球形胶囊内约束熔化过程的LBM模拟

为了准确预测球形胶囊内部材料的相变性能,为后续相变微胶囊浆体的多尺度研究提供微观相变信息,采用格子Boltzmann方法（LBM）,引入浸入式移动边界处理方案,借鉴糊状区和热焓理论,构建了适于相变模拟的数值模型,模拟了球形胶囊内部固液相变过程,讨论了不同粒径尺度下熔化机制的区别。结果表明,利用LBM方法得到的预测结果与可视化实验数据吻合较好,清晰地呈现出球体上部温度热分层和下部液相强对流共存的特性。随着粒径尺度的不断减小,胶囊内部对流作用逐渐减弱,甚至当粒径小于3 mm时,其内部对流作用可忽略。     

玻璃配合料熔化过程的计算机模拟

玻璃配合料的熔化过程是一种宏观上稳态的、微观上非稳态的连续过程。本文在一定的假设条件下,建立了配合料熔化过程的数学模型,并用计算机作了大量模拟计算。通过模拟,分析了火焰空间温度分布、喂料速度、配合料层厚度等因素对熔化过程及温度分布的影响。模拟结果从理论上证实,薄层快速喂料能加速配合料的熔化、节约能耗、缩短熔化区长度。     

球形容器内石蜡非约束融化特性实验

通过可视化实验研究了球内受空隙影响的石蜡(RT27)非约束融化过程,探讨了球直径、加热温度、初始温度以及相变材料(PCM)填充率对球内非约束融化特性的影响。通过对PCM固液界面演化、固相运动等融化行为的观察发现,受球内空隙影响,非约束融化过程会出现固相PCM先漂浮后下沉的融化模式。进一步的量化结果表明:增大球直径,固相PCM漂浮时间先增大后减小,总融化时间则持续增大;提升加热温度和初始温度,固相PCM漂浮时间和总融化时间减小;增大PCM填充率,固相漂浮时间和总融化时间先增大后减小。最后,通过对实验数据的无量纲化分析,提出了无量纲总融化时间(受Rayleigh数、Stefan数、PCM填充率、无量纲初始温度影响)关系式。     

球形容器内石蜡非约束融化特性实验

通过可视化实验研究了球内受空隙影响的石蜡（RT27）非约束融化过程,探讨了球直径、加热温度、初始温度以及相变材料（PCM）填充率对球内非约束融化特性的影响。通过对PCM固液界面演化、固相运动等融化行为的观察发现,受球内空隙影响,非约束融化过程会出现固相PCM先漂浮后下沉的融化模式。进一步的量化结果表明：增大球直径,固相PCM漂浮时间先增大后减小,总融化时间则持续增大;提升加热温度和初始温度,固相PCM漂浮时间和总融化时间减小;增大PCM填充率,固相漂浮时间和总融化时间先增大后减小。最后,通过对实验数据的无量纲化分析,提出了无量纲总融化时间（受Rayleigh数、Stefan数、PCM填充率、无量纲初始温度影响）关系式。     

陶瓷过滤管管壁内气体流动的LBM并行模拟

采用格子Boltzmann方法,编制并行程序,计算了陶瓷过滤管管壁内的流体流动,从微观角度对滤管多孔介质结构内的流动进行分析。以陶瓷过滤管管壁扫描电镜图片为基础,根据实际滤管的厚度,确定计算中的多孔介质结构。分析了无膜滤管微细通道内的速度及压力随入口参数的变化情况以及多孔介质结构对速度的影响,给出了压力沿滤管厚度方向的变化曲线;分析了有膜滤管内的流动情况,给出了压力变化曲线,由计算结果可知,滤膜压降占滤管压降的比例较大。对过滤管微孔结构内流动的研究,可为陶瓷过滤管的性能优化提供理论指导。     

管道泄漏污染物一维迁移的LBM模拟

石油管道泄漏现象时有发生,对环境造成了危害,研究埋地管道石油污染物泄漏尤为关键。在此采用Boltzmann研究方法,通过多尺度技术和局部平衡态分布函数的Chapman-Enskog展开得到运算的平衡态方程,并给出了石油管道污染物泄漏迁移的一维有源扩散方程的格子Boltzmann模型,通过C++软件数值模拟进行运算。最终得出结果与理论解一致,验证了用Boltzmann方法研究污染物泄漏迁移的可行性。     

促进玻璃的熔化过程

一般玻璃配合料的熔化过程分三个阶段进行,即料堆被熔化、硅砂颗粒熔化并出现泡沫层、澄清。原料熔化初期的发泡阶段是玻璃液均化作用不可缺少的,而泡沫层的厚薄也对以后的熔化速度有很大影响。过去,采用粒化和压块的配合料,以改善热传导,提高熔化效率,但结果却生成很厚的泡沫层,不仅没有提高熔化能力,相反还有所降低。因此,为     

微通道中液滴内部混合过程的μ-LIF可视化和LBM模拟

采用μ-LIF技术可视化研究了微通道中液滴内部的组分混合行为,建立了描述多相多组分体系的格子波尔兹曼方法（LBM）,通过μ-LIF实验确定了LBM模型关键参数,成功模拟了微通道中液滴内部的混合行为。研究表明,液滴在运动中发生形变可以有效缩短传质距离,实现强化混合的目的。同时,分散相对壁面的润湿性质对复杂结构微通道中液滴流动起着重要作用。本文为微尺度复杂流动行为的研究提供了理论基础,并为微通道的结构设计与优化提供了可靠的方法论。     

基于LBM的液滴撞击液膜数值模拟

结合格子玻尔兹曼方法(LBM)与VOF法对液滴撞击液膜的过程进行数值模拟。对不同分子结构下液滴撞击液膜的铺展、水花的形成以及飞溅等现象进行了分析描述,定量地讨论了水花飞溅的高度以及液滴撞击后在液膜上的铺展直径,并在此基础上对不同形状液滴撞击液膜的动态特性和最大涡量进行分析。结果表明:液滴在空气中撞击液膜更容易产生水花并伴随二次小液滴的产生,且铺展直径最大;液滴在氦气中仅会有水花产生,说明液滴在氦气中水花的飞溅受到了抑制;液滴在氮气中溅起的水花比甲烷高,但其铺展面积相近。在不同形状的液滴下,AR值较大的液滴不会出现射流现象,扁椭圆液滴撞击液膜后产生的最大涡量值更大。     

基于RKPM的n-octadecane熔化过程光热特性数值模拟与验证

建立求解一维半透明材料相变过程的辐射导热耦合计算方法,了解正十八烷(n-octadecane)在辐射源作用下的相变熔化过程,获得材料内部温度分布,验证数值方法准确性。基于无网格RKMP方法,采用修正等效热容法处理相变潜热的吸收与释放,利用梯度折射率的方法处理变折射率介质内的辐射传输问题。实验测量了n-octadecane在红外辐照加热条件下的熔化过程温度响应特性。结果表明数值模拟值和实验值在温度水平和时间特性两方面都符合良好,验证了计算方法具有良好的精度。     

受平衡约束的平行反应体系的催化剂粒内反应-扩散过程模拟

以甲烷化体系为例,研究了受平衡约束的平行反应的催化剂粒内状态。采用正交配置法求解催化剂的一维、二维反应－扩散非等温模型。模拟结果表明,由于甲烷化反应与变换反应交互作用,导致变换反应在催化剂粒内正、逆反应均存在。内扩散效率因子不能准确描述催化剂内表面利用率,应考虑粒内参数分布。     

稳定玻璃池窑的熔化过程

玻璃工业面临的一项任务是提高玻璃熔窑的单位效率,使每昼夜产玻璃液达一千吨。完成这项任务主要靠综合应用如下的玻璃熔制过程的强化措施:如电辅助加热,将玻璃液面的火焰覆盖程度提高到80％,采用高效的燃料燃烧方法;采用活性配合料以及在熔化带对玻璃     

不同粒径硅砂在玻璃熔窑内熔化过程的数值模拟

采用数值模拟方法,对玻璃熔窑内不同粒径硅砂的熔化过程进行模拟,追踪了硅砂粒子由投料口进入玻璃池窑的运动轨迹.研究了粒径对硅砂运动过程,及硅砂熔化时间、熔化温度的影响.研究表明:当硅砂粒径增大时,部分硅砂由配合料熔化区向池窑底部运动,并在第Ⅰ环流玻璃液作用下沿窑长方向运动.随着硅砂粒径增大,硅砂的熔化时间分布变宽,熔化时间延长.由于熔化过程中部分硅砂向温度较低的池窑底部运动,硅砂的平均熔化温度由1313℃升高到1374℃后基本稳定在1350 ～1380℃.随着硅砂粒径增大,硅砂沿窑长方向运动的最大距离增加,当硅砂粒径大于500μm时,热点后仍有部分硅砂未完全熔化,可能会对玻璃液的进一步澄清均化带来不良影响.     

环管反应器内传热过程的数值模拟

为了对环管反应器内传热规律进行研究,在Euler-Euler双流体动量传递模型和环管反应器聚合传质模型的基础上,考虑了环管反应器内传热过程,建立了环管反应器传热数学模型,对工业烯烃聚合环管反应器内流动、传热和传质及聚合反应过程进行了研究。反应器内浆液温度的模拟值与工业现场值吻合,说明所建立的环管反应器传热数学模型是有效的。模拟结果表明,环管反应器温度与物料浓度存在不均匀分布。在上升段,温度分布呈中心对称,在弯管段不再呈中心对称,下降段的温度因弯管段的不均匀分布而不再呈中心对称分布;随着浆液入口速度或入口固体颗粒相体积分数的增加,环管反应器上升直管段,弯管段以及下降直管段温度降低;管壁冷却水温度不同,对环管反应器内冷却能力也不同,在反应器内相同的释放热量情况下,冷却水温度越低,对反应器内物料的冷却能力就越强。     

序列装药内弹道过程的模拟分析

基于经典内弹道学理论,建立了序列装药的内弹道数学模型.用MATLAB语言编写了模拟程序,以某小口径武器为对象,模拟分析了不同装药量、喷孔直径和点火时间差对p-t和v-t曲线的影响.结果表明,附加药室的装药量存在一理想值,此时附加药室火药的利用率最高;喷孔直径存在一域值,大于或小于该值,初速都将变小;点火时间差为某一值时,最大膛压不变且作功能力最强.合理选择附加药室装药量、喷孔直径和控制能量补充时间是能否在最大压力处实现压力平台的关键.     

氧化铝激光选区熔化温度场模拟

基于ANSYS模拟分析了激光选区熔化(Selective Laser Melting,SLM)Al_2O_3陶瓷过程中的温度场,研究了激光功率和扫描速率对熔池热行为的影响,并结合实验验证了模型的可靠性。结果表明:当激光功率由100 W增加到200 W时,熔池的最高温从1 619.02 K增加到3 276.79 K,升温速率极值从2.05×106 K/s增加到4.90×106 K/s;当扫描速率由60 mm/s增加到120 mm/s时,熔池的最高温由2 754.45 K减少到1 980.59 K,而升温速率极值由2.65×106 K/s增加到3.57×106 K/s,降温速率极值由2.15×106 K/s增加到2.63×106 K/s;当扫描速率固定为90 mm/s时,熔池的最高温度是影响降温速率值的直接因素,熔池最高温度越高(激光功率越大),降温速率越大。随着激光功率的增加或者扫描速率的减少,熔池的尺寸逐渐增大。对比实验与模拟数据,发现模拟结果能够说明试样的表面质量和粉末的熔化状态随激光工艺参数而变化的趋势。     

LBM和CFD数值模拟错流列管流体力学的效率比较

采用无网格格子?玻尔兹曼法(LBM)模拟计算错流换热器流体力学,并与CFD模型对比. 结果表明,结合大涡模拟(LES),LBM合理预测了错流换热器湍流流体力学,模拟速度分布与文献结果吻合较好,关键物理量计算误差均在工程允许范围内. LBM与CFD模型模拟结果大致相同,计算时间相近,计算效率无明显差异. CFD模型需大量前处理时间用于网格划分,尤其对于具有复杂几何内构件的换热器,网格处理更复杂. LBM基于粒子追踪计算平衡态分布函数的演化,采用格子概念替代原网格,只需指定格子离散尺寸,无需适应几何边界的空间离散,模型适用性更强,建模过程更高效,适合复杂几何结构的模拟.     

玻璃熔化过程的分析研究㈠

1引言 玻璃制造商不断面临着玻璃质量、能耗、环境保护，以及新技术方面的投资需求等问题。20世纪80～90年代，数学模型的开发，以及新试验方法增长了人们在玻璃熔化方面的知识，并且帮助解决了许多问题。模拟的结果表明，要有新的工艺布置，不要过多受传统方法的影响。     

旋转列管式干燥机内干燥过程的计算机模拟

以颗粒热传递模型为基础 ,运用面向对象的程序设计思想 ,结合微软基础类库 (MFC) ,在Win dowsNT环境下 ,开发了初步的旋转列管式干燥机的计算机模拟软件。实例证明 ,该模拟软件是方便、有效和可靠的     

下行床反应器内催化裂化过程的CFD模拟

耦合湍流气粒多相流模型和催化裂化集总动力学模型,建立了描述下行床内多相流动和催化裂化过程的反应器数学模型,并利用计算流体力学单元模拟软件CFX4.3对下行床内的催化裂化过程进行了数值模拟及分析.模型能预测出在工业应用中反应器内最受关注的诸多参数,如固含率、相间滑移速度、压降、气固相的加速区以及各组分浓度的分布情况.预测结果表明,气相反应的进行将导致反应器内的气粒流动行为发生较大变化,充分考虑反应与流动行为的耦合十分重要;而反应器床径的增大将导致转化率和各产物收率的下降.