增材制造技术粉床的数值模拟与分析

选择性激光烧结等增材制造工艺中粉床特性对成型工艺有重要影响。针对颗粒粒径分布类型和层厚等对粉床特性有影响的问题,通过分析增材制造技术中粉床填充过程,提出了一种基于离散元法的增材制造粉床的数值模拟分析方法,分析论述了不同粒径分布和不同层厚对粉床填充性能的影响。结果表明：单一粒径粉床和粒径高斯分布粉床的填充密度和平均配位系数均随着层厚的增大而增大,最后趋于稳定;单一粒径粉床和粒径高斯分布粉床的填充密度和平均配位系数在层厚为80μm和400μm时均大致相等,在其它层厚时,粒径高斯分布粉床的填充密度高于单一粒径粉床的填充密度,且差值随着层厚的增大先增大后减小;单一粒径粉床的平均配位系数高于粒径高斯分布粉床的平均配位系数,且差值随着层厚的增大先增大后减小。这些研究结果可为增材制造粉床颗粒粒径分布类型和层厚选取提供参考依据。     

高温高固气比条件下旋风预热器分级分离效率的研究

在温度分别为15℃、200℃、400℃、600℃、800℃,固气质量比分别为0.5、1.0、1.5、2.0、2.5,风速分别为14 m/s、16 m/s、18 m/s、20 m/s、22 m/s、24 m/s的不同条件下,试验研究温度、固气比和风速对旋风预热器分级分离效率的影响,结果表明:物料颗粒直径dp≤1μm时,分级分离效率很高;临界粒径随着风速的提高而减小,随着固气比的增加而减小;临界粒径随着温度的升高逐渐增大,400~600℃时达到高点,随着温度的继续升高临界粒径反而变小.     

煤液化多相流输送管道冲蚀磨损分布预测及分析

针对煤化工中多相流管道系统的冲蚀磨损问题,运用Fluent软件构建流体动力学模型,获得磨损速率与管道位置的关系,用来预测磨损减薄的主要区域。数值计算结果表明:随着管道直径的增加,其最大磨损速率降低;曲率半径为3倍公称直径时,弯头的磨损率较小且均匀;颗粒形状越接近于球形,磨损率越低;当磨损颗粒粒径小于200μm时,磨损率随着粒径的增大而增大,当粒径超过200μm,磨损率几乎不再变化。对原管道系统进行设计改造,提出了一种结构优化改进方案,计算模拟结果显示优化方案可使其磨损率减小为约原来的1/2。     

轴流旋风除尘器内气固分离特性的数值模拟

为提高轴流旋风除尘器除尘效率,基于CFD-DEM耦合计算方法,分析了进气速度、筒体直径、抽气率等参数对粉尘颗粒在轴流旋风除尘器旋流分离区的运动特性与收集效率的影响。结果表明：进气速度增大或旋流分离区的筒体直径减小,轴流旋风除尘器对细颗粒物分离效率明显增大,在进气速度为20 m·s-1、旋流分离区筒体直径为50 mm的条件下,粒径为2.5μm的粉尘颗粒的分离效率可达到85.6%;采用抽气方式可强化旋流区中已分离粉尘颗粒的沉降,提高轴流旋风除尘器的整体除尘效率,与抽气率为0%相比,在抽气率为5%时,粒径为2.5μm粉尘细颗粒的分离效率可从28.8%增大到63.0%;旋流分离区筒体近壁面0.075D的区域为粉尘颗粒的浓相区,与轴线附近区域的气流发生了明显分离。     

半干法压力旋流式喷嘴雾化性能数值模拟

对压力旋流式脱硫雾化喷嘴雾化特性进行了数值模拟研究,分析了各因素对雾化液滴粒径的影响,得到了喷嘴下游流场内液滴粒径和速度空间分布.计算结果表明:雾化液滴粒径与雾化压力和喷嘴直径成正比,与雾化介质黏度和表面张力成反比;液滴速度沿轴向方向急剧衰减,在距喷嘴200mm处几乎不发生变化,而在径向方向上呈中心低,边缘高的分布;在破碎和聚合的作用下,液滴粒径沿轴向方向呈先减小、后增加的趋势,大颗粒主要集中在雾炬外围.试验结果与计算值基本吻合.     

氮化硼填充聚丙烯复合材料导热性能的数值模拟

基于有限元分析技术,模拟氮化硼（BN）填充量、径厚之比、晶粒取向以及粒径对BN填充聚丙烯（PP）复合材料（BN/PP）导热性能的影响。通过对比数值模拟结果、用理论模型计算的结果和实验结果,验证了数值模拟的可行性。结果表明：随着BN填充量的增加,BN/PP的导热系数不断增大;当BN质量分数低于15%时,提高径厚之比可以改善BN/PP的导热性能,但随着BN填充量的不断增加,径厚之比过大反而会减小BN/PP的导热系数;在固定填充量下,BN/PP的导热系数随着BN晶粒取向角在0～180°内变化而呈现先减小再增大的趋势,且在声子沿BN径向传播热量时为最高;随着BN粒径的增大,在低填充且随机分布的情况下,BN/PP的导热性能有所提高,但对于定向填充来说,增大BN粒径对提升BN/PP导热系数更加有效。     

镁合金表面APS法制备ZrB_2-ZrC基复合涂层

针对镁合金抗烧蚀性差的问题,采用高能等离子喷涂在AZ91镁合金表面引入NiCoCrAlTaY过渡层后制备复合结构陶瓷涂层.复合陶瓷抗烧蚀层结构设计为小颗粒的SiC和ZrO_2填充于大粒径的ZrB_2和ZrC颗粒周围的四组元复合结构.采用球磨机械混合的方法将平均粒径为10μm的ZrB_2和ZrC粉末及平均粒径为1μm的SiC和ZrO_2粉末混合均匀,形成1μm小颗粒的SiC和ZrO_2均匀填充于10μm粒径的ZrB_2和ZrC颗粒的混合结构粉末作为喷涂粉末,通过大气等离子喷涂方法在46.5kW功率条件下制备复合结构陶瓷涂层.研究结果表明:复合陶瓷层内部组织为小尺寸的SiC和ZrO_2填充于大粒径的ZrB2和ZrC颗粒的四组元复合结构,达到四元复合结构的设计,涂层内部颗粒发生明显的扁平化,涂层显微硬度达到1 311kgf·mm~(-2).通过X射线衍射分析发现在涂层制备过程中粉末没有发生明显的相结构改变,透射电子显微镜微区分析表明在ZrB_2和ZrC大颗粒交界处出现B_2O_5Si非晶环带玻璃相的亚稳结构,有利于抗烧蚀性的提高.     

自由下落非均一粒径颗粒流的流场特性

利用DPM-CFD模型对非均一粒径颗粒流自由下落过程中气流速度的分布规律、颗粒的扩散和运动特性进行了研究,模拟结果与实验及理论吻合良好.研究发现,空气在轴心处形成射流,其周围有漩涡产生;气流速度沿径向先减小后增加,之后再次呈现下降趋势,在轴心处速度最大,且沿轴向增加;颗粒物浓度沿径向减小,扩散半径随粒径减小而增加;随着颗粒流的下落,颗粒速度的增幅由快到慢,逐渐趋于平缓;在小颗粒中混入大颗粒可使小颗粒沉降速度减小.     

煤液化多相流输送管道冲蚀磨损分布预测及分析

针对煤化工中多相流管道系统的冲蚀磨损问题,运用Fluent软件构建流体动力学模型,获得磨损速率与管道位置的关系,用来预测磨损减薄的主要区域.数值计算结果表明:随着管道直径的增加,其最大磨损速率降低;曲率半径为3倍公称直径时,弯头的磨损率较小且均匀;颗粒形状越接近于球形,磨损率越低;当磨损颗粒粒径小于200 μm时,磨损率随着粒径的增大而增大,当粒径超过200 μm,磨损率几乎不再变化.对原管道系统进行设计改造,提出了一种结构优化改进方案,计算模拟结果显示优化方案可使其磨损率减小为约原来的1/2.     

双层气雾化喷嘴突出高度的数值研究与分析

采用计算流体软件Fluent数值模拟的方法,通过对双层气雾化喷嘴气流场、颗粒粒径以及温度场的数值模拟,研究分析了导液管突出高度对气流场、颗粒粒径以及温度场的影响．研究结果表明,模拟结构中导液管突出高度为6mm时气流场结构最优,雾化所得粒径最小．此外,论文总结了气雾化过程中液滴在特殊气流场中破碎的主要过程,为双层气雾化喷嘴结构设计及机理研究提供了理论依据．     

CFB-FGD布袋除尘器内气固流动特性的数值模拟研究

采用k-ε双方程湍流模型和离散相模型对循环流化床烟气脱硫(CFB-FGD)布袋除尘器内气固两相流动进行了数值模拟,分析了进口烟道结构形式、气流均布板和锅炉负荷等对改进前后布袋除尘器的流场分布、阻力特性及颗粒相流动状况的影响规律.模拟结果表明,渐扩型进口烟道和具有一定开孔率的气流均布板可很好地改善除尘器内流场分布的均匀性.与布袋除尘器原型相比,改进型除尘器内的颗粒流动更加均匀,同时灰斗积灰对颗粒相均匀分散有一定的改善作用.不考虑粉尘堆积情况下,改进型布袋除尘器总阻力损失与锅炉负荷满足二次函数关系.     

单一矩形纤维扩散效率的数理模型

假设布朗扩散为主要的粒子捕集机理 ,以垂直于流向且平行排列的矩形纤维的模型过滤器为研究对象 ,得出了单一矩形纤维扩散效率的数理模型     

一种新型的窄线宽光纤滤波器特性的研究

提出了一种用于单纵模光纤激光器的具有较宽的有效自由光谱范围（FSR）的窄线宽滤波器,该滤波器由一个高双折射光纤（HBF）环嵌套于Sagnac环形镜构成。首先从理论上得到了该滤波器的透射率表达式,然后对该滤波器的特性进行了数值分析。研究结果表明：由于分别沿着HBF的快慢轴运行的光之间会产生游标效应,从而可以获得具有较大的有效FSR的窄带透射峰。当HBF环的无源损耗得到适当补偿后,边峰抑制比能达到6 dB,且该窄线宽滤波器的这些特性与输入光的偏振态无关。在此基础上设计了一种1 053 nm光信号的窄线宽光纤滤波器。     

氨气法制备氢氧化镁的研究

以硼镁肥精制液硫酸镁为原料,通过氨气法制备花瓣状氢氧化镁.研究搅拌速度、反应温度、氨气流量等因素对氢氧化镁粒径形貌的影响.采用X射线衍射仪（XRD）、扫描电镜（SEM）和激光粒度分布仪等对MH（Mg（OH）2）粉体的晶型、粒度、形貌进行表征.实验结果表明：在大流量氨气条件下,氨气流量为8 333 mL/min时,产品的表观粒径随合成温度的升高而减小.反应温度45℃,氨气流量80 mL/min时,氢氧化镁形貌一致,分散性良好,容易过滤,其产率在80.1%左右.     

液柱在激波冲击下RM不稳定性和破裂过程的数值计算

对液柱受到激波冲击后在气流中的变形断裂过程进行了数值计算,研究了在该过程中RichtmyerMeshkov（RM）不稳定性的具体表现。应用Fluent软件,数值模拟了二维（2D）和三维（3D）液柱在激波马赫数为1.10、液柱初始直径为2.76mm的情况下,气/液界面上RM不稳定性的演化过程以及液体周围的流场。计算结果表明,初始扰动数目对RM不稳定性的影响显著;液柱在横截面平面（Z方向）发生变形失稳,导致沿液柱轴向出现变形失稳。数值计算的结果与已有的实验结果吻合较好。     

泄漏油品在不同颗粒直径土壤中扩散范围计算

针对油品在不同颗粒直径的土壤中渗透范围计算问题,借助CFD软件建立土壤多孔介质中油水两相流动的三维流动传质耦合模型。模拟结果表明,油品在0.5mm和0.221mm较大颗粒土壤中的泄漏范围是以U形区域扩散;在0.147mm和0.098mm较小颗粒土壤中以蛋状区域扩散;在0.021mm和0.002mm微小颗粒土壤中以鸭梨状区域扩散。油品泄漏1min内,在6种土壤中的扩散速率几乎相同;泄漏1～5min之间,颗粒在0.5mm至0.021mm依次减小的5种土壤中油品扩散速率逐渐增大,0.021mm比0.5mm土壤的扩散率高约12%;颗粒小于0.021mm时,其与0.002mm在相差近10倍的情况下,扩散速率几乎相同。     

基于不同滤料的生物滤池处理污染湖水的研究

在水温为16～22℃、水力负荷为5m3/（m2.h）、气水比为1.5：1的条件下,对比了陶粒和2种不同粒径的活性炭、石英砂滤料的下向流生物滤池处理受污染湖水的效果。结果表明,活性炭滤池对CODMn、NH4＋-N和TN的去除效果优于石英砂滤池和陶粒滤池,且小粒径的活性炭滤池的除污效果优于大粒径活性炭滤池,小粒径炭滤池对浊度、CODMn、NH4＋-N和TN的平均去除率分别为84.45%、36.82%、84.55%和10.19%;石英砂滤池对浊度的去除效果优于活性炭滤池和陶粒滤池,且粒径小的优于粒径大的,小粒径砂滤池对浊度、CODMn、NH4＋-N和TN的平均去除率分别为87.91%、32.43%、78.25%和8.46%;陶粒滤料粒径大,除浊效果较差,其对浊度、CODMn、NH4＋-N和TN的平均去除率分别为75.63%、35.79%、80.06%和8.85%。     

基于线阵CCD的电子白板技术研究

基于线阵CCD技术的交互式电子白板由于其低成本及可高效率地实现多点触控,展现出较大的发展潜力。针对采用线阵CCD技术的电子白板普遍存在的伪触摸点问题,在动态建模基础上分别采用扩展Kalman滤波算法和粒子滤波算法解决触摸点目标跟踪问题。结果表明,与传统的扩展卡尔曼滤波算法相比,粒子滤波算法提高了目标跟踪的精度,更好地解决了伪点问题。该研究结果可为交互式电子白板的设计方法提供理论依据和技术支持。     

车载GPS/DR组合导航系统的数据融合方法研究

GPS/DR组合导航系统是非线性的,扩展卡尔曼滤波(EKF)可以利用线性化技巧将其转化为线性滤波问题,但这一过程会使得滤波结果出现很大误差。针对这一问题,将改进的粒子滤波方法(UPF),即将无迹卡尔曼滤波(UKF)与粒子滤波(PF)相结合,应用到GPS/DR组合导航系统中,避免了EKF的线性化近似过程,同时优化了PF算法,提高了定位精度。实验结果表明,与EKF和PF算法相比,UPF算法具有更高的鲁棒性和更好的定位效果。     

人工湿地用于污水深度处理的反应动力学

比较3种不同形式人工湿地（潜流、表面流和组合流）对城市污水厂二级生物处理出水中污染物的去除效果,并采用一级反应动力学模型进行模拟。结果表明,潜流湿地对有机物、总氮、总磷的去除效率高于其它2种湿地,其标准温度下反应动力学常数（KA20）分别为0.29、0.20和0.28m/d;表流湿地对氨氮的去除效率最高,其KA20值为0.12m/d。温度变化对3种人工湿地中有机物和总磷去除的影响不明显,对氨氮和总氮的去除有明显影响,尤其对表面流湿地影响最为显著。3种人工湿地对污染物的去除效率均随着水力负荷的增大而显著下降,污染物的面积去除量将随着面积负荷的不断提高逐渐趋于定值,因此人工湿地宜在低负荷工况下运行。