基于格子玻尔兹曼方法的低We数液滴铺展凝固模拟研究

为了研究3D喷墨打印中液滴在壁面的铺展、凝固现象与机理,基于格子玻尔兹曼方法(Lattice Boltzmann method,LBM),建立了三维多组分相变模型,模拟计算了单液滴在低We数条件下与低温基板碰撞后的演变过程。在模拟过程中考虑了壁温、壁面润湿性等因素对于液滴的铺展、凝固的影响。模拟结果表明,在非润湿性壁面,液滴铺展产生震荡阻尼现象,通过改变壁温控制液滴凝固速度可以达到阻碍或者促进液滴铺展;而在润湿性壁面,凝固会阻碍液滴铺展,液滴最终铺展因子随接触角减小而降低,并且与壁温成正比关系。此外,壁温在低于一定范围后才会对液滴形貌(铺展因子、接触角)造成明显影响。     

液滴干燥过程的模拟研究

为更直观地体现液滴蒸发历程,详细分析液滴内部溶剂浓度与液滴比热、液滴表面饱和蒸气压、溶剂扩散系数之间的耦合关系,建立同时考虑液滴内部温度梯度变化及浓度梯度变化的单液滴蒸发模型,并基于网格重构技术解决液滴蒸发过程中的动边界问题,分别以纯水滴和硫酸钠溶液液滴蒸发为例,模拟分析不同操作工况下,液滴滴径、液滴内部温度梯度及溶质浓度梯度的瞬态变化。结果表明:数值模拟的结果与实验结果基本吻合。     

不同冷却条件下Al-Si/SiC颗粒系统二维凝固过程数值模拟

本文采用多相流模型对不同冷却条件下Al-Si/SiC系统二维凝固过程进行了数值模拟,对顶面冷却、底面冷却、侧面冷却和四面冷却条件下,无颗粒、小颗粒和大颗粒的情况进行了研究。溶质分布表明:对于分凝系数小于1的合金,先凝固的地方出现负偏析,后凝固的地方出现正偏析。顶面冷却和底面冷却时会出现A型偏析,侧面冷却和四面冷却时出现V型偏析。共晶分布验证了Scheil方程,共晶的产生会受到宏观偏析的影响,而且大颗粒的堆积会抑止共晶的产生。     

脉冲微孔法制备均匀微粒子过程中液滴振动机理的模拟研究

主要模拟了脉冲微孔喷射法(POEM)制备均一微粒子过程中液滴振动行为以及材料物性值(如粘度、表面张力等)对振动的影响。通过比较不同粒径液滴的振动时间和开始凝固时间,揭示不同气氛下获得高圆球度微粒子的规律。结果表明最初产生的液滴存在振动现象,随着振动的减弱液滴逐渐振动为球形;当表面张力增加时,液滴的振动频率增加,振动时间减小;粘度增加时,振动频率几乎不变,但振动时间显著减小;对于熔点较低的材料,适合选用Ar作为冷却气体;制备的粒子粒径越小,越容易获得较高的圆球度。     

连续冷却快速凝固过程中相组成的计算模型

基于平面流铸快速凝固过程的牛顿冷却方式假定和过冷熔体中的枝晶生长理论 ,提出了凝固相重量分数计算的物理模型和数学计算方法。该模型可对快速凝固过程不同相的过冷度、晶体的生长速度以及最终的相组成进行半定量的计算和预测。Ni3 1 5Al68 5合金条带的快速凝固过程的计算结果和试验测定数据有较好的吻合。     

连续冷却快速凝固过程中相组成的计算模型

基于平面流铸快速凝固过程的牛顿冷却方式假定和过冷熔体中的枝晶生长理论，提出了凝固相重量分数计算的物理模型和数学计算方法。该模型可对快速凝固过程中不同相的过冷度，晶体的生长速度以及最终的相组成进行半定量的计算和预测。Ni31.5Al68.5合金条带的快速凝固过程的计算结果和试验测定数据有较好的吻合。     

液氮浴中不锈钢板动态冷却过程试验及模拟分析

以液氮为介质,通过测量不锈钢平板试件在液氮浴中的动态温度分布,在实测降温曲线同根据经验公式模拟得到的降温曲线进行对比的基础上,对低温沸腾换热过程中临界热流密度和最小膜态沸腾热流密度所对应的温差进行了修正,为更准确地模拟深冷处理中的降温过程提供了指导。利用修正参数对不锈钢平板进行了模拟分析。     

单晶铸件凝固过程工艺优化的数值模拟

采用ProCAST软件系统研究了LMC(Liquid Metal Cooling)以及HRS(High Rate Solidification)工艺下,不同工艺参数对单晶铸件凝固过程中纵向温度梯度、温度梯度角、凝固界面位置的影响。结果表明:HRS工艺受型壳厚度影响很小,型壳表面的辐射散热是HRS工艺的主要影响因素,型壳的导热或者型壳和合金之间的换热是LMC工艺的主要影响因素;提高保温炉温度有利于提高纵向温度梯度;拉速是影响定向凝固最重要的参数,随拉速的增加,单晶铸件的纵向温度梯度先增大后减小,因此,制备不同合金铸件时应当采用不同的拉速;不同浇注温度时,经过10min的静置时间后,单晶铸件的初始温度分布趋于一致,对后续凝固过程影响很小。提出了以纵向温度梯度G∥、温度梯度角θ以及凝固界面位置Rp考察定向凝固工艺参数优劣的标准,纵向温度梯度、温度梯度角、凝固界面位置是评价定向凝固参数优劣的有效手段。     

DOD 式压电喷墨打印系统液滴形成过程的数值模拟

目的研究DOD式压电喷墨打印系统液滴形成过程。方法简化压电式喷墨打印头的几何模型,建立基于流体体积法的流体仿真模拟系统,模拟给定压力条件下液滴生成的全过程,并以此进行数值实验来评估油墨的表面张力和黏度对喷墨中液滴形成形态的影响。结果给出不同瞬间液滴的形态,得出适合于给定条件的最优参数组合。引入流体力学中的无量纲常数Z,评价表面张力和油墨黏度在耦合作用下液滴的成形状态。确定表面张力约为40 mN/m、黏度约为10 Pa·s、无量纲常数Z为4.56的油墨能够得到理想的单液滴喷射形态。结论将仿真的结果应用到实验中,对比分析可知吻合较好,证明了数值模拟的可靠性。     

注塑成型冷却过程的数值模拟

采用循环平均假设,忽略模壁温度的周期变化,将模具的传热简化为三维稳态热传导总是,考虑到注射模的结构特点（型腔为狭缝面,冷却孔细长）,推导出求解其温度场的边界积分方程;注塑件的传热简化为一维瞬态热传导,给出确定其冷却时间及表面循环平均热流的方法;通过模具及塑件传热的耦合迭代分析,使模具－塑料件界面的温度和热流满足相容条件,最终确定模具型腔的温度分布及塑件的冷却时间。最后通过一个例子说明数值模拟在冷却系统设计中的应用。     

带冷量回收的污氦气冷凝纯化方法

以HYSYS为工具对氦冷凝纯化的影响因素进行了理论分析,为氦冷凝纯化的纯化压力选取提供了依据。同时,对冷凝纯化过程中的冷量回收利用方式进行了理论研究,提出了对杂质冷凝液节流后回热的新方法,经过模拟计算,提高了氦冷凝纯化的经济性。     

BEPCII SSM磁体控制阀箱内氦冷却管线热应力分析

北京正负电子对撞机重大改造工程(BEPCII)超导螺线管磁体(SSM)的控制阀箱是该磁体低温冷却系统的主要设备之一,用来分配、调节和控制超导磁体及其电流引线的冷却介质流量。低温下磁体超导导线及其冷却管会产生冷缩变形,变形量要在控制阀箱内给与补偿。同时阀箱内来流和回流氦冷却管线布置紧凑,需要判断是否要采取措施来补偿冷缩变形。本文运用有限元分析软件ANSYS对BEPCII SSM控制阀箱内冷却管线的热应力进行模拟及分析,从而为该阀箱内冷却管线的设计及布局提供理论依据。     

基于液氮冷源超导磁体氦气循环预冷系统设计

为了提高超导磁体300-80 K预冷过程中的降温效率和安全性,开发了一种新的预冷方法.设计了一台以液氮为冷源、氦气为循环介质的可控温预冷装置,对其内部结构进行了优化设计,包括低温风机、板式换热器、气动调节阀、翅片换热器等主要组成部分,整个装置与磁体构成一个闭合循环系统.在预冷装置的作用下,该超导磁体从300 K到80 ...     

6.5%Si高硅钢铸锭凝固组织的CAFE法模拟研究

应用CAFE法对6.5%Si高硅钢铸锭凝固组织进行了模拟研究,确定出了适合高硅钢组织模拟的模型。进一步用该模型研究了过热度及冷却条件对凝固组织的影响,结果表明,随着过热度的降低,凝固组织中柱状晶比例和晶粒平均面积均减小。水冷条件下,高硅钢铸锭凝固组织几乎全是柱状晶,而且晶粒粗大。空冷条件下,等轴晶区扩大,但柱状晶仍占主要部分。缓冷条件下,等轴晶区占主要部分,晶粒平均面积和空冷条件下相当。     

Numerical study of flow and heat transfer of superfluid helium in capillary channels

A modified two-fluid model is adopted to study flow and heat transfer of superfluid helium in a microchannel with a diameter as small as that of a superleak in a fountain effect pump. Variable properties of superfluid helium and energy dissipations due to the two-fluid mutual friction and the friction at the channel wall are fully taken into consideration. It is found that the normal fluid component flow is not trivial even in a channel with diameter of a micrometre, and that there exists an optimum diameter for the maximum mass flow rate. The flow of superfluid helium through a channel with different temperatures at the ends differs considerably from that of a Newtonian fluid. The strong dependence of the thermodynamic properties on temperature and pressure, as well as the internal-convection mechanism are found to be the causes of the unique flows.     

悬浮分散固化法制备地质聚合物微球的研究

采用悬浮分散固化法,将矿渣、硅酸钠溶液和水制成的地质聚合物浆料滴入温度恒定的二甲基硅油中,分散固化制备地质聚合物微球。通过X射线粉末衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、超高速智能粒度分析仪对地质聚合物微球进行分析表征,研究了二甲基硅油温度、分散机转速及二甲基硅油黏度对地质聚合物微球粒径和球形度的影响。结果表明,当保持硅油温度为50℃,直径小于150μm的微球含量最高。当分散机的转速为5000r/min时,1.0~10.0μm微球含量达到19.40%,10.0~30.8μm微球含量达到36.17%。当二甲基硅油黏度为1000mm²/s时,1.0~30.8μm微球含量达到48.19%。由XRD分析可知,制备的地质聚合物微球并没有改变矿渣的晶体结构,说明煅烧去除了微球表面和孔道中残留的二甲基硅油。从BET分析可知,微球具有较高的比表面积和介孔结构,为催化剂载体、吸附剂、水污染处理等方面的应用提供了活性位点,更有利于离子的扩散,具有很广泛的应用前景。     

微重力条件下分离结晶过程中熔体热毛细对流的数值模拟

用有限差分法对微重力条件下分离结晶生长中的熔体热毛细对流进行了数值模拟,熔体的深径比A取1和2,自由界面无因次宽度B取0.05,0.075和0.1;得到了分离结晶Bridgman生长过程中熔体热毛细对流的流函数分布和温度分布图,研究了流型的演变过程和流动的失稳机制.结果表明:当Marangoni(Ma)数比较小时,流动为稳态流动并只存在于自由界面附近,随着Ma数的增加,流动增强并逐步向熔体内部扩展,熔体内部温度分布的非线性性增加,自由界面速度增大;Ma数超过某一临界值后,流动转化为非稳态流动;流动失稳的物理机制是流速的变化和阻力的变化之间存在滞后.     

冷却速率对1Cr18Ni9Ti钢高温脆性区凝固组织的影响

连铸过程中裂纹主要产生在凝固末期的高温脆性温度区间,凝固组织对其影响巨大.结合相图并利用示差扫描量热仪(DSC)、定向凝固实验系统和Gleeble-3800热模拟实验机,在对1Cr18Ni9Ti奥氏体不锈钢的熔化和近平衡凝固过程进行分析的基础上,研究了冷却速率对奥氏体不锈钢高温脆性区凝固组织的影响.研究表明,1Cr18Ni9Ti钢的近平衡凝固模式为FA型,随着冷速的加大,铁素体的形态从晶内骨骼状分布转变到晶间不规则块状分布,其含量也有所提高.     

工艺参数影响冷坩埚熔铸Ti6Al4V温度场计算

为有效利用冷坩埚,更优控制工艺参数,获得良好冶金质量的铸棒,计算了冷坩埚连续熔铸与定向凝固Ti6Al4V温度场,对冷坩埚熔凝条件下的边界条件、驼峰和运动单元作相应处理.计算结果表明:在52kW,抽拉速度为1.2、3、4.8、6mm/min时,随抽拉速度增加,送料棒熔化量减小,驼峰过热度变小,凝固界面位置下移,形状变凹;抽拉速度为1.2mm/min时为平凝固界面.在抽拉速度为3mm/min,功率为44、48、52kW和56kW时,随功率增大,送料棒熔化区域变大且过热度增加,驼峰体积增大且过热度增加,凝固界面位置下移,形状变凹;48kW时为平凝固界面.工艺参数对凝固界面的影响计算结果与实验结果基本一致.