人工骨微管道内细胞及细胞悬液两相流数值分析

研究了人工骨微管道中细胞和细胞悬液的速度场、细胞浓度分布，并分析了细胞在微管道中可能沉积的部位。研究表明，在该微管道系统的模拟哈佛氏管和佛克曼管交叉处附近细胞浓度较高，离管壁0．3r处细胞浓度最大。离管壁一定距离处存在细胞相速度大于液相速度的过渡区域，该过渡区域内存在扩散作用和细胞亲壁生物特性，使得部分细胞沉积于管壁，过渡区域外的主流区细胞相速度小于液相速度，但大部分细胞将被液相带走。     

人工骨支架内部微结构两相流数值模拟

人工骨仿生支架内部微孔结构关系到支架能否替代自然骨,植入骨生长因子、成骨细胞等活性物质,促进骨组织的生长。利用Fluent软件,对中心为球体,边缘为圆柱体的单元微结构进行了细胞和营养液的两相流数值模拟,分析了中心球半径R及连通孔径d对系统压力、流速及细胞相体积分数的影响规律,为人工骨支架微结构的优化及仿形研究奠定了基础。结果表明中心球半径R对系统压力影响很小,较大的连通孔径d比较适合细胞的增殖与粘附;最大流速在0.011m/s-0.018m/s范围内,d恒定时,随着的R的增加,流速分布很均匀,但是值却稍微有些降低。R恒定时,随着连通孔径d增大,流速分布越均匀,速度值也越大。     

基于漂移流模型的管道一维气液两相流数值仿真与分析

两相流模型受到双曲线性质的影响,因为很难获得雅可比矩阵的简洁解析表达式,从而限制了开发Roe型黎曼求解器。针对管道气液两相流流动现象,利用一维气液两相流漂移流模型,建立了管道一维气液两相流控制方程,采用基于时间的限制器,使用Lax-Wendroff方法求解方程组,并以此开发了数值求解器。以垂直管中油气两相流为模型算例,计算了不同时刻的管中沿管道方向的含气率分布,通过分析比较,文中采用的漂移流一维气液两相流模型和数值算法能够满足管道一维气液两相流流动的工程应用。     

液液混合两相流中内螺旋管道机器人运行性能分析

作为一类重要的无创肠道机器人,目前对螺旋管道机器人的研究都是针对单相液体流,但由于各类流质食物的存在,肠道环境为液液多相流状态。采用计算流体力学(CFD)方法数值,计算内螺旋管道机器人在液液混合两相流中的轴向推进力、流体动压承载量、机器人周向阻力矩和管道内壁所受最大压力等运行性能参数。结果表明:往液体环境管道中加入另一均匀分散的高黏度液体时,随着加入液体体积分数的增大,机器人轴向推进力、流体动压承载量、机器人周向阻力矩和管道内壁所受最大压力均随之增大;当加入的高黏度液体分散不均匀时,随着加入液体体积分数的增大,机器人轴向推进力呈波浪状增大,周向阻力矩也随之增大,但基本都小于高黏度液体均匀分散时的情况。     

低压管路内气液两相流数值模拟及试验分析

以低压管路内气泡的运动状态为研究对象,建立了气泡在管路内运动的模型。对气泡分别在45°倾斜向下、水平、垂直向上3种管路中匀速运动进行分析。通过理论分析及模型仿真发现,在45°倾斜向下的管路中,气泡在匀速运动时只能聚集于靠近管壁的环状空间上方;在水平管道中,气泡存在于管道上部,在垂直向上的管路中,气泡只沿管道中心向上运动。搭建可视化试验台,观察气泡在不同管路中的运动状态,发现仿真结果与试验观察现象吻合。同时,通过分析当管道含气率在1.18%时,气泡在管路中的聚集和变形情况,发现管道内的压力波动与油液流速和管道的曲率半径相关。     

气液两相流泵的研究进展

介绍了气液两相流动的主要计算模型,总结了现有两相流泵的特点,对有关两相流泵的流场分析,性能预测,试验研究及水力设计等方面的现有成果分别进行了综述,对应进一步深入研究的问题及研究中应遵循的一些原则进行了初步探讨。     

气液两相流中的空隙率计研究

本文介绍了研制的新型三相脉冲电导式空隙率计.与国外代表性的Merilo旋转电场式空隙率计比较,其传感器结构和激励电源等均有新的创新.研究结果表明:仪表在线性度、测量精度、频率响应以及结构简化等方面,均有提高和改进.     

液固两相流中固体的测量

讨论了液固两相流中固体量的计算问题与方法，并讨论了实用的检测仪表选用的问题，简介了部分应用实例。     

射流式离心泵气液两相流数值分析

射流式离心泵是一种特殊的流体机械,采用射流器与离心泵组合的方式设计,以牺牲一部分效率来提高离心泵抗空化性能,增大吸程。基于CFD技术,针对射流式离心泵进行了定常气液两相流数值求解。设定进口处气体的容积含气率分别为5%,10%,15%和20%,气泡直径为0.1 mm,在单相计算收敛后数值模拟了气液两相全流场。结果表明:当含气率0.05时,泵性能不会发生较明显的变化;喷嘴到叶轮进口20～90 mm之间液相速度大于气相速度,气液两相速度差为1～2 m/s;在喷嘴到叶轮进口90～150 mm之间时气相速度大于液相速度,两相最大速度差为4 m/s。     

微通道内单相及气液两相流动换热数值模拟研究进展综述

随着科技的发展,微电子设备的散热量越来越大,传统换热器将难以满足其散热需求。微通道散热是一种新型的高效换热技术,其结构紧凑、换热性能突出、运行安全可靠的特点引起国内外学术界和工业界的广泛关注。试验技术存在对换热装置加工工艺和测量仪器精度的高要求,成本高、准备周期长;数值模拟技术成本低、计算周期短,探索微通道内单相和气液两相流动换热特性更为便捷,其优势也日益突显。详细介绍了针对微通道换热器的传热流动数值模拟研究方法,对比分析了包含LBM模拟方法和VOF气液两相流模型在内的典型数值方法,并总结了数值模拟在微通道单相换热特性、气液两相换热特性和临界热流密度方面的研究进展。     

基于细胞沉积的人工骨微管设计及三维流场分析

针对人工骨微管中细胞均匀粘附和营养成分顺利运输所需流速条件,研究支管与主管道之间的夹角对支管中流速的影响以及沿主管道不同位置的支管中液体速度分布,并结合自然骨微观结构以及流体力学中的能量守恒和流量守恒原理,提出一种强化微循环结构并进行三维粘性流场数值分析,将分析结果与单纯仿形结构的流场分析结果比较,结果表明,该结构流速分布更均匀,支管内流速得到很大程度的提高,有利于细胞均匀粘附和进一步提高人工骨设计孔隙率。     

CALCULATION ON TWO-PHASE FLOW TRANSIENTS AND THEIR EXPERIMENTAL RESEARCH

From basic equations of gas-liquid, solid-liquid, solid-gas two-phase flow, the calculating method on flow transients of two-phase flow is developed by means of characteristic method. As one example, a gas-liquid flow transient is calculated and it agrees well with the experimental result. It is shown that the method is satisfactory for engineering demand.     

微通道中液氮的流动沸腾——两相流动压降分析

对液氮在直径为0.531 mm,加热长度为250mm的圆管中的流动沸腾压降和传热特性进行研究.作为第一部分,主要对微通道中液氮的两相流动压降进行试验研究与分析.结果表明:在核态沸腾起始时,质量流量迅速降低,而压降突然增大,并伴随着明显的温度滞后,幅度约为4.0～5.0 K.由于压降很大,在微通道内液氮的两相流动中会出现闪蒸,从而对质量干度产生重要影响.最后,利用均相模型和三个两相流动模型(L-M模型,Chisholm B系数模型和Friedel模型)对微通道沿程压降进行分析和比较.不同于常规通道的是,均相模型可以很好地预测压降试验结果,而三个两相流动模型的预测偏差较大,这是由于在微小通道中的高速流动情况下,汽相和液相混合比较均匀;同时液氮的液汽密度比很小,这也有利于均相模型的预测.     

NUMERICAL SIMULATION OF 3-DDENSE SOLID-LIQUID TWO-PHASE TURBULENT FLOW IN A NON-CLOGGING MUD PUMP

A mathematical model is set to evaluate the 3-D dense solid-liquid two-phase turbulent flow in a non-clogging mud pump, the flow feature in the impeller channel is simulated with the tool of IPSA. Meanwhile, resort to TECPLOT as the post-processor, the simulation results is visualized. The results show the main flow characteristics: There exists backflow and aberrant velocities at inlet area and a relative velocity slip between two phases; A jet-wake flow pattern is discerned around the shroud-suction side area; The relative velocity vector of solid phase is closer to the pressure surface than that of liquid phase and the trend is more obvious with the increase of diameter; The kinetic energy of turbulence k and the dissipation rate s reach their peaks at the corner of pressure and suction surface. The simulation results show a good agreement with the experimental flow features in the impeller channel, which prove the turbulent model used is valid and provide a theoretical design basis to non-clogging pu     

管内汽液两相流动摩擦阻力的试验研究

本文报道了在高压加热水回路中水平直管内蒸汽-水两相摩擦阻力系数在试验段加热和不加热两种条件下进行的试验研究。检验作者以前所提出、现已作为我国电站锅炉水力计算方法的阻力计算式。结果表明这种计算方法与国外一些计算方法相比,计算精度高,方法简便。     

间隙环流中同心涡动转子动特性的研究

考虑轴向流动因素的影响，采用紊流整体流动模型和Moody壁面摩擦系数方程，建立间隙环流3D非线性微分方程，运用摄动法和线性振动理论分析求解间隙环流中同心涡动转子动特性系数。实例计算结果表明，间隙环流中同心涡动转子动特性系数与间隙的大于有关，同时分析轴向压差、壁面粗糙度、长径比及入口预旋等参数对大、小间隙环流中同心涡动转子的动特性系数的影响。     

大型立式轴流泵叶片进口流场及其对水泵影响研究

分析各因素对大型立式轴流泵叶片进口流态的影响,研究该断面流场的形成机理。提出叶栅对进口流态反作用和相互自动调整的观点,即如果叶栅来流非均匀轴向,叶栅过流特性会反过来影响来流流态并调整达到平衡。结果表明,立式轴流泵叶片进口流场既非轴向,又非均匀,不符合常规假设。用五孔探针实测叶轮直径D=1.64m轴流泵叶片进口流场,证明了理论分析的正确性。分析叶片进口流态对水泵性能、导轴承偏磨和间隙气蚀的影响,提出改善流态的方法。成果对改进轴流泵及其进水流道设计理论和方法,提高运行性能具有重大意义。     

制造过程质量控制中误差流理论的研究

基于平稳随机过程正态分布假定和手工计算的传统统计过程控制法与控制图已经不满足现代制造过程质量控制与保障的要求。为提高产品质量必须研究与质量形成过程相关的几个误差流理论问题：误差流的跟踪与监视控制，误差流控制图，三维误差模型及其失稳自组织恢复原理。介绍了上述问题的研究结果与模型，并报道单／多工序车削加工误差流跟踪和误差流控制图的试验研究结果。     

电站冷凝器壳侧气液两相流动和传热的数值研究

建立了电站冷凝器壳侧气液两相流动和传热的两流体数值模型，基于分布阻力方法建立气液两相的控制方程组，对Ｎ１１２２０—１型冷凝器进行了数值分析，计算表明液相对该冷凝器总体性能的影响不显著。计算结果与试验数据和单相模型的结果进行了比较，两流体模型计算的相对热流密度与试验值吻合良好，精度比单相模型有所改进。     

不同过程参数对搅拌摩擦焊接中材料流动以及残余应力分布的影响

通过有限元法建立了搅拌摩擦焊接的二维模型,并研究了不同工艺参数下搅拌摩擦焊接过程中材料的流动以及残余应力的分布。在搅拌摩擦焊接过程中,切向流动构成了材料流动的主要形式,并且材料流动最为剧烈的区域发生在后退侧。在材料的切向流动中,材料的流动方向不是单一的,可能会形成漩涡。搅拌头平移速度和转速的增加,都能使材料在后退侧的流动变得更为剧烈,但是在材料流动速度较小的区域,参数的改变对材料流动的影响很小。纵向残余应力的最大值始终发生在热影响区的边界,并且纵向残余应力在靠近焊缝中心线的附近一般为正值,而在靠近焊接构件边界的地方,残余应力则表现为负值。纵向残余应力的最大值随着搅拌头平移速度的增加而有所增加,但是搅拌头转速的变化对纵向残余应力的分布影响不大。