撞击流反应器流场数值模拟及其混合性能优化

利用数值模拟方法分析多喷嘴对称撞击流反应器内部流场以优化反应器结构。研究不同喷嘴数和进料条件对撞击流反应器内速度场、湍流特性及混合效果的影响。结果表明,不同喷嘴数撞击流反应器内流速分布为双峰型,等流速工况下速度梯度随喷嘴数增加而减小,高剪切力分布范围随喷嘴数增加先增大后减小。通过分析湍流尺度分布发现小尺度涡旋主要集中在撞击区,而大尺度涡旋主要集中在发展区,且四喷嘴撞击流反应器平均剪切应力及涡旋尺寸梯度最大,四喷嘴结构更有利于增强流体湍动强度并强化混合。撞击流反应器内平均湍动能随喷嘴数增加先增大后减小,其中四喷嘴撞击流反应器内平均湍动能最大。当撞击流反应器为四喷嘴结构时,其混合效果最好,完全混合时间最短为22 s。在本研究工况内四喷嘴结构为撞击流反应器混合的最优结构。     

填充片状铝粉的硅橡胶热接口材料研究

对填充片状铝粉的硅橡胶热接口材料进行了研究.分析了导热系数、击穿电压、拉伸强度等主要指标与复合片状铝粉的加入量之间的关系,并对其变化趋势进行了探讨.给出了该类型热接口材料的合理配比及最主要性能指标.     

三螺杆分散混合数值模拟及实验分析

为了研究平行同向啮合三螺杆挤出机的分散混合效果,采用离散元法对三螺杆挤出机中聚丙烯(PP)/低密度聚乙烯(PE-LD)两种塑料颗粒在加料段的混合情况进行数值模拟.首先建立了三螺杆挤出机的三维模型,在EDEM软件中仿真出不同螺杆转速下挤出机的混合效果,通过对收集盒分层处理计算得出混合过程中混合均匀度的变化趋势.分析结果表...     

旋转填充床内微观混合的数值模拟

旋转填充床作为新型的高效反应传质设备,广泛应用于快速反应过程,如制备纳米粉体材料.对旋转填充床内微观混合进行研究,有助于进一步认识旋转填充床内高度分散液体微元在填料丝网中的流动行为和分散混合机制,为旋转填充床内液液反应混合制备纳米材料提供理论基础.基于公开文献报道的实验观测结果,通过合理假设,建立了旋转填充床内微元流动的物理模型.在该物理模型的基础上,结合此前提出的湍流混合与反应模型,模拟计算了液体微元经过实验条件下50层丝网填料最终流出填料空间的浓度分布.由浓度分布得到的微观混合特征指数与实验值进行了对比,吻合良好.     

聚乳酸用单螺杆挤出机熔体输送段数值模拟研究

运用Polyflow分别对聚乳酸(PLA)用3种不同结构类型单螺杆挤出机熔体输送段进行模拟,在流场分析的基础上,分析3种螺杆的混合性能。结果表明,在相同工艺条件下,普通型单螺杆和菠萝型单螺杆熔体轴向速度波动较大,且产生局部回流区域,不利于熔体的输送;菠萝型螺杆产生的流场速度和熔体黏度较高,使得物料在流场中受到更高的剪切速率,因此挤出产物的分散混合性能更好;挤出过程中,PLA熔体的黏度变化与流动速度变化存在一致性,随着流动速度逐渐增大,熔体受到的剪切作用逐渐增强,使黏度降低,流动性变好。     

数值模拟研究螺纹元件的混合性能

使用FEM方法数值模拟了同向双螺杆螺纹混合元件和普通螺纹元件流道中硬聚氯乙烯的流动过程,计算了2种螺纹元件流道内熔体的非等温流场,使用粒子示踪法统计分析了2种螺纹元件流道内熔体的混合性能.研究结果表明,螺纹混合元件具有较均匀的剪切速率分布、较平缓的温度分布和较强的分散与分布混合能力,但是其输送能力较小.     

微型流化床内混合特性的数值模拟

微型流化床反应分析仪是中国科学院过程工程研究所研制的具有等温微分反应特性,且适合于气固反应分析的新仪器。细微样品与高温流化介质的瞬间混合是该仪器实现等温微分的必要条件。针对如何满足该要求,基于欧拉多流体模型对连接不同进样器的微型反应器本体进行了三维数值模拟,得到了不同喷口结构和位置下的流动图景及混合区浓度的相对标准偏差曲线,定量表征了各种进样器的混合质量。同时采用高速摄像手段获得了冷态实验中颗粒流动的快照,验证了模拟计算结果的可靠性。模拟结果对脉冲射流微量进样器结构的优化提出了如下建议:进样细管应避免采用弯角喷口,弯角结构会导致脉冲进样载流气喷出方向与流化气流相逆,使得细微颗粒试样堆积滞留,影响混合效果。     

差速双螺杆挤出机二维端面流场及混合模拟

介绍了差速双螺杆挤出机的特点,应用Polyflow软件对差速双螺杆挤出机端面进行了二维流场及混合模拟。并且将差速比4∶1、5∶1以及异向同速双螺杆的端面流场及混合效果进行了对比分析。模拟结果显示:差速双螺杆的切面混合效果好于同速双螺杆,且随差速比增大而略有改善;而差速比4∶1的剪切速率和拉伸速率大于5∶1的。由此可见,设计挤出机时要综合考虑混合和塑化两方面效果选择差速比。     

板翅式换热器入口流场的模拟及实验研究

利用PIV粒子图像测速仪和CFD数值模拟的方法,对板翅式换热器入口结构改进前后的流场进行了研究,发现其内部流场的流动与分布规律。由于原始入口结构的不合理导致漩涡、回流等现象存在,使得其内部的物流分配极不均匀。而对于添加了打孔挡板的改进型结构,物流分配的均匀性有了很大改善。实验结果和数值计算结果吻合良好,不仅验证了计算模型的正确性,而且证明PIV技术适合于研究复杂的流动结构。     

微型流化床内混合特性的数值模拟

微型流化床反应分析仪是中国科学院过程工程研究所研制的具有等温微分反应特性,且适合于气固反应分析的新仪器。细微样品与高温流化介质的瞬间混合是该仪器实现等温微分的必要条件。针对如何满足该要求,基于欧拉多流体模型对连接不同进样器的微型反应器本体进行了三维数值模拟,得到了不同喷口结构和位置下的流动图景及混合区浓度的相对标准偏差曲线,定量表征了各种进样器的混合质量。同时采用高速摄像手段获得了冷态实验中颗粒流动的快照,验证了模拟计算结果的可靠性。模拟结果对脉冲射流微量进样器结构的优化提出了如下建议：进样细管应避免采用弯角喷口,弯角结构会导致脉冲进样载流气喷出方向与流化气流相逆,使得细微颗粒试样堆积滞留,影响混合效果。     

高活性微米多孔铝粉的制备与表征

为得到具有高活性多孔铝粉和氢化铝共存的混合体系,在常压下采用格氏试剂法对普通铝粉进行活化,通过半固相反应得到高活性微米多孔铝粉,用红外光谱、X射线衍射、扫描电子显微镜、静态氮吸附等方法对样品进行了表征,通过氧化还原滴定法测试了微米多孔铝粉的活性。结果表明,制备所得样品的主要成分是铝粉,同时还有部分AlH3;样品具有多孔结构,粒径多数分布在30μm左右,不仅具有孔径在2~10nm之间的中孔,还存在孔径分布在1nm以下的部分微孔结构;总孔体积为普通铝粉的5~7倍,比表面积为普通铝粉的2~3倍,样品平均活性含量达到92.83%。这种含有AlH3的高活性微米多孔铝粉混合体系在含能材料领域有很大的应用价值。     

铝电解槽内电解质运动的数值模拟

通过适当的简化,建立了铝电解槽内电解质运动的物理模型和数学模型,以商业CFD软件为平台,分别对电磁力作用、阳极气体作用以及电磁力和阳极气体共同作用3种情况下的电解质运动进行了数值模拟. 研究结果表明,电磁力作用时,电解质以水平运动为主,半槽的电解质流场基本上呈现一个大涡的结构;阳极气体作用时,电解质运动主要是以每个阳极周围的小循环为主;电磁力和阳极气体共同作用时,电解质流场与阳极气体作用时几乎完全相同,这说明阳极气体对电解质流场起主要作用.     

双转子混炼机中固体粉末与聚合物共混的数值模拟

利用聚合物加工分析软件POLYFLOW模拟了双转子连续混炼机中固体粉末在聚合物中的混合过程,并对不同转子转速下的三维等温非牛顿流场进行了流场和动态混合计算和统计学后处理。采用累积停留时间分布表征混合物的轴向混合性能,用团聚体累积粒径尺度分布表征固体粉末团聚体在聚合物基体中的分散状态,直观反映出团聚体在聚合物流场中粒径的变化情况,并用分离尺度分布表征混合物的分布混合性能。结果表明：在一定范围内提高转子转速有利于固体粉末/聚合物的分散、分布混合性能,确定合理的转速范围对于获得高性能聚合物复合材料至关重要。     

橡胶沥青搅拌罐内混合过程的数值模拟

针对橡胶粉与基质沥青混合过程中出现的漂浮、沉底、粘壁及挂料现象,建立了橡胶沥青搅拌罐的几何模型,基于计算流体力学软件对罐内混合过程进行非定常固液两相流数值模拟,分析了影响混合均匀性的因素,如桨叶直径、桨叶位置、挡板及搅拌速度等. 结果表明,尺寸适宜的桨叶直径与合适的桨叶位置有利于形成循环的轴向流,并减少定常流现象,安装挡板有效减少了切向流,搅拌器转速不影响内部流场的基本形态,但适宜的搅拌转速提高了混合均匀性. 混合均匀度与模拟结果印证,且当搅拌器直径800 mm、桨叶距离罐底680 mm、桨叶宽100 mm、搅拌速度280 r/min时,优化后橡胶粉的分布较均匀,混合均匀度为0.24,处于完全离底悬浮状态,模拟结果与实验结果较吻合.     

Al粉含量对CMDB推进剂特征信号的影响

采用烟雾透射计、红外热像仪、FTIR光谱仪和高速摄像仪等测试仪器研究了Al粉含量对CMDB推进剂可见光、红外和激光透过率、红外辐射温度和红外辐射强度等特征信号的影响规律.结果表明,随Al粉含量增大,CMDB推进剂燃气尾焰的可见光、红外和激光透过率显著降低,红外辐射温度、强度、火焰长度和宽度明显增大.Al粉含量对推进剂燃烧产物的种类影响不大.     

铝颗粒点火数值模拟

分析了准稳态铝颗粒在高温氧化剂中由于传热和表面的化学反应导致升温-熔化-升温-点火的过程,建立了铝颗粒点火模型,并对点火过程进行数值模拟。计算结果给出了对流传热、辐射传热、熔化热和异相表面反应热等对点火的影响。研究结果表明在点火过程中,铝的氧化在颗粒温度达到一定温度（T〉1000K）时才比较明显;点火时铝单质质量分数随环境温度的升高而略有增加,与颗粒尺寸无关;点火延时随着环境温度升高和颗粒半径的减小而缩短。     

铝电解槽内铝液电磁搅拌流动的数值模拟

应用标准k–e双方程模型与低雷诺数Jones–Launder k–e模型分别对3种具有不同母线配置的铝电解槽中的铝液流场进行了数值模拟，并与工业测试结果进行了比较，标准k–e方程模型略优. 对雷诺数、湍流雷诺数以及哈特曼准数的定量计算结果表明, 哈特曼准数较好地表征了电磁力对铝液湍流运动的抑制作用.     

纳米纤维粉/氢氧化铝/CSM电缆料的制备及性能研究

采用机械共混法制备纳米纤维粉/氢氧化铝/氯磺化聚乙烯(CSM)电缆料,研究了CSM电缆料的硫化特性、力学性能、耐老化、耐介质及阻燃性能,并与氢氧化铝,或陶土、硼酸锌、滑石粉与氢氧化铝并用填充CSM电缆料的性能进行了对比;结果表明,纳米纤维粉填充胶的拉伸强度、硬度、300%定伸应力及撕裂强度最大,具有较好的耐老化、耐介质性能,胶料的氧指数稍小于硼酸锌填充胶,但明显大于滑石粉填充胶,纳米纤维粉与氢氧化铝并用产生了协同阻燃效果,提高了电缆料的阻燃性能.     

高白填料氢铝板材与钙粉板材的性能对比及评价

本文通过试验研究了高白填料氢铝、钙粉及高白填料氢铝与钙粉混合料所制作的人造石板材性能的差异。结果表明,添加了四种不同填料（高白填料氢铝（1^#AH、2^#AH）、钙粉、高白填料氢铝与钙粉混合料（6：4））所制作的人造石板材在以下性能方面存在明显差异：①2^#AH人造石专用料与树脂的混合粘度最低（15900eP）,钙粉与树脂混合粘度最高（18500eP）;②用钙粉作填料制作的人造石板材透光性很低,在钙粉中加入高白填料氢铝后可使人造石板材的透光性明显提高,但是钙粉板的白度较高（L值=82．76）;③在弯曲性能上,高白填料氢铝板材明显优于钙粉板;④在阻燃性能方面,高白填料氢铝（1^#AH、2^#AH）制作的人造石板材的氧指数分别达到43和42．5,钙粉板的氧指数仅为25,加钙粉量为40％的钙粉与高白填料氢铝的混合料制作的人造石板材的氧指数为31。而在拉伸性能、硬度、冲击性能方面相差不大;在耐污性能有所不同,钙粉板对口红的耐污性较好,氢铝、氢铝与钙粉混合料制作的人造石板材对醋和酱油的耐污性比较好。     

不同气氛对铝粉点火燃烧特性的影响分析

为了研究流化气体对粉末推进剂点火燃烧性能的提高作用,采用CO_2激光点火器和光纤光谱仪相结合的实验方法,研究了不同气氛条件下Al粉的点火燃烧特性。采用光谱信号拟合测温法计算了Al粉在不同气氛环境中的点火温度。结果表明,常压环境下,粒径1μm的Al粉在N_2O和空气氛围下的点火延迟时间分别为10ms和359ms,从点火成功过渡到全面燃烧的时间分别为829ms和1 579ms,说明Al粉在N2O环境中点火阶段的表面异相反应速率与燃烧阶段的反应速率均快于在空气中;粉径1μm的Al粉在N2O和空气环境下的点火温度分别为1 550~1 650K和1 450~1 500K,两者相近,但都明显低于毫米级Al粉的点火温度(2 300K),说明Al粉的点火温度受粒径影响较大。