非局域热平衡理论下斯特林热机回热器温度场分布数值分析

如何获得较为准确的回热器温度场分布,一直是碟式太阳能斯特林热机研究中的热点问题。本文构建了基于非局域热平衡理论的三维多孔介质动量方程与能量方程,以数值模拟的方法,探讨了回热器长度和分层、入口速度、填充介质孔隙率、气体工质材料及填充丝网目数等因素对于斯特林发动机回热器温度场分布的影响规律。结果表明:金属丝网孔隙率和气体工质流动速度对于金属丝网回热器的换热性能影响较大,适当地延长回热器长度能有效提高回热器的换热性能。     

蒸汽发生器U型管束多孔介质模型简化方法研究

本文基于AP1000蒸汽发生器,保留管板处高度为150mm的U型管束,将其余U型管束区域简化为多孔介质,建立蒸汽发生器一次侧CFD模型。采用修正的达西定律建立了多孔介质阻力模型,采用耦合二次侧传热的分布体热源建立了多孔介质的热源模型。通过一次侧CFD数值模拟结果分析了阻力模型的准确性。研究表明本文建立的U型管多孔介质模型可以很好地描述和预测蒸汽发生器一次侧流动特性。     

烧结不锈钢颗粒多孔介质单相流阻力特性研究

对烧结不锈钢颗粒多孔介质的单相流阻力特性进行试验研究,根据孔隙率的大小选择简单堆积颗粒方式作为模拟的单元模型,在此几何模型上设定对称边界,在孔隙尺度下通过求解标准N-S方程及k-ε紊流模型对其进行数值研究。分析了单相流流经烧结不锈钢颗粒多孔介质后的单位压降与等效雷诺数的关系,并基于实验数据拟合出了表征多孔材料流动压降与颗粒直径、流速、孔隙率的Tadrist关系式中的两个常系数。完整的Tadrist关系式可以作为烧结不锈钢颗粒多孔介质内流动阻力在宏观尺度上的预测模型。     

单液滴冲击多孔介质过程的数值模拟与试验

三维打印过程中,粘结剂的性能及动态行为对打印过程的质量有重要影响。本文中分析了单液滴对多孔介质的冲击、扩展、渗透动态过程,建立了液滴动态变化的数学模型。为了准确描述液滴流动的动态效果,采用VOF(Volume of fluid)模型来跟踪液滴形状,采用PISO(Pressure implicit split operator)算法计算压力速度耦合。分析了液滴特性、冲击速度和多孔介质孔隙率对液滴扩展特性的影响。试验结果表明,提出的模型可以进行良好的预测,同时发现液滴最大扩展半径随液滴初始速度的增加而增加,随粘度的增加而减小;孔隙率越小,液滴在多孔介质外部的扩展明显,扩展半径变大,渗透厚度变小。     

定向孔隙多孔储油介质的制备与评价

提出一种具有定向孔隙多孔储油介质的制备方法,该方法以聚四氟乙烯(PTFE)粉末作为基材,苯甲酸作为造孔剂,通过模压、涂覆高温密封胶和真空烧结得到具有定向孔隙的多孔介质。分析模压压力和造孔剂质量分数对多孔介质的硬度、密度、孔隙率、储油率和油保持率等性能的影响。试验结果表明,制备压力与多孔介质的硬度和干密度分别呈线性正效应关系和负效应关系,对孔隙率、储油率和油保持率的影响不显著。造孔剂质量分数与多孔介质的硬度和密度呈线性负效应关系,与孔隙率呈线性正效应关系;造孔剂质量分数越大,甩油初始渗油速率也越大,但对最终油保持率的影响并不显著。多孔介质内部孔隙具有溶洞型的纤维化组织结构,内部孔隙相互贯通,且具有良好的定向性。     

石墨多孔材料孔隙率测定方法研究

孔隙率是多孔材料的关键指标,是多孔材料若干性能最主要的决定性因素。采用质量体积法、浸泡介质法和压汞法3种实验方法测定多孔石墨材料的孔隙率,并对测定结果进行比较分析。结果表明:浸泡介质法测量的是开口孔隙率,因而数据偏小;质量体积法与压汞法测试结果相差不过5%,表明质量体积法是一种简单可行的孔隙率测定方法。     

径向梯度多孔支架设计与力学性能分析

提出一种基于Gyroid曲面的径向梯度多孔支架的设计方法.通过调节中心孔隙率Pin,边缘孔隙率Pout,和梯度变化率n设计具有相同平均孔隙率,不同孔隙变化率的径向梯度多孔支架.采用有限元法(Finite element method,FEM)分析和力学试验方法分别对径向梯度多孔支架和均质多孔支架的力学性能进行研究,并对比其性能的差异.有限元分析结果显示,在平均孔隙率相同的条件下,所设计的径向梯度多孔支架力学性能优于均质多孔支架.平均孔隙率越高,径向梯度多孔支架相对均质多孔支架的力学性能越好;力学试验结果显示,当平均孔隙率为70％时,径向梯度多孔均质多孔支架弹性模量与抗压强度分别为(2.34±0.05)GPa和(67.63±1.33)MPa,径向梯度多孔支架弹性模量与抗压强度分别为(3.96±0.19)GPa和(90.83±3.35)MPa.有限元分析与力学试验共同说明了径向梯度多孔支架比均质多孔支架性能优异.     

基于选择性激光熔化制备多孔钛结构的设计及分析

通过设计和有限元分析,确定与骨头硬组织兼容的多孔钛参数,并采用选择性激光熔化技术制备多孔结构,为与骨头匹配的多孔结构的设计提供力学实验数据和理论参考依据。通过运用三维软件SolidWorks,设计截角八面体多孔结构,利用有限元分析软件ANSYS模拟应力、应变,确定能承受载荷的结构参数。通过分析确定与骨头力学性能匹配的截角八面体多孔结构的臂径为400μm,孔径为750~1000μm。定量改变模型的参数,多孔结构的实际弹性模量随孔隙率的提高而降低;棱径不变,多孔结构模型的最大应力随着理论孔隙率的增加而增大。     

基于多孔介质模型的机械密封静压泄漏特性分析

针对接触式机械密封普遍存在的渗漏现象,考虑到流体在多孔介质中的流动和在密封端面间的流动具有相似特征,基于多孔介质模型建立密封端面间渗流模型,通过对动量方程和连续性方程的推导,得到适用于密封端面间流体流动的控制方程,提出一种密封端面间泄漏率的解析计算新方法,并与COMSOL数值模拟得到的泄漏率进行对比分析;研究孔隙率、端面表面粗糙度、膜厚、密封介质压力和弹簧比压对静压泄漏特性的影响规律。结果表明,泄漏率随孔隙率、端面表面粗糙度、膜厚和密封介质压力的增大而增大,随弹簧比压的增大而减小,解析计算结果和数值模拟结果的变化趋势基本一致,证明该解析法计算泄漏率具有实用性和可行性。     

基于Voronoi模型的钽材料孔隙率与弹性模量辨识

多孔材料的弹性模量辨识,是研究多孔材料力学性能的重要部分。采用三维Voronoi随机分布模型,研究了多孔钽在准静态载荷作用力下的力学性能。建立给定孔密度下的Voronoi随机分布模型,并以梁单元的形式构建有限元模型,通过改变梁单元直径构造同一微结构下的不同孔隙率模型,进行有限元力学分析,辨识不同孔隙率下多孔模型的等效弹性模量。对实验结果数据进行分析,验证所辨识多孔模型等效弹性模量与孔隙率关系,与实验结果一致。