直流电弧等离子炬温度场-电场分布特性数值模拟

直流电弧等离子体是近年来放射性固废处理领域的重点开发技术。本文以直流非转移弧等离子炬为对象,基于Fluent软件UDF与UDS的二次开发功能,将数值模拟过程与工质气的物性参数、控制方程组源项变化以及电极电流分布进行动态链接,建立了二维轴对称的磁流体动力学(MHD)计算模型;通过求解流体力学控制方程组与麦克斯韦方程组,并采用合理的边界条件,得到了等离子炬内的温度场、速度场以及电流电势分布规律。结果显示,阴极附近电位降显著,电流密度分布集中;层流条件下弧柱区温度分布均匀,中心温度为全流域最高,区域边缘温度梯度较大;阳极附近存在电流密集分布区域,可作为弧根位置预测依据。研究工作同时为等离子炬电极寿命-射流热效率的耦合分析计算奠定了方法基础。     

等离子炬焰熔法单晶生长炉温度场分布的仿真模拟

根据等离子炬焰熔法单晶生长结构特征,利用Fluent软件分析了等离子温度、燃气速度、外冷气速度、炉体结构对温度场的影响.结果表明,随着等离子体温度升高,轴向和纵向温度梯度增加,生长室温度整体升高;随着燃气速度的增加,生长界面处轴向和径向温度升高,但热源处径向温度下降;随着外冷气的增加,壁面温度降低;增加到一定数值后,作...     

等离子喷涂枪喷嘴能量分布的数值模拟

为了给等离子枪体的设计提供理论依据,利用FLUENT软件对等离子喷涂枪水冷却流动和换热进行了数值建模与计算.由于等离子枪体的热压缩效应主要是靠内部水冷系统完成,理想的水冷系统应该能尽快地将等离子束流所产生的热量带走,因此,对等离子枪体冷却水流场进行了研究,得出了喷嘴的温度场和水流速度场,明确了喷嘴的能量分布.研究结果表明,等离子枪体损失功率的一部分能量集中在阳极斑点,其他均匀分布在喷嘴上.其结论对等离子喷涂枪的设计具有参考价值.     

铝合金激光—电弧复合焊温度场有限元数值模拟

采用复合热源焊接是一种比单一热源焊接更有潜力和发展前景的新型焊接方法,但复合热源的相互作用机理也更加复杂.为了更好地理解和研究复合热源的作用机理,采用ANSYS软件进行了8 mm厚铝板激光—电弧复合双道焊接的温度场数值模拟,比较得出了一种适合铝合金激光—电弧复合焊接的热源模型.实验结果表明,采用模型模拟得到的焊缝截面形状和实际复合焊接得到的焊缝截面形状符合度较好,该复合热源模型是铝合金复合焊接的一种理想热源模型.     

直流复合绝缘子积污特性的数值模拟研究北大核心

为研究直流电压下复合绝缘子积污特性,以复合FXBW-110/120-2绝缘子为研究对象,利用COMSOL数值模拟软件中的湍流模块、静电模块以及流体流动粒子追踪模块,对垂直悬挂、直流电压作用下的绝缘子表面积污特性进行了数值模拟研究,并与相关文献的试验结果进行了对比,分析了风速和污秽粒径对其表面积污特性的影响。结果表明:数值模拟结果与试验结果在数量级上吻合得较好。与不加电情况比较,施加90 k V直流电压时,靠近高压端的2号伞裙、绝缘子中段的5、6号伞裙以及靠近低压端的11号伞裙的积污量增量较大,呈"W"型分布。复合绝缘子表面积污量随风速的增大而增多,随粒径的增大呈现先减小后增多的趋势。     

U形渠道直壁式量水槽水力特性数值模拟

为了优化U形渠道直型式量水槽水力计算,由U形渠道直壁式量水槽模型试验得出的水力特性基础上,对量水槽的部分工况进行数值模拟,得出了水位与流量的关线曲线.试验结果表明,自由水面线的计算与实测值符合较好,流速分布规律揭示的水流特性与实际状况相符,所选模型能够准确模拟量水槽的三维水流特性,该数值模拟方法可靠,为量水槽的优化设计提供了思路.     

基于补偿电极的对称四极直流电阻率法数值模拟

首先介绍一种新的基于补偿电极的对称四极直流电阻率探测方法。利用有限元分析软件,对地下存在异常体的二维介质模型进行了数值模拟分析,数值计算出地下不同深度低阻和高阻水平柱体、低阻和高阻垂直板状体的视电阻率剖面曲线。不同深度视电阻率剖面曲线存在如下特征：异常体投影点上方曲线存在明显的异常变化;存在补偿电流的曲线异常幅度大于无补偿电流的异常幅度;浅埋深的异常幅度大于深埋深的异常幅度。     

基于有限体积法直流电阻率2.5维数值模拟

为进一步解决传统直流电法正演计算中所存在的问题,给出了基于有限体积法的直流电阻率法２.５维数值模拟算法。针对数值模拟中至为关键的场源奇异性及边界效应。介绍了一种右端项校正技术。通过构建若干典型的地电断面模型,计算地表电位及视电阻率,并对其异常响应进行分析。算例结果表明,通过校正方程组右端项后产生的源矢量不再是包含近源处突变电位的矢量,它能够补偿正演算符因边界取得不够远而丢失的信息,进而减少边界及源奇异性对正演模拟的误差,验证了本文算法的可行性。     

铝制板翅式油冷器单层水侧流动特性的数值模拟

利用Fluent软件对国内某泄漏失效的铝制板翅式油冷器和其改进型油冷器分别进行了单层水侧流体流动特性的数值模拟,结果表明：由于水侧结构设计不合理,造成流道流量分配不合理,导致水侧压力分布不均、形成局部压力过小区,进而发生气蚀现象导致油冷器泄漏失效。改进型油冷器水侧流道3流量分配较原油冷器提高了16.7%,流道4降低了15%,这也使得油进口、流道2、流道3及水出口端压力分布更优,可有效预防气蚀。     

水煤浆管道输送数值模拟研究进展

水煤浆是一种具有复杂流变特性的非牛顿流体,对水煤浆管道输送的流型和内部结构进行数值模拟可实现水煤浆流动的可视化,弥补实验研究的不足。从两相流理论和非牛顿流理论出发,综述了水煤浆管道输送数值模拟的主要模型和方法并进行了分析比较,考虑了水煤浆中添加剂对不同模型的影响,最后得出水煤浆管道输送数值模拟较合理的模型是非牛顿流模型。对目前各种模型和算法中存在的问题,提出今后发展的方向。     

导电结晶器电渣重熔空心钢锭电场和温度场的数值模拟

建立了导电结晶器电渣重熔空心钢锭的数学模型.利用有限元软件ANSYS对导电结晶器电渣重熔空心钢锭进行了稳态的电热耦合分析,计算了不同供电方式对电渣重熔空心钢锭体系温度场的影响,进而分析了体系电场和温度场分布对空心钢锭质量的影响.不同供电方式对重熔体系电场、温度场影响的计算结果表明:采用外结晶器导电的电极,能促进电渣池温度均匀,进而使金属熔池更加浅平、均匀.     

涡轮级进口温度分布不均匀时流场和温度场的非定常数值模拟

采用Jameson的四阶龙格－库塔法研究了高压涡轮叶栅进口有温度畸变时的涡轮流场。通过对一级涡轮叶排的非定常数值模拟,计算结果表明,由于叶排间的相互运动,叶片表面的压力呈周期性地变化,流场也是周期性地变化;当进口气流温度分布不均匀时,进口的热气流会向转子压力面上适移,导致压力面上产生热点,使动叶表面温度发生很大变化,加入热斑时静叶栅内流场的影响较小,对动叶栅内流场影响较大。     

电子洁净室气流特性分布及颗粒物扩散数值模拟

为研究换气次数ACH、新风比r和空调节能比φ对空态电子洁净室内气流特性分布和颗粒物扩散的影响,构建了简化的三维洁净室模型,并采用数值模拟方法分析了室内典型位置处的气流特性、通风状况和颗粒物浓度变化。结果表明,增大ACH、r和φ均可以增强室内人员和工作台区域附近的气流速度。ACH和r的增加可以促进行人呼吸高度处的通风效果,而φ的改变主要对室内人员和工作台区域处的通风影响较大;颗粒物浓度随ACH增加而减少,室内不同区域的颗粒物扩散受r的影响不同,不同人员处的颗粒物浓度变化差异较大,φ的增大可以降低室内人员附近的颗粒物浓度。     

液固流化床中颗粒流动特性的数值模拟

应用欧拉-欧拉双流体模型,液相采用k-ε湍流模型,同时考虑液固两相间耦合作用,数值模拟液固流化床内液固两相流动,研究了液体密度和粘度对液固流化床内流动特性的影响.研究结果表明,液固流化床内液体、颗粒混合比较均匀,呈现散式流态化特性.颗粒轴向速度随着液体密度和粘度的增大而增大,并且在床内分布趋势相同.数值模拟得到床层膨胀高度的结果与Babu等人公式计算值相吻合.     

液-液旋流分离器分离特性数值模拟

液-液旋流分离器内部流场复杂,现有实验条件难以得到较为清晰的流场分布和液-液两相分离过程,用马丁·休教授发明的F型液-液旋流分离器为研究模型,以取油水作为分离介质,采用计算流体动力学技术对液-液旋流分离器进行数值模拟分析.结果表明:液-液旋流分离器内部流场分布特征明显,并在圆柱段、大锥段、小锥段存在不同程度的循环流;其各截面切向速度和轴向速度分布规律与理论分析相一致,切向速度分布中在圆柱段、大锥段和小锥段上端组合涡特征明显,圆柱段和大锥段的轴向速度呈现双W形式;采用分散相模型追踪油滴运动轨迹,证明油水分离的关键在于油滴是否能够在分离区域进入内旋流.     

桩-网复合地基承载特性的数值模拟研究

桩-网复合地基在一些工程中得到应用。并取得了良好的效果。本文通过有限元数值模拟的方法研究了上部填土高度、土工合成材料刚度以及桩体剐度对复合地基最大沉降、桩土应力比等的影响。     

聚磁参数对直流电磁泵磁场分布影响的数值模拟

直流电磁泵是镁合金铸造过程的重要设备,而电磁铁聚头长度和截面积是影响电磁泵效率的关键参数．作者采用ANSYS软件研究了聚磁头结构对电磁泵聚磁头间隙磁场分布的影响．模拟结果表明,由于聚磁效应,聚磁头结构能有效提高聚磁头间隙处磁感应强度,且随聚磁头长度的增加,磁感应强度分布均匀性有所提高;随着聚磁头截面特征长度的增大,聚磁头间隙处磁感应强度先增大后减小,聚磁头截面特征长度为20-30mm时聚磁效果最佳．研究结果对于深入认识直流电磁泵的磁场特性并对其优化具有理论价值和现实意义．     

Ta-10W薄板的微束等离子弧焊数值模拟与实验研究

为了研究0.5mm厚的Ta-10W合金微束等离子弧焊过程中温度对焊接接头质量的影响,利用有限元分析软件ANSYS,对微束等离子弧焊温度场进行了数值模拟。模拟所得焊缝形状及尺寸与实验结果吻合较好,从而验证了所建有限元模型的可靠性。此外,还对焊接接头的质量进行了大量实验研究,分析了焊接温度与微观组织形态及表面显微硬度之间的关系。实验结果表明,焊缝未被氧化;晶粒主轴的成长方向随着最大温度梯度方向的变化而变化,从熔合线处开始垂直向焊缝中心生长,到最终与焊缝中心线重合;沿着焊接方向,焊缝金相组织大小与显微硬度有规律的不断变化;垂直于焊接方向,从焊缝中心到两边,金相组织逐渐变小。     

离心泵内大颗粒下运动特性数值模拟与磨损分析

为揭示离心泵在输送固液两相流时颗粒密度和粒径对泵性能和磨损的影响,采用Realizable k-ε湍流模型（液相）和DPM离散相模型,对模型泵内固液两相流动进行定常数值模拟,研究固液两相流场中颗粒的运动轨迹以及磨损规律。结果表明：随着颗粒密度和粒径的增大,模型泵的扬程和效率均下降;密度、粒径越大的颗粒,其运动轨迹越易偏向叶片工作面;随着颗粒密度的增加,叶片工作面以及蜗壳内的磨损程度加剧,但是叶片背面的磨损减轻,颗粒相应地在叶片工作面和蜗壳外壁边缘聚集;随着颗粒粒径的增大,蜗壳整体磨损程度加重,其中蜗壳的隔舌区域、Ⅱ区域和Ⅵ区域磨损程度最严重;叶片整体磨损程度逐渐降低,且叶片工作面磨损程度大于叶片背面。

     

库水位下降的饱和-非饱和土坝渗流数值模拟

基于非饱和土渗流的理论,借助Geo-slope的有限元数值模拟软件,对库水位下降过程中的饱和-非饱和土坝进行了数值模拟分析,分析结果给出了坝体在库水位下降的过程中,坝体中孔隙水压力的消散状况以及坝体中自由水面位置、形态的变化情况等。结果表明:非饱和-饱和坝体中,在水位下降的各个时刻,由于非饱和区的存在,坝体中的自由水面的形态呈上凸状,且孔隙水压力消散速度变缓。