应用CFD-DEM耦合模拟计算排泥管及法兰连接处固液两相流

对于管内固液两相流数值模拟,一般的做法是将固体颗粒相视为拟流体,采用多相流的CFD方法计算,这难以体现固体颗粒形状大小、碰撞、凝聚和分离等特性.选取常规的两段管径为0.7 m水平排泥管道和一个连接法兰段作为研究对象,运用CFD软件ANSYS-FLUENT模块与离散元软件EDEM耦合求解排泥管内及法兰连接处固液两相流.计算的来流速度为5.0 m/s,固体颗粒密度为1 300 ~2 300 kg/m3,固体颗粒入口体积率为10%~30%,粒径在20~60 mm范围内随机变化.因加工和安装的问题导致在管道法兰连接处存在凸出或凹进不平顺的情况.计算得到了在不同的法兰连接状况下的固液两相流场、固体颗粒轨迹和固相体积率分布等结果.     

基于DPM模型的离心泵非定常固液两相流及磨损计算（英文）

运用离散相模型(DPM)结合半经验的磨损模型,模拟计算离心泵内非定常固液两相流动,探索固相颗粒运动以及对泵材料磨损的规律。计算中将液相视为连续介质,求解欧拉坐标系下的流体控制方程;把固体颗粒相视为离散介质,在拉格朗日坐标系下求解颗粒运动方程,采用迭代计算方法实现固液两相耦合。选取常用的IS型离心泵作为研究对象,清水作为连续相,石英沙粒作为离散相,粒径为0.05-0.2 mm,泵进口颗粒体积率为0.5%-3%。计算得到了离心泵内固液两相流场特性,得到了泵内固体颗粒群的运动轨迹和材料磨损率分布等有价值的结果。     

一种能应用于气液两相流的新型稳流阀设计（英文）

流量与压降的波动广泛存在于气液两相流中,并且会对设备造成严重的疲劳损伤甚至导致设备失效,因此降低气液两相流中的流量波动与压降差波动是有必要的。首先对中国古书《岭外外答》中记载的一种液压装置进行了理论分析,该装置主要功能是实现稳流效果,并且只有合适的压差才能使其正常工作;利用欧拉方程与伯努利方程对整个装置的流场与工作原理进行了系统的分析,在分析过程中考虑了流体不同流态(层流、湍流、气液两相流等)对模型的影响,并根据建好的模型应用FLUENT软件对流场进行了仿真模拟。在此装置基础上,论证通过对其管径比以及结构的进一步优化以及植入传感模块可设计出一种能应用到气液两相流的稳流装置。     

高炉冷却壁冷却水管内液固两相流的数值模拟

建立了高炉冷却壁三维物理模型.采用大型CFD软件FLUNT6.8中的欧拉多相流模型,对高炉冷却壁冷却水管内的液固两相流三维流动和污垢清洗特性进行了数值模拟研究.分析了流体的流速,固体颗粒的粒径、体积分数对流体的流动、清洗强度及清洗均匀的影响.结果表明:流体的湍流强度、壁面污垢清洗强度和压力降均随流速、颗粒粒径和体积分数的增加而增加;液固流态化清洗防垢除垢效果取决于流速、液固颗粒粒径和体积分数的合理组合;综合考虑节水节能及污垢清洗的均匀性,高炉冷却壁的最佳流速为2.0～2.5 m/s,固相颗粒粒径为3～4 mm,体积分数为5%～8%.研究结果为高炉冷却壁液固流态化污垢在线清洗的工业应用提供了理论基础.     

基于DPM模型的离心泵非定常固液两相流及磨损计算

运用离散相模型（ DPM）结合半经验的磨损模型,模拟计算离心泵内非定常固液两相流动,探索固相颗粒运动以及对泵材料磨损的规律。计算中将液相视为连续介质,求解欧拉坐标系下的流体控制方程;把固体颗粒相视为离散介质,在拉格朗日坐标系下求解颗粒运动方程,采用迭代计算方法实现固液两相耦合。选取常用的IS型离心泵作为研究对象,清水作为连续相,石英沙粒作为离散相,粒径为0.05-0.2 mm,泵进口颗粒体积率为0.5%-3%。计算得到了离心泵内固液两相流场特性,得到了泵内固体颗粒群的运动轨迹和材料磨损率分布等有价值的结果。     

Cu/Al固液连接界面组织演化的定量分析（英文）

采用固-液法快冷成型制备了Cu/Al整体材料。利用SEM,EDS,XRD等分析了Cu/Al界面的微观结构和相组成,基于扩散方程并结合相图定量分析了Cu/Al界面组织演化过程。结果表明:从Cu侧至Al侧,界面依次形成了区域Ⅰ(AlCu+Al_2Cu)混合组织,过共晶组织[Al_2Cu+(Al_2Cu+α-Al)]的区域Ⅱ和亚共晶组织[α-Al+(Al_2Cu+α-Al)]的区域Ⅲ;随着界面Cu浓度的变化,Al_2Cu相具有不同形貌;且各个区域厚度同理论值基本一致。     

Cu/Al复合带固-液铸轧复合界面演化（英文）

利用固-液铸轧复合(简称SLCRB)技术,在d160 mm×150 mm二辊实验铸轧机上制备Cu/Al复合带,并对其界面扩散层的反应程度、反应产物组成及显微组织演变规律进行SEM、EDS和XRD分析。结果表明,铸轧液相熔池内,液态铝液与铜带接触后在其表面形成初始渗铝层,界面成分主要为α(Al)+Cu Al2,且扩散层厚度在高温下逐渐生长变厚,最厚处约为10μm;进入低于kiss点的固相区后,扩散层在剧烈轧制延伸变形作用下破裂,界面两侧原始基材被挤出接触后形成新的复合界面,在铸轧出口处形成沿轧制方向弥散分布的CuAl_2、CuAl和Cu9Al4,扩散层平均厚度由10μm减薄至5μm且较为均匀。剥离和折弯性能测试结果表明,所制备的Cu/Al复合带剥离断裂面出现在Al基体侧,断口呈显著韧性断裂,试件经90°~180°折弯后未出现界面撕裂现象。研究成果为高效短流程制备Cu/Al复合带提供了工艺基础。     

机械搅拌式锌浸出槽内固液两相流的数值模拟与结构优化

基于Fluent软件,采用标准的kε湍流模型、欧拉欧拉多相流模型、多重参考系稳态流动方法,对浸出槽内固液两相流动过程进行数值模拟研究,且采用示踪剂法研究流体在槽内停留时间的分布。将临界离底悬浮转速的数值模拟结果与Zwietering临界转速进行比较,两者吻合较好,验证模型的有效性。应用数值模拟方法研究桨叶离底高度、桨叶间距和阻尼板高度对槽内固相浓度分布和浸出液平均停留时间的影响规律。结果表明:在一定范围内,增大桨叶间距有利于固相分布均匀,延长浸出液的平均停留时间,从而促进固液相之间的传质扩散,当桨叶间距为2D(D为浸出槽直径)时,效果较优;在一定范围内,增大阻尼板高度有利于槽内固相的上浮;在允许范围内,降低桨叶离底高度有利于改善槽底沉积现象,增大浸出液的平均停留时间,当桨叶离底高度为0.3D时,效果较好。     

固-液和液-液反应喷射沉积法制备原位TiB_2/Cu复合材料（英文）

利用固-液和液-液反应喷射沉积法并结合冷轧和退火工艺制备原位TiB_2/Cu复合材料,对比分析该复合材料的显微组织和性能。结果表明,TiB_2/Cu复合材料的显微组织和性能主要受反应方式和轧制处理的影响。利用液-液反应法可使原位反应更充分地进行,而通过轧制和退火处理可使复合材料原始沉积坯的致密度和性能得到优化。利用液-液反应喷射沉积制备的轧制态TiB_2/Cu复合材料的综合性能(401 MPa和83.5%IACS)优于利用固-液反应喷射沉积制备的轧制态TiB_2/Cu复合材料的综合性能(520 MPa和20.2%IACS)。     

气液两相流腐蚀管道流固耦合特性分析

为研究气液两相流对腐蚀管道力学性能的影响,考虑到管道腐蚀宽度的不同,建立了3种不同工况下气液两相流的输流腐蚀管道有限元模型,并在Ansys-Workbench中分别进行了单双向流固耦合分析以及模态分析.结果 表明:双向流固耦合作用下,腐蚀管道底部最大主应力大于管道顶部,且随着腐蚀宽度的增加,管道最大主应力逐渐减小,管顶...     

水力旋流器内固液两相间的相对运动（Ⅲ）：———湍流频率与固液跟？…

考察了湍流频率对水力旋流器内固液肉相间相对运动的影响。研究表明,颗粒与流体在切向与轴向的跟随性与湍流频率的关系比较简单,即随湍流频率的增加两相间的跟随性下降,但在旋流器的半径方向,由于湍流脉动与离心沉降的联合作用,颗粒与流体的跟随呈复杂的变化。视颗粒病度的不同,径向跟随性指标ηｒ（表征颗粒速度与流体速度之比）与湍流频率ω的关系有三种基本形式：对小颗粒,ηｒ随ω的增加出现极大值,但ηｒ始终为正（颗粒     

耦合修正分析Al-Fe-Ni合金蠕变机理（英文）

在引入阈值应力和载荷传递系数后,对Al-Fe-Ni合金的蠕变本构方程进行耦合修正,描述该合金在300和400°C下的位错蠕变。量化结果分析及显微组织表征表明,蠕变过程中位错与共晶相间复杂交互作用是阈值应力的起源。同时,共晶相与基体之间模量的差异引起共晶相分担应力作用。此外,温度对基体及共晶相模量产生的影响差异导致高温时合金阈值应力降低,而应力转移系数增大。这些现象通过有限元模型分析得到进一步的论证。总体而言,共晶合金位错蠕变的控制机理得到了更深层次的量化认识。     

高压下金属钨固-固相变的分子动力学模拟（英文）

采用分子动力学模拟研究高压下金属钨快速凝固过程中的相变,并用双体分布函数和最大标准团簇分析法(LSCA)对其结构进行分析。在冷却速率为0.1 K/ps、压强40～100 GPa下纯钨熔体首先结晶成体心立方(BCC)晶体,然后经过一系列BCC-HCP共存的中间态,转变成六方密排(HCP)晶体。动力学因素可能导致液-固相变过程包含中间态;而在BCC向HCP转化的过程中,纵横交错的晶界导致很多难以区分的中间相,从而使本为一级相变的固-固转变看起来像是连续相变。作为一种与参数无关的结构分析方法,LSCA能识别拓扑密堆结构和计算其平均截止距离等参数来探测无序体系中的关键结构演变。     

冷轧Ti/Al层状复合材料固-液反应过程中的界面微观组织演变（英文）

将冷轧Ti/Al层状复合材料在675～750℃下进行不同时间的退火处理,退火过程中钛和铝都保持过剩,研究了Ti/Al层状复合材料的界面微观组织演变。结果表明:Ti和Al的界面层由2个亚层组成,其中一个为紧密的TiAl_3亚层,其微观结构为紧密的TiAl_3层,其中分布着随机取向的充满Al的裂纹,另一个为颗粒状的TiAl_3亚层,其微观组织结构是颗粒状的TiAl_3分布在Al基体中。在不同的退火温度和时间条件下,紧密TiAl_3亚层的厚度几乎没有变化,但是颗粒状亚层的厚度随着退火温度及时间的增加而增加;另外,界面层中的TiAl_3颗粒的体积分数在不同的温度下均随着退火时间的延长而下降。因此提出了反应扩散模型来描述界面层的形成机理,在此模型中,TiAl_3相是化学反应和扩散的结果,并且也考虑了TiAl_3相的溶解。计算结果表明TiAl_3相的形成与生长由化学反应控制,其等效厚度与退火时间之间遵循线性规律,这主要是因为Ti和Al原子能够快速地通过紧密的薄TiAl_3亚层。     

Al/Cu双金属复合材料在液固复合铸造过程中的组织和性能（英文）

采用化学镀法在纯铜基体上镀上镍-磷镀层,并通过液固复合铸造工艺制备Al/Cu双金属材料。研究不同工艺参数(结合温度、预热时间)下Al/Cu接头的显微组织、力学性能和导电性能。结果表明,各种金属间化合物在界面处形成,其厚度和种类随结合温度和预热时间的增加而增加。Ni-P夹层发挥了扩散阻碍层和保护膜的作用,有效地减少了金属间化合物的形成。Al/Cu双金属复合材料的剪切强度和电导率随金属间化合物厚度的增加而减小,特别地,Al_2Cu相的不利影响相比其他金属间化合物更加明显。在780°C预热150 s条件下制备的试样表现出最大的剪切强度和电导率,其值分别为49.8 MPa和5.29×10~5 S/cm。     

灰色模糊模型在基坑最优排桩中的应用与仿真（英文）

基坑排桩方法是决定建筑物安全性能与建设成本的关键,为了改善当前排桩方法主观性太强、缺少约束条件的弊端,设计一种基于灰色模糊的基坑排桩模型。模型以两桩排桩结构为例,描述了等值梁法的基坑排桩建模过程,利用灰色模糊理论构建待优化排桩数据评价集合,向集合中加入环境信息以及建筑约束条件,建立模型隶属度函数,采用最小二乘法给出基坑排桩方法的目标函数,以实现对等值梁法的优化。计算机仿真结果显示,所设计模型能够充分利用环境信息,优化效果显著,且对建筑物的结构改变率低。     

基于充型过程金属液流动特点的气-液两相流算法模型（英文）

针对在铸件充型过程中,金属液表现出不同的流动特点,含有固体颗粒的金属液具有不可压缩非牛顿流的流动特性,而过热金属液具有不可压缩牛顿流的流动特点,采用Projection方法求解气体、过热金属液和含有固体颗粒的金属液的速度场,用Level set方法来追踪气-液界面边界。为了验证计算模型,将模拟结果与实验结果(采用16 mm摄像机记录充型过程)进行比对,从而证明计算模型的正确性。     

基于BOM的排故过程组件化建模研究（英文）

针对现有的排故过程模型建模方法复杂,模型开发效率低的问题,提出基于基本对象模型(BOM)的排故过程组件化建模方法。该方法将排故任务视为排故过程的基本组成模块,并从建模需求出发抽象排故任务建模要素,确定排故任务模型要素与BOM模板元素间的映射关系,建立排故任务BOM模型,借助BOM间的聚合机制,将排故任务模型聚合,从而构建排故过程模型。以探头加温计算机故障的排故过程为例进行实例建模,在自主研制的飞机维修仿真训练平台上进行仿真验证,结果表明:该方法所建模型满足人员培训需求,同时能够利用已有的排故任务模型实例快速组建新的排故过程模型,提高了模型的开发效率。     

卷纸机的光电液伺服控制系统设计（英文）

依据卷纸机的特点,需要纸张稳定、无偏差的靠近卷纸机,来完成卷纸工作。采用了光电液伺服控制系统来对卷纸过程中纸张跑偏的特点进行控制,绘制了系统的原理图,对主要的器件进行了选型,并且建立了系统的数学模型,利用MATLAB仿真软件对系统进行了仿真分析,证明了该控制系统稳定性好,速度响应快,实现了设计的初衷。     

基于固液扩散偶研究Mg-40Al与Mg-20Ce的界面反应（英文）

研究了Mg-40Al与Mg-20Ce固液界面在475、500和525℃下保温5～30 min的界面反应和扩散层的生长动力学。结果发现,在扩散层中由于Al元素和Ce元素反应生成Al_(11)Ce3、Al_3Ce和Al_2Ce金属化合物。金属化合物的体积分数随着扩散温度的升高而增加。扩散层的生长满足抛物线生长规律,扩散层的扩散激活能为(42±3.7)kJ/mol。实验研究的固液扩散为理解合金熔炼过程中金属化合物的形成提供了理论基础。