滴间分子作用力和煤尘表面渗流的特性,采用格子Boltzmann方法(LBM),从减小液滴表面张力方面对煤尘润湿接触角和润湿时间进行数值模拟,同时实验测定煤尘的润湿性。结果表明:LBM数值模拟和润湿实验得到的规律一致,减小液滴表面张力能够大幅度地提高煤尘润湿性,当表面张力减小到小于25 m N/m时,煤尘表现为完全润湿;通过实验测试不同表面张力的液滴与降尘效率的关系,煤尘润湿性越好,降尘效率越高,进一步验证了LBM数值模拟的合理性。     

柔性丝线与下游圆柱相互作用的二维数值模拟研究

基于格子 Boltzmann 方法和沉浸边界法,首先对柔性丝线在均匀来流中的周期性摆动和圆柱绕流进行了二维数值模拟,并将模拟结果已有研究成果进行了对比分析。为提高计算效率和计算精度,采用了多块网格耦合算法,并在圆柱曲边界处采用了较为精确的边界处理方法。通过分析柔性丝线的升阻力系数和末端位移,研究了丝线与下游圆柱间距对丝线摆动和尾流特征的影响,并讨论了雷诺数和柔性丝线质量比对结果的影响。通过数值模拟结果得出：下游刚体的存在对柔性丝线有明显的减阻效果;在一定的参数范围内,由于粘滞作用和涡的相互作用,丝线末端的摆动幅值随间距增大相继出现了减小和变大的现象;雷诺数的增大可以增强丝线运动,而丝线质量比起到了不稳定作用。     

考虑壁面浸润性的光滑岩体微裂隙渗流特性数值模拟研究

在工程岩体中存在大量的微裂隙,由于隙宽尺寸微小,其壁面浸润性显著影响着流体在裂隙内的运动特性。为此,基于Shan-Chen伪势模型的格子Boltzmann方法,建立了光滑岩体微裂隙渗流的数值模型,并结合蒸汽中的悬浮液滴和壁面接触角的模拟,证明了该模型的有效性。最后,考虑壁面浸润性、裂隙隙宽、压力梯度及流体黏滞性等因素的影响,研究了重力驱动下光滑岩体微裂隙的渗流特性。研究结果表明:疏水壁面对附近流体的排斥作用产生加速效果,而亲水性壁面则产生阻碍作用,从总体变化趋势看,疏水壁面对微裂隙渗流的影响比亲水壁面更加显著。随着微裂隙隙宽的减小,其壁面浸润性对渗流流速的影响逐渐增大,且壁面亲/疏水性越强,隙宽对其渗流特性的影响越突出。裂隙的平均渗流流速随压力梯度的增加而增大,两者呈线性关系,且壁面疏水能力越强,其直线斜率越大。此外,流体的运动黏度越大,其流动阻力也越大,从而导致微裂隙渗流的平均流速越小,且流体的运动黏度与平均渗流流速呈反比例关系。     

着陆气囊缓冲过程数值模拟研究

目的 对某大型空降装备着陆缓冲系统的可排气型气囊缓冲过程进行数值模拟研究。方法 基于有限元方法, 建立着陆缓冲系统的有限元模型, 采用控制体积法, 利用显式动力分析软件LS-DYNA对着陆气囊的缓冲过程进行数值模拟, 分析了气囊缓冲过程中气囊内压、 气囊剩余高度和气囊排气速率等特性的变化规律, 以及气囊织布的弹性模量、 排气压力和排气口面积等主要参数变化时对气囊缓冲特性的影响规律。结果 对气囊的缓冲特性影响较大的参数为气囊的排气压力和排气口面积, 当气囊织布的弹性模量高于0.2 GPa时, 弹性模量的变化对气囊的缓冲特性影响较小。结论 研究结果可为工程人员进行气囊初始设计和对气囊缓冲过程进行模拟仿真提供参考。     

雷管爆炸产物与破片飞散过程研究

运用高速摄像技术探究钢壳平底、凹底雷管爆炸产物与破片的飞散规律,同时对不同管壳材质的凹底雷管反转弹丸的速度变化规律进行探究。研究表明:钢壳凹底雷管爆炸产物径向运动速度大于平底雷管;钢壳凹底雷管爆炸后,其聚能穴翻转变形产生反转弹丸,反转弹丸的头部速度在尾部拉应力的作用下逐渐下降;雷管爆炸95μs后,反转弹丸头部和尾部断裂,拉应力作用消失,头部速度骤然升高达到最大值;在距离雷管底部270mm内,钢壳凹底雷管反转弹丸的头部速度为1 440m/s,铜壳为3 204m/s,铝壳为6 350m/s。     

雷管爆炸产物与破片飞散过程研究

运用高速摄像技术探究钢壳平底、凹底雷管爆炸产物与破片的飞散规律,同时对不同管壳材质的凹底雷管反转弹丸的速度变化规律进行探究。研究表明:钢壳凹底雷管爆炸产物径向运动速度大于平底雷管;钢壳凹底雷管爆炸后,其聚能穴翻转变形产生反转弹丸,反转弹丸的头部速度在尾部拉应力的作用下逐渐下降;雷管爆炸95μs后,反转弹丸头部和尾部断裂,拉应力作用消失,头部速度骤然升高达到最大值;在距离雷管底部270mm内,钢壳凹底雷管反转弹丸的头部速度为1 440m/s,铜壳为3 204m/s,铝壳为6 350m/s。     

LY6铝合金的局部腐蚀行为研究

探讨LY6合金的局部腐蚀行为对扩大其应用范围意义重大,采用加速腐蚀试验和微观腐蚀形貌观察等方法,研究了经自然时效处理的LY6铝合金在含Cl-的典型环境中的点蚀、晶间腐蚀、应力腐蚀断裂和剥蚀等局部腐蚀行为,并讨论了它们的机理和相互关系.在试验环境下,LY6铝合金对点蚀、晶间腐蚀、剥蚀和应力腐蚀断裂都存在敏感性,合金中S相(Al2CuMg)、θ相(CuAl2)及MnAl6等第二相的存在是发生上述局部腐蚀的根本原因.研究表明,合金的剥蚀是一个从点蚀发展到晶间腐蚀,然后在应力协同作用下发生破坏的过程.恒载荷应力腐蚀拉伸法和断口形貌观察发现,LY6铝合金应力腐蚀断裂是由于阳极溶解作用的结果.     

非均匀材料破坏过程数值模拟的边界元法研究

用格子模型和统计分布模拟非均匀材料性质的初始分布,针对二维非均匀材料格子模型建立了重复多子域边界元法求解方程。通过把各行子域集成为亚子域,然后对链状排列的亚子域应用域转移矩阵法进行求解。由于使用的域转移矩阵法对内存的要求仅略大于一个亚子域的求解,以及重复多子域法只需要进行一次系数矩阵积分,因而可以大大提高求解的规模和效率。在此基础上,对非均匀脆性材料在简单载荷作用下的破坏过程进行了数值模拟。采用重复多子域法和域转移矩阵法,可以得到子域内高精度的连续应力分布,为进一步研究非均匀材料裂纹萌生、扩展和破坏过程提供了基础。     

空炉冷态和满装炉量下真空高压气淬过程流场与温度场数值模拟和实验研究

本文采用标准的k-ε三维紊流模型,利用FLUENT软件对喷嘴型真空高压气淬炉中空炉冷态流场和工件满装炉量下气固耦合流动传热过程进行了数值模拟计算.建立了符合实际的控制方程和简化物理模型,对空炉冷态下炉内的气体流动特征点进行流速测量,通过实测值与计算机模拟结果进行对比,验证了流场模拟计算的准确性和适用性;预测了满炉状态下炉区内的气体流动和工件温度分布,实测了指定工件的冷却曲线,比模拟冷却时间慢,误差在10％以内.     

NiTi合金动态断裂过程的实验和数值方法研究

为获得Ni Ti合金的动态起裂韧度和动态扩展速度与动态加载率之间的定量变化规律。利用分离式霍普金森压杆(SHPB)测试系统对单边三点弯曲试样(SENB)进行冲击加载试验,采用实验-有限元相结合的方法,获得动态断裂参数随时间的变化规律。SENB试样裂纹起裂时刻和裂纹扩展速度由粘贴在裂纹尖端的裂纹扩展计(CPG)测定。采用上述方法和数据获得Ni Ti合金的I型动态起裂韧度和动态扩展速度。实验结果表明:裂纹扩展计测得的起裂时刻与粘贴在同一试样上的监裂应变片测得的结果基本相符,因此可以利用裂纹扩展计代替传统的监裂应变片来监测裂纹起裂时刻,并获得Ni Ti合金的起裂韧度。同时,可以利用裂纹扩展计(CPG)获得裂纹动态扩展过程,绘制出裂纹扩展速度与时间的关系曲线,从而探讨Ni Ti合金的动态断裂韧度和裂纹扩展速度与动态加载率之间的定量变化规律。     

铜锡青铜合金腐蚀过程中的电化学与微结构特征研究

采用电化学分析技术,如开路电位(OCP)、极化曲线(Tafel曲线)、电化学阻抗谱(EIS)等,并结合显微组织观察研究不同锡(Sn)含量的青铜合金在NaCl、Na_2SO_4溶液中的腐蚀过程。结果显示高Sn锡青铜具有更好的耐腐蚀性;对锡青铜合金中显微组织的观察发现α相的点蚀坑明显多于δ相,表明在电解质溶液中α相更易发生腐蚀。本研究为古代青铜器的锈蚀防护提供了基础数据,具有较重要的指导价值。     

腐蚀环境中Q420qD钢十字接头的疲劳性能试验与数值研究

钢结构疲劳破坏是交变荷载长期作用下的结果,严重影响结构安全,尤其是腐蚀介质的存在,理论上就更加难以准确估计其破坏时间.采用试验和数值模拟方法,研究了腐蚀环境中Q420qD钢十字接头的疲劳性能.同时,基于S-N曲线法预测了十字接头的疲劳强度,并与相关规范进行对比分析.结果 表明:角焊缝焊趾边缘位置含8个腐蚀坑的数值仿真结...