不同流态下真空管道流导值的数值模拟研究

不同流态下真空管道流导值的理论计算方法及数值模拟方法具有较大差异,而不同方法和软件的适用性及准确性尚缺乏系统研究。本文以质谱取样管道作为研究对象,利用平均克努森数将管道内分为连续流、过渡流、分子流三个流态,分别采用不同的模拟方法对管道流导进行计算,通过与管道流导计算公式比对,验证了模拟方法的适用性及准确性。结果表明,不同模拟方法所得流导值在相适应的流态范围内与理论值吻合良好;阻塞效应下的粘滞流流导公式已不适用;通过添加二阶滑移边界条件以修正纳维斯托克斯方程的方法,可实现对过渡流区域流导计算的扩展,利用此方法可代替直接模拟蒙特卡罗法对过渡流区域内的大型真空管道流导进行计算,以减少模拟的计算量。研究结果为更为复杂工况下的真空管道流导计算提供方法选择上的参考。     

不同流态下真空管道流导值的数值模拟研究

不同流态下真空管道流导值的理论计算方法及数值模拟方法具有较大差异,而不同方法和软件的适用性及准确性尚缺乏系统研究。本文以质谱取样管道作为研究对象,利用平均克努森数将管道内分为连续流、过渡流、分子流三个流态,分别采用不同的模拟方法对管道流导进行计算,通过与管道流导计算公式比对,验证了模拟方法的适用性及准确性。结果表明,不同模拟方法所得流导值在相适应的流态范围内与理论值吻合良好;阻塞效应下的粘滞流流导公式已不适用;通过添加二阶滑移边界条件以修正纳维斯托克斯方程的方法,可实现对过渡流区域流导计算的扩展,利用此方法可代替直接模拟蒙特卡罗法对过渡流区域内的大型真空管道流导进行计算,以减少模拟的计算量。研究结果为更为复杂工况下的真空管道流导计算提供方法选择上的参考。     

真空水力输送管道的数值模拟研究

分析了不同类型真空排水系统水力输送的研究重点。讨论了真空水力输送管道的流动形态及其非恒定流问题。介绍了一种用于真空水力输送管道模拟的气液双流体模型。以室内真空排水系统中常见的真空污水收集单元为例进行了数值模拟,得到了管道中持液率和压强的瞬态变化过程,对结果做出分析,可为系统的优化设计及运行提供参考。     

各向同性衰变湍流的直接数值模拟研究

该文对各向同性衰变湍流进行了直接数值模拟。获得了衰变湍流的瞬态特性,研究了在谱空间以波数为半径的不同球面处能量分布的特性。计算结果显示:在谱空间的每一个球面或波数处,动能与拟涡能都有一定的分布范围。在大部分的波数处,能量的分布跨越了几个量级。在同一动能与拟涡能处,波数的分布也有着较大的跨度。在相同的无量纲波数处,动能与拟涡能的概率密度函数(PDF)有着相同的分布形状,且不随湍流的衰减而改变。当运动尺度远离Kolmogorov尺度时,不同波数处拟涡能的PDF 分布形状有着较好的一致性。当运动尺度逐渐接近Kolmogorov 尺度时,PDF 分布的形状逐渐发生变化,PDF 的峰值向低拟涡能处移动且峰值增大,高拟涡能区域的PDF值有所降低。     

基于直接模拟蒙特卡罗方法计算单一气体及二元混合气体的平均自由程

运用直接模拟蒙特卡罗方法研究了单一及二元混合气体在平衡态时气体内部分子间的相互碰撞过程。采用可变硬球模型及可变软球模型两种分子间碰撞处理模型对单一及二元混合气体分子平均自由程、单位时间单位体积内碰撞次数在模拟温度为300~20 000 K之间进行了模拟计算。为了检验这两种模型模拟计算的精确性,将其结果与对应模型下的理论计算结果进行比较,表明单一气体的模拟结果与理论计算结果相对偏差不超过0.7%,混合气体相对偏差不超过1.5%。同时将上述两种模型的模拟结果与传统硬球模型的计算结果进行比较,发现在硬球模型下,气体分子平均自由程在宽温度区间与其他两种模型相比有较大的误差,而单位时间单位体积内气体分子的碰撞次数与模拟温度的二分之一次方成正比,当模拟温度高于300 K时,其结果大于另外两种模型下的结果。     

液环泵喷射器性能的数值模拟研究及实验验证

本文应用CFX软件及k-ε湍流模型,实现了液环真空泵喷射器三维动传热的数值模拟.并分析喷射器内流场的压力分布、马赫数分布和温度分布,了解其内部的复杂流动,利用仿真结果计算出液环真空泵喷射器在不同压力下引射气体流量的变化,并与实验曲线进行对比验证,为优化喷射器结构,实现喷射器与液环真空泵的最佳匹配提供依据.     

低温液氮冷屏蔽系统空间运行状态数值模拟研究

为了研究获得空间微重力、冷背景环境下液氮冷屏蔽系统低温相变制冷机制,建立了高超音速飞行器空间冷屏蔽系统低温流体流动制冷数值模型,并对系统在过冷状态、饱和状态、过热状态三种工况下的流动特性进行了系统的分析设计,对冷屏蔽系统经历复杂环境时的表面温度、系统压力及分布规律进行了数值模拟研究.结果表明:可以通过数值模拟获得空...     

低温贮箱用环形金属隔膜翻转过程数值模拟及特性研究

环形金属隔膜低温贮箱作为一种能够满足特殊需求的金属隔膜贮箱,其外围空间能够得到充分利用。环形金属隔膜的启翻位置、启翻压力及翻转过程中的质心偏移都受到其结构的影响,尤其受隔膜厚度分布影响较大。本文建立了不同厚度环形金属隔膜的非线性有限元模型,通过对隔膜翻转过程模拟仿真,研究了不同厚度参数对翻转特性的影响。最后对变厚度环形金属隔膜进行了翻转试验,并测试了隔膜不同位置的翻转压差和侧向摆动,与设计结果进行了对比,分析了实际测量结果与设计结果的差异及产生的原因。     

多层绝热材料抽真空阻力测试研究

主要对真空绝热夹层抽空阻力的原因进行汇总分析,在综合考虑夹层抽真空过程处理工艺的基础上,制定出实验方案并设计制造一套多层绝热材料抽真空阻力性能测试装置,通过对比不同缠绕层数、不同层密度、有无打孔等因素对抽真空阻力的影响,分析阻力产生的机理及变化规律,研究表明:①随着测试厚度的增加,内、外部的真空度差值逐渐增大,动态平衡时间增长,内部压强平衡值逐渐增大,抽空阻力随之增大;②打孔纸的动态平衡值略低于无孔纸,层间气体的抽出路径主要是沿层间形成的纵向流道散出,层间少许气体可以通过反射屏打孔排出;③层密度过大或者过小都会增加抽气阻力以及使绝热层表观导热系数增大。     

Experimental validation of Direct Simulation Monte Carlo (DSMC) model of vapour jets from high temperature sources

A 3-D Direct Simulation Monte Carlo (DSMC) code has been developed to study the vapour characteristics of atomic species. This model needs to be verified with experimental results. Experiments have been conducted with free jet of copper using electron beam source and the flux distribution data have been obtained under different experimental conditions. For better statistics, the Direct Simulation Monte Carlo (DSMC) code was parallelised to run on parallel system. The experimental results from circular and a slit source (Kn varies from 0.47 to 0.083) have been compared with Direct Simulation Monte Carlo (DSMC) results. The results have shown excellent agreement. From the trend of the flux distribution curves, it is clear that with lower Kn, more uniform coating can be expected.     

基于蒙特卡洛法溅射离子泵泵腔结构研究

采用蒙特卡洛方法对溅射离子泵腔抽气通道内的气体流动规律进行数值模拟。建立了不同溅射离子泵结构的几何模型, 计算了气体分子在不同泵腔结构中进出比例, 分析了腔结构对反流量的影响, 得到了抽气组件在不同泵腔结构中的抽气效率, 探讨各种类型腔结构的抽气特点;最后计算了舱体高度对抽气性能的影响。结果表明:在相同条件下, I型泵腔结构抽气性能最好, T型泵腔结构次之, 双侧型泵腔结构抽气性能最差。     

GCMC模拟法研究MFI型分子筛膜的吸附特性

用二次生长法制备MFI型分子筛膜,并用XRD和SEM对其进行了表征,通过测试氮气、氧气、氩气、氖气、氮气在分子筛膜上吸附的相对密度和相对压力相关数据,根据数据绘制的吸附等温线,都类似于反正切曲线.同时,也应用GCMC法,计算机模拟这些数据,绘制等温线,并与实验结果进行比较.结果证实GCMC法的模拟结果是可靠的.GCMC法模拟,可以直接应用于这类研究.由于吸附等温线类似于反正切曲线,就以类似于反正切函数的线性函数形式,建立吸附等温线的数学模型,用以定量研究该分子筛膜的吸附特性.进行相关与回归计算发现,相对密度与压力差的反正切值之间,都呈高度正相关(r≥0.9664).回归方程的回归系数为吸附特征常数,回归方程中所有的参数之间,也呈高度正相关(r≥0.9582),而且都有一个共同特点,即它们的值存在这样的顺序关系:氧＜氩＜氮＜氖＜氦.这样,通过分子筛膜吸附特征常数和这些气体的分子结构,有助于探讨MFI分子筛膜的吸附机理.     

Ge-As-Te玻璃结构的X射线衍射和RMC模拟研究

本文通过Ｘ射线衍射分析和逆蒙特卡洛计算机模拟,得到Ｇｅ１０Ａｓ１８Ｔｅ７２玻璃中,Ｇｅ,Ａｓ原子的平均本位数分别为３．５５,３,平均每个Ｔｅ与０．８个Ｔｅ原子配位键;玻璃网络结构为变形的「ＧｅＴｅ４」四面体和「ＡｓＴｅ３」,「ＧｅＴｅ３」三角锥通过－Ａｓ（Ｇｅ）－Ｔｅ－Ａｓ（Ｇｅ）－链连接起来的