基于SPH方法的低韦伯数下三维液滴碰撞聚合与反弹数值模拟研究

光滑粒子流体动力学方法（SPH方法）作为纯拉格朗日粒子方法,可以有效避免网格法在模拟大变形过程中带来的网格扭曲等缺陷,适合模拟含大变形的液滴碰撞聚合与反弹过程。该文基于Ott和Schnetter提出的修正SPH方法,利用有限差分与SPH一阶导数相结合的方法处理粘性项中的二阶导数问题,进行Couette流算例验证,数值解...     

压电喷墨液滴撞击光滑壁面铺展行为的数值研究

目的 研究典型流体相关无量纲参数对墨滴在光滑承印物表面铺展行为的影响,确定各无量纲参数对铺展直径、铺展因子和稳定铺展时间的影响规律。方法 利用Ansys软件,建立墨滴撞击光滑壁面的数值计算模型,采用VOF模型追踪液滴形状,采用PISO算法计算压力速度耦合。引入韦伯数、雷诺数、奥内佐格数来分析墨滴撞击光滑承印物表面的铺展行为。结果 计算获得不同韦伯数、雷诺数、奥内佐格数下墨滴的最大铺展直径、最终平衡铺展直径、最大铺展因子和最终铺展时间。结论 韦伯数和雷诺数对墨滴最大铺展直径的影响较大,对最终平衡直径的影响较小。韦伯数或雷诺数越小,回缩阶段越短,越快达到平衡。韦伯数、雷诺数与最大铺展因子呈明显正相关。奥内佐格数对墨滴的最大铺展直径、最终平衡直径的影响都较小。奥内佐格数越小,回缩阶段越短,越快达到平衡,奥内佐格数与液滴最大铺展因子呈不明显的正相关性。     

格子玻尔兹曼模型的图像去噪方法

为了实现快速去噪以及更好地保护图像的边缘信息,从各向同性扩散模型出发,提出了一种基于索贝尔(Sobel)梯度算子的格子玻尔兹曼去噪模型,通过该模型求解非线性扩散方程实现图像去噪.模型引入了Sobel算子作为检测边缘的工具,同时满足前向扩散的要求,保证了方程的稳定性.实验分析表明,应用该方法进行图像去噪,能够在保护图像边缘的情况下进行快速去噪.     

基于格子波尔兹曼方法的回热器数值模拟

利用格子玻尔兹曼方法,直接对蚀刻薄片和层叠丝网回热器的微观结构流场进行了模拟.得到了两种回热器填料的微观流场和两端的压差.模拟结果显示,当回热器的直径、水力直径和填充率相近情况下,不同流速下蚀刻薄片卷裹式回热器的稳态阻力系数均比层叠丝网回热器小.稳态阻力系数的模拟变化趋势与实验一致.     

氦冷却法制备氮浆中液滴凝固过程的模拟与分析

采用氦冷却法制备氮浆的工艺所制氮浆颗粒尺寸均匀,制备过程中杜瓦内可维持正压,从而防止周围空气的漏入。通过对氦冷却法制备氮浆过程中液滴凝固时固氮颗粒的形成过程进行分析,建立起相应的物理模型以及微分方程,并对微分方程进行数值求解。着重考察了液滴的凝固过程,并对液滴群完全凝固时的氦气温度、压力、流速以及扩散腔长度进行了研究,进而探讨了采用该方法制备氮浆时氦气工作参数、喷管尺寸以及扩散腔长度等的选择问题。     

液滴在固体表面流动特性的数值模拟及验证

为了研究液滴在固体表面的流动特性,采用格子Boltzmann(LBM)分子动力学和水平集(LS)界面跟踪相结合的方法(LBM-LS)对液体在固体表面流动铺展过程进行数值模拟,用LBM求解液体运动的流场,LS捕捉运动的固液气界面。结果表明,模拟结果与实验测定结果一致,铺展接触角随时间呈指数变化规律,液体表面张力越小铺展接触角越小,证明采用LBM-LS模型模拟润湿性问题是可行的。     

Collings模型预测微液滴最大铺展直径因数研究

目的—微液滴撞击平面基底承印物表面的铺展行为决定喷墨网点的大小,决定数字喷墨印刷成像的质量,研究微液滴撞击平面基底的铺展行为对印刷行业具有重要意义。方法—研究Collings等人的液滴撞击平面铺展模型,基于能量平衡方程推导Collings模型表达式,得出最大铺展直径因数与韦伯数、接触角的函数关系,而且将模型计算结果和试验数据进行对比,分析总结Collings模型公式的适用范围。结论—该模型在液滴直径较小、撞击速度较慢、液滴的韦伯数介于[15,115]、雷诺数远大于韦伯数的条件下,对液滴的最大铺展直径因数具有较好的预测能力;其它条件下,需要考虑更多的物性参数才能更准确地预测微液滴最大铺展直径因数。     

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。     

基于WOA–BP神经网络的液滴铺展预测

目的 提高BP神经网络对电喷印过程中液滴铺展行为的预测能力。方法 提出一种鲸鱼优化算法(WOA)优化BP神经网络的液滴铺展预测模型。首先,采用相场方法建立电场作用下液滴铺展的数值模型,并通过实验验证仿真结果的准确性。然后,选取初始直径、撞击速度、接触角和电场强度作为神经网络的输入参数,将最大铺展直径作为神经网络的输出参数,利用鲸鱼优化算法优化神经网络中的初始权值和阈值,构建液滴铺展预测模型。最后,基于仿真结果对预测模型进行训练与测试,并将其与传统的BP神经网络模型进行对比分析。结果 相较于传统BP神经网络预测模型,WOA–BP神经网络预测模型的平均绝对误差、均方根误差分别降低了72.60%、77.60%,而平均绝对百分比误差则从15.029 3%减小为4.585 3%。结论 WOA–BP神经网络预测模型可以更好地预测液滴铺展,可为液滴铺展的预测提供新的方法。     

喷墨印刷液滴的铺展特性研究

目的 研究喷墨印刷液滴相关参数对其铺展特性的影响,为喷墨印刷质量的研究奠定基础。方法 采用Fluent软件,基于VOF(Volume of Fluid)法,建立液滴撞击光滑承印物表面并铺展的仿真模型,采用PISO(Pressure-Implicit with Splitting of Operators)算法对速度和压力进行耦合,分析液滴相关参数对其撞击铺展的影响规律。结果 当液滴飞行速度为6 m/s、接触角度为40°、液滴流体黏度为0.005 Pa.s、液滴直径为0.08 mm时,液滴撞击光滑承印物表面的铺展系数最大,铺展程度最好,铺展特性最优。结论 铺展系数随液滴直径、流体黏度和接触角的增大而降低,随飞行速度的增大而增大。     

液滴表面张力对煤尘润湿影响的数值模拟和实验研究

针对矿井煤尘难以润湿的特点,考虑到煤尘与液滴间分子作用力和煤尘表面渗流的特性,采用格子Boltzmann方法(LBM),从减小液滴表面张力方面对煤尘润湿接触角和润湿时间进行数值模拟,同时实验测定煤尘的润湿性。结果表明:LBM数值模拟和润湿实验得到的规律一致,减小液滴表面张力能够大幅度地提高煤尘润湿性,当表面张力减小到小于25 m N/m时,煤尘表现为完全润湿;通过实验测试不同表面张力的液滴与降尘效率的关系,煤尘润湿性越好,降尘效率越高,进一步验证了LBM数值模拟的合理性。     

基于凝固进程数值模拟的铸件裂纹预测方法

根据凝固层内应力表达式及裂纹萌生部位的判别准则,对生产条件下的φ800铸钢车轮裂纹进行了预测,并用常规的热弹塑性方法计算的结果及剖面低倍组织形貌进行了评价,结果表明:预测裂纹与计算和实测情况吻合;裂纹沟槽出现在距表面凝固厚度的2/3处,它与缩松、缩孔及组织缺陷没有必然的联系;控制铸件表面温度的工艺措施是减少裂纹的有效途径.     

喷墨印刷纸上液滴的铺展机制研究

分析了喷墨印刷纸张上液滴的铺展现象,结合试验数据讨论了液滴铺展的2个过程。针对纸张表面化学异质性、粗糙度对于铺展行为的影响,结合试验数据,修正了流体动力学模型的推论。     

基于传热凝固模型金属熔体滴落、铺展温度变化分析

运用有限体积法对金属微熔体滴落、铺展成形温度变化进行数值模拟。在考虑熔体滴落过程中和周围环境存在热交换作用的前提下,采用凝固UDF模型,成功模拟了固定坐标点金属Sn60%-Pb40%熔体以及固定节点金属Al熔体滴落和与基板壁面进行碰撞铺展的温度梯度变化。结果表明:金属熔体在滴落过程中,由外表面向内层逐渐凝固,而且各个区域凝固速度不同,即熔体外表面向中心温度下降梯度逐渐减小。     

基于热力学与动力学相结合的灰铸铁凝固数值模拟

以凝固理论、传热学原理和灰铸铁凝固特性等为基础,采用热力学方法与动力学方法相结合的模拟技术建立灰铸铁模拟框架。对初生奥氏体析出采用热力学计算模型,建立固相率与温度的关系;对共晶相采用动力学计算模型,即形核生长的计算模型,通过建立生长速度与过冷度的关系来确立固相率与过冷度的关系。通过对阶梯形铸件的实验和模拟的数据对比,验证了此方法可以正确地描述灰铸铁凝固过程的行为。     

多晶硅定向凝固温度场模拟的研究进展

对多晶硅太阳能电池而言,决定其光电转化效率的铸锭晶粒尺寸、晶体缺陷、内应力及杂质的形成与分布等与定向凝固过程的温度场密切相关。因此,为提高多晶硅锭质量必须控制和优化定向凝固过程的温度场。运用数值模拟技术对多晶硅定向凝固温度场进行分析,已被国内外学者广泛应用,获得了有参考价值的模拟结果。结合自身工作,综合分析了多晶硅铸锭缺陷与温度场的关系,总结了多晶硅定向凝固数值模拟中,热导率、加热功率、氩气流动状态、外加磁场及定向凝固系统结构等对温度场的影响,可为多晶硅铸锭的制备及质量改进提供参考。     

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。     

基于LBM方法的涡街流量计数值模拟研究

采用多松弛格子Boltzmann方法,运用二阶插值反弹格式(IBB)处理涡街漩涡发生体曲面边界,同时结合雷诺平均N-S方法(RANS)以及亚格子模型(SGS)处理湍流,对涡街流量计流场进行了数值仿真模拟。参照检定规程,选取DN80涡街流量相应流量点进行重复性、稳定性实验以及数值仿真计算。结果表明,数值仿真计算测得的漩涡脱落频率与实验数据具有较好的一致性,LBM方法作为基础方法能够用于涡街流量计仿真工程应用。     

铸件凝固组织形成的计算机模拟

综述了近年来国内外在铸件凝固组织形成的计算机模拟方面所建立的理论模型以及利用各种数值计算技术所取得的模拟成果。     

Al-Pb合金快速定向凝固的数值模拟

在考虑凝固界面前沿第二相液滴形核、长大以及迁移综合作用的基础上 ,提出了描述偏晶合金在快速定向凝固条件下微观组织形成过程的数学模型 ,并对Al-Pb轴承合金在垂直Bridgeman定向凝固条件下的凝固组织进化过程进行了计算分析 .结果表明 :在大的凝固速度条件下 ,凝固界面前沿存在成分过冷区 ,液 -液相分解在此区域内进行 ;在恒定的温度梯度条件下 ,凝固速度越快 ,第二相液滴的形核速率越大 ,液滴的数量密度越高 ,平均半径越小 ;凝固界面前沿液滴的平均半径 (R)与凝固速度 (v)之间存在如下指数关系 :R(z =0 ) =C2 v-0 .3 9± 0 .0 1