轻质热塑性复合片材的制备技术与应用

轻质热塑性复合片材除了优异的比强度外，还具有A级表面、成型加工容易、制品设计自由度大等优点，近年来发展非常迅速。本文介绍了它的几种制备方法，重点关注国家专利技术——喷动流化法。由于其独特的性能特点，轻质热塑性片材必将在汽车、交通等领域获得更为广泛的应用。     

轻质热塑性复合片材热成型因素分析

着重研究了玻璃纤维增强聚丙烯轻质热塑性片材(LWRT)热成型制备汽车衬顶的工艺因素中预热温度和时间、模具温度、保压及冷却、封面材料的选用等对制品结晶度、表面质量、力学性能和隔热吸声性能的影响;并对其内在原因进行了探讨。结果表明,利用该热成型工艺条件制得的材料,其热导率明显低于GMT材料的热导率,具有更好的隔热性能。     

界面Rayleigh对流现象模拟的格子Boltzmann方法

采用格子Boltzmann方法中带有双分布函数的LBGK模型,在介观尺度上实现了对气液传质过程中界面对流现象的模拟,比较了不同Sc数、Ra数以及有局部浓度扰动的界面溶质扩散,对发生界面Rayleigh对流的临界条件进行了研究,发现临界Ra数在1.0×104—2.0×104之间。模拟结果和已有实验现象一致,证明双分布的LBGK模型适用于界面对流及扩散现象的模拟。     

采用格子Boltzmann方法模拟解吸过程中的Rayleigh对流

应用二维非稳态格子Boltzmann方法研究了异丙醇-水溶液和丙酮-乙酸乙酯溶液解吸过程中Rayleigh对流的临界开始时间、流动特征及其对界面传质的影响,并与相关文献对比. 结果表明,临界开始时间随界面浓度增加呈先缓慢增大再迅速增大最后趋于稳定的变化趋势. Rayleigh对流结构经历了从有序到无序的发展过程,是不断更新的耗散结构. Rayleigh对流主要作用于液相主体,使液相主体具有较大的湍动速度(10-4~10-3 m/s). 液相主体中存在许多循环流动,促进了界面更新及界面与液相主体之间液体的交换与混合. 传质增强因子(介于2~6之间)表明Rayleigh对流能有效提高解吸过程传质速率,强化界面传质过程.     

稀土浸出过程溶质传递的格子Boltzmann模拟

采用耦合传质的格子Boltzmann方法模拟风化壳淋积型稀土矿中稀土浸出的溶质传递过程,在验证模型有效性的前提下,获得了稀土矿填充孔隙中流体流动的速度分布和伴随流动过程的溶质浓度分布. 通过考察浸取流速对溶质传递过程的影响,得到最佳浸取流速,约为0.25~0.35 mm/s,使溶质传递效率最高. 浸取流速小于0.2 mm/s导致浸取周期过长、浸取剂消耗量大;浸取流速大于0.4 mm/s引起沟流,导致稀土不能有效地浸出. 此外,模拟所得传质舍伍德数Sh随雷诺数Re的变化关系与经验关系式吻合,表明提出的模型可用于预测稀土浸出过程的溶质传递规律.     

运动颗粒对传质过程影响的格子Boltzmann模拟

颗粒的主动运动对传质过程有重要影响.以表面恒浓度的二维球形颗粒为研究对象,采用耦合传质的格子Boltzmann方法(LBM)模拟了颗粒在自旋和振动两种情况下的相间传质过程.选择浸入运动边界法和非平衡态外推法处理运动颗粒边界,研究了颗粒自旋速度、颗粒振幅及振动频率对传质过程的影响.结果表明,中等雷诺数的自旋颗粒绕流中,随...     

钙基吸收剂吸收CO2过程的格子Boltzmann模拟

近年来,利用CaO吸收烟气中的CO2越来越受到国内外研究者的关注。考虑到单松弛格子Boltzmann模型(LBGK模型)在模拟多孔介质内流动时存在的不足,采用了多松弛(MRT)格子Boltzmann方法来研究多孔CaO吸收CO2的过程,并分析了不同参数,如Damkohler数(Da)、摩尔体积比和CaO颗粒的粒径对CaO转化率的影响。研究结果表明：当Da越大或者摩尔体积比越大时,CaO的转化率会越来越低;另外,如果CaO颗粒的粒径越大,其转化率也将会越低。这些结论定性上与实验结果是吻合的。     

玻璃纤维毡增强热塑性复合片材的研制和应用

本文简要介绍了玻璃纤维毡增强聚丙烯片材的研制，性能和应用。     

分形多孔介质传热传质过程的格子Boltzmann模拟

针对自然界中实际多孔介质具有的分形特性和随机性,利用中点替代算法和二值化处理构造统计上具有分形特性的随机多孔介质。分析了所构造的多孔介质盒维数与Hurst指数之间的关系。基于随机分形构造的原理,对二维实际多孔介质图像进行了重构。利用两点相关函数,分析了重构图像的结构相关性,并与实际目标多孔介质的结构特征进行比较。在与解析解对比验证的基础上,将基于二元混合理论的格子Boltzmann模型(LBM)用于模拟多孔介质内流体扩散过程。通过计算不同分形特性的二维多孔介质的有效扩散系数,研究了重构多孔介质的分形维数与有效扩散系数的关系。利用热耦合LBM模型计算多孔介质内传热过程,分析了不同的分形特性对多孔介质蓄热过程的影响。     

气泡群上升过程相互作用的格子 Boltzmann三维数值模拟

应用格子Boltzmann自由能模型,在三维空间里模拟了大密度比气泡群在静止的黏性不可压缩流体中上升过程以及它们之间的相互作用。为了避免气液密度比过大造成数值不稳定问题,采用八点差分和十八点差分格式分别求解一阶1586Φ和二阶1586²Φ。模拟结果表明,气泡的初始大小和初始位置影响上升气泡周围的流场以及形状变化。当直径相同的气泡群上升时,位置靠下的气泡会受到位置靠上气泡尾迹的影响,并有很明显的形状变化。气泡之间的影响程度取决于两气泡之间的距离及相对位置,并且随着距离增加而逐渐减小。然而直径不同的气泡群上升时,不管初始位置如何,大气泡总会对小气泡造成强烈的影响。     

分形多孔介质传热传质过程的格子Boltzmann模拟

针对自然界中实际多孔介质具有的分形特性和随机性,利用中点替代算法和二值化处理构造统计上具有分形特性的随机多孔介质。分析了所构造的多孔介质盒维数与Hurst指数之间的关系。基于随机分形构造的原理,对二维实际多孔介质图像进行了重构。利用两点相关函数,分析了重构图像的结构相关性, 并与实际目标多孔介质的结构特征进行比较。在与解析解对比验证的基础上,将基于二元混合理论的格子Boltzmann模型（LBM）用于模拟多孔介质内流体扩散过程。通过计算不同分形特性的二维多孔介质的有效扩散系数,研究了重构多孔介质的分形维数与有效扩散系数的关系。利用热耦合LBM模型计算多孔介质内传热过程,分析了不同的分形特性对多孔介质蓄热过程的影响。     

Lattice Boltzmann simulation of biofilm clogging and chemical oxygen demand removal in porous media

Understanding mechanisms of controlling the bacteria growth and degradation of pollutants is critical for effective improvements in water treatment and bioremediation in porous media. In this study, we developed an integrated model of individual-based model and multicomponent lattice Boltzmann method to study interactions of oxygen, bioclogging, chemical oxygen demand (COD) removal, and their influence on growth and permeability of microbial biofilms. We found biofilm growth to be very heterogeneous on the surface of the solid matrix and pores. There is a biofilm porosity threshold. Beyond this threshold, the porosity of biofilm has no obvious influence on the flow rate and COD removal. We also studied the influence of initial cell populations, bulk oxygen concentration and biofilm permeability on the flow rate and COD removal. It demonstrated the capability of the present model to investigate biofilm growth, clogging and contaminants degradation in porous media, and its potential applications in water treatment.     

电场作用下液滴分裂动力学行为的格子Boltzmann模拟

采用格子Boltzmann方法（LBM）伪势模型,耦合流场和电场控制方程,研究了电场作用下油水共存体系中水滴分裂的动力学行为及特性,借助形变率衡量液滴的形变大小,展现了液滴从形变至分裂的动态演变过程,分析了外加电场大小和液滴内外介电常数比对液滴分裂行为的影响。结果表明：外加电场能促使液滴发生振荡形变,且存在临界电毛细数和临界介电常数比决定液滴是否发生分裂：高于临界值,液滴形变率振荡幅度随时间不断增长,最终发生分裂;低于临界值,则液滴形变率振荡幅度不断衰减,并最终趋于一稳定值。在此基础上,综合考虑电场强度与介电常数比的影响,提出了基于现有电毛细数的修正电毛细数唯一地表征电场作用下液滴分裂与否。     

单气泡沿倾斜绝热表面运动特性的LBM方法研究

气泡沿斜面运动现象在工业生产中广泛存在,采用格子Boltzmann方法(LBM)研究单个气泡沿倾斜绝热表面的运动过程,考察气泡的初始直径、斜面倾角、Eotvos数(Eo)对气泡的变形和气泡形心与斜面垂直距离的影响,探讨相同初始直径的气泡沿斜面运动的稳定终态速度与倾角和Eo之间的关系。通过模拟得出气泡沿斜面的运动规律:斜面倾角越大,气泡前后端不对称性越大;气泡在上升过程中,形心轨迹与斜面保持平行;当倾角大于45°时,形心与斜面的垂直距离和Eo变化一致,当小于45°时,变化相反;相同初始直径气泡的稳定终态速度随倾角和Eo的增加而增加。     

多孔介质内流体流动的格子Boltzmann模拟

采用格子Boltzmann方法模拟多孔介质内的流动过程,通过预测渗透率,比较了单松弛模型、多松弛模型和熵格子模型在多孔介质计算中的优劣,为研究多松弛模型中各自由参数的影响,选择了12种组合进行模拟,此外,还将大涡模拟与格子Boltzmann方法相结合模拟了多孔介质内高Reynolds数下的流动及流型的转变。结果表明：单松弛模型和熵格子模型预测的渗透率随黏度逐渐增大,而多松弛模型得到的结果随黏度变化很小,另外,多松弛模型中不同松弛参数的组合对结果有较大的影响,通过比较推荐了模拟多孔介质时的最佳组合,计算结果与经验公式吻合较好。大涡模拟与多松弛模型结合较好地预测了多孔介质内流型的转变,Reynolds数越大,多孔介质内的涡越多,并且变大。     

陶瓷过滤管基体内三维气体流动的格子Boltzmann方法模拟

将格子Boltzmann（LB）方法用于研究陶瓷过滤管基体内的小Reynolds数单相气体流动。模拟中所用多孔介质结构由计算机随机生成。计算了过滤介质内阻力系数和Reynolds数间的关系,并将计算值与Blake-Kozeny方程和Ergun方程的解析值进行了对比,两者吻合。通过计算可以对多孔介质内的微观速度特征进行分析,得出了微观速度的变化规律,即在孔隙通道中,流体速度分布呈近似抛物线,在有效直径最小的截面上局部速度达到最大值;在孔隙结构的某一固定位置点处,其局部速度与表观过滤速度的比值是固定不变的。     

格子Boltzmann方法模拟高Darcy数多孔介质内融化传热过程

采用Brinkmann-Forchheimer-Darcy方程描述多孔介质内流动过程,并通过选择合适的平衡态分布函数及非线性源项形式构建出表征融化相变温度场的分布函数演化方程。应用格子Boltzmann模型模拟了方腔内无多孔介质以及填充多孔介质自然对流融化传热过程,模拟结果与其他文献结果吻合较好,模型的正确性得到了一定的验证。模拟结果还表明液相的自然对流对融化传热过程有着重要的影响,并且在高Rayleigh 数或高Darcy 数情况下作用更强。在高Darcy 数情况下由于非Darcy效应的存在,增大Rayleigh 数以强化融化传热的效应要大于提高同样倍数Darcy 数的效应。