黏弹性复杂流动的微观-宏观确定性模拟

Deterministic simulation approach was applied to simulating viscoelastic complex flows,in which,the SIMPLE algorithm based on collocated grid was used to solve the conservation equations on the macroscopic level and the spectral method was used to solve the Fokker-Planck equation on the mesoscopic level.Here,the transient 4∶1 planar contraction flow for dilute polymer solution was computed by using the coupled technique and the calculated polymeric stress distributions at steady state were identical with the results of continuum approach as well as the corresponding references.Therefore,the presented results indicated that the SIMPLE algorithm based on collocated grid coupled with the spectral method can be used to simulate viscoelastic complex flows effectively.Moreover,the influence of Deborah number and viscosity ratio on polymeric stress was also investigated.     

基于CCDM的流态化制冰的多相流动与传热特性

流态化制冰是一种新型的直接接触式动态制冰方式,通过建立联合连续和离散模型的CCDM(combined continuum and discrete model)全耦合模型,采用一种非结构网格颗粒搜索法,计算了流态化制冰过程所涉及的颗粒-流体多相系统的流动和传热特性。结果表明:基于CCDM模型计算出的结果与实验数据有较好的一致性,模型的准确度高;冻结程度关键值的提出,简化了颗粒间碰撞模型的判断和颗粒相表面传热量的等效计算;颗粒间的碰撞、聚并对颗粒粒径的作用,会进一步影响颗粒的运动速度、停留时间以及轴向浓度分布的变化,难以忽略其对于流态化制冰过程的多相流动与换热特性的影响。     

运用Newton-Cotes积分构造显式Runge-Kutta格式

从Newton-Cotes积分的角度构造了一个带参数的三级二阶显式Runge-Kutta格式和两个带参数的四级三阶显式Runge-Kutta格式,给出了精度证明及稳定性条件.当参数特殊取值时,所构造的三种参数格式分别导出了常用的三阶Runge-Kutta格式(RK3)和经典的四阶RungeKutta格式(RK4).通过数值算例,验证了所构造的几类Runge-Kutta格式的有效性、稳定性及高精度.与常见的各类显式Runge-Kutta格式相比,本文构造的三种Runge-Kutta格式具有更好的稳定性.     

粒数衡算与多相流耦合求解刮削制冰的晶粒特性

在考虑晶粒成核、生长、聚并和破碎的情况下,采用分组法求解粒数衡算方程,通过耦合粒数衡算与多相流方程,建立了多尺度的结晶模型,模拟了表面刮削式制冰装置内水的动态结晶过程,获得不同温度、刮削速度、制冰时间等外界条件下晶粒数密度分布、云图等信息,分析了外界宏观条件对水的动态结晶过程的影响。结果表明：由于碰撞引起的晶粒聚并和破碎使得晶粒的尺寸分布更为集中和均匀;在过冷温差（流体局部温度与水的相变温度差值）不大于20℃,刮削速度不大于10 r·s^-1范围内,降低壁面温度、增加刮削速度可以加速水的结晶与生长。     

剪切流场中聚乙烯结晶过程的建模与模拟

基于Eder模型推导了剪切流场中球晶、串晶形态演化的数学模型,将第一法向应力差作为串晶成核的驱动,并引入两相悬浮模型描述体系,认为其由无定形相和半结晶相组成,分别用FENE-P模型和刚性哑铃模型描述。基于上述数学模型,分别构造了捕捉球晶、串晶生长的Monte Carlo法与体系控制方程求解的有限差分法,成功模拟了二维剪切流场中聚乙烯的结晶过程,给出了球晶、串晶的形态演化,分析了剪切时间、剪切速率对串晶成核密度、结晶速率、流体黏度等的影响。数值结果表明:所构造的Monte Carlo法合理有效,不仅成功捕捉了晶体的生长与碰撞,而且较为准确地预测了结晶速率。此外,提高剪切时间或剪切速率,将增加串晶成核密度、提高结晶速率、使流体黏度突增的时间点提前。     

基于非结构化网格同位有限体积法的粘弹流体数值模拟

采用基于非结构化三角网格的同位有限体积法模拟了聚合物溶液平板收缩流。其中,聚合物溶液微观尺度大分子的信息通过FENE-P本构模型得以在宏观场上体现。数值求解过程中,速度与压力、速度与应力间的耦合通过动量插值实现。通过与结构化网格数值结果及实验结果的比较,验证了该方法在粘弹流动问题求解中的正确性。与此同时,文中根据构象张量给出了分子微观结构直观的可视化描述方法,并分析了不同流动区域分子形变以及分子取向等微观信息。     

非等温黏弹流体圆柱绕流的数值模拟(英文)

A collocated finite volume method on unstructured meshes is introduced to simulate the viscoelastic flow of the polymer melt with viscous dissipation past a confined cylinder. The constitutive equation for the simulations is non-isothermal FENE-P model, which is derived from the molecular theories. The temperature effect on the macroscopic fields (e.g., velocity, stress) and microscopic fields (e.g., molecular orientation, deformation, stretch) is investigated by comparison of isothermal and non-isothermal situations. This investigation indicates that temperature rise caused by viscous dissipation should not be neglected since it has significant effect on the macroscopic and microscopic properties of the polymer melt.     

非等温粘弹流体平板收缩流的数值模拟

基于线性PTT本构模型对非等温粘弹流体4∶1平板收缩流进行了模拟,其中分子松弛时间、聚合物黏度与温度的依赖关系通过WLF公式描述。控制方程采用同位网格有限体积法求解,速度-压力以及速度-应力间的耦合采用动量插值技术处理。文中给出了不同We数下粘弹流体等温和非等温情况下流场和应力场的变化情况,分析了温度对流场和应力场的影响,考察了Pe数、We数以及能量方程中参数k对温度场的影响。     

三维熔体前沿界面的Level Set追踪

给出三维Level Set方程,采用五阶加权本质无振荡格式进行空间离散,通过算例验证了该算法的正确性及追踪三维运动界面的准确性。进而将Level Set算法和同位网格有限体积法进行耦合,模拟了注塑成型充填阶段的三维流动过程,准确追踪到了不同时刻熔体前沿界面,预测并分析了流动过程中不同时刻的压力、速度等重要流动特征。数值结果表明,该方法可追踪三维熔体前沿界面,预测充填过程中的重要流动特征。     

直角管道支化聚合物流动的数值模拟及粘弹分析

选取基于Doi-Edwards模型发展起来的XPP模型作为本构方程,采用耦合稳定化技术的同位网格有限体积法模拟了直角管道流以及嵌件直角管道流。给出了直角管道流和嵌件直角管道流中表征聚合物宏观信息量的等值线图,分析了流变参数以及嵌件对管道截面上表征聚合物宏观信息量的影响。数值结果表明,XPP模型能够合理描述聚合物溶液浓厚体系的粘弹效应,其模型中流变参数的变化能够预测聚合物溶液拉伸属性及法向应力差的基本特征。同时,流道中嵌件的放置将使得聚合物宏观属性的变化趋势在嵌件附近发生质的变化。