金属粉末注射充填中渗流现象的数值仿真

在金属粉末注射充填中,金属粉末相与粘结剂相会发生两相偏析。在高粉末体积分数处当金属粉末相流速为零时粘结剂相会发生渗流。目前已有采用两相流体数学模型对偏析的仿真研究,尚未有对渗流的仿真。使用两相流体数学模型时在粉末相流速为零处粘结剂相流速满足达西定律,即该模型亦适用于渗流的仿真。然而,目前在使用该模型时为简化计算认为粉末相粘度和动量交换系数在高、低粉末体积分数处相同。这种简化虽然可模拟出发生在低粉末体积分数处的偏析现象,但是导致高粉末体积分数处渗流发生时强烈的粉末相内部相互作用和两相间相互作用不能得到准确模拟,从而不能对渗流进行仿真。本工作提出了将粉末相粘度与动量交换系数模型化以模拟渗流的方法。使用该方法对收缩矩形管道内的注射充填进行仿真,结果显示收缩管道中收缩处金属粉末发生了聚集,粘结剂产生了渗流,并且渗流的发生使得粉末体积分数产生较大的不均匀分布。本工作中的方法可为其他领域的多相流中渗流形成的研究提供参考。

封闭梯形渠道水流特性的数值模拟

为深入了解封闭梯形渠道的水流特性,以3m长封闭梯形渠道为例,采用雷诺应力紊流模型对不同糙率顶板的封闭梯形渠道水流特性进行了数值模拟,分析了影响其流速场和二次流形态的因素。结果表明,断面流速呈非对称的弓形分布,随顶板糙率的加大,最大流速点向渠底移动;由于受边壁和顶板糙率的影响,过水断面的二次涡流主要集中在固壁拐角处;壁面附近的紊动强度和紊动能耗散量均比较大;粗糙顶板的壁面剪切应力大于光滑顶板的切应力。

圆柱绕流中的雷诺应力弱化现象的讨论

基于对圆柱绕流的直接数值仿真的数据的调查,我们讨论了k-ò模型对雷诺应力的预测与实际雷诺应力的差别,并发现在圆柱后方的雷诺应力湍流时有弱化的趋势,此外在渠道两翼侧存在应力强化的区域,描述这些趋势的比例系数没有表现出和墙壁距离的相关性。

不可压缩流体的一种分区域算法

结构力学中的子结构综合的方法被应用于求解压力泊松方程,提出了一种新的求解不可压缩流体的分区域算法。算法对区域的压力泊松方程组的自由度进行减缩,仅保留了区域共用边界面上的自由度,不同区域的减缩计算可以相互并行地执行。然后按照协调条件将所有区域的减缩方程综合成全流场的方程。通过求解综合方程将一个区域内流体的压力扰动传递到全流场。综合方程的自由度数大为减少,提高了求解速度。用数值算例测试了正交网格和非正交网格下算法的误差,证明了算法的可行性。

非协调动态子结构的直接综合方法

在动态子结构法中子结构的综合要求子结构的界面节点完全重合,限制了动态子结构法的应用。针对这个问题,文章提出了一种可将两个非协调子结构直接综合的方法。通过建立不重合的界面节点位移之间的关系,位移协调条件被扩展到了非协调子结构。根据非协调子结构的广义位移协调条件对子结构的减缩动力学方程做演化,将子结构界面节点位移自由度作替换,使非协调的子结构具有相同的界面自由度,从而可以按照经典的方法将子结构综合。对壳单元算例的测试结果表明,非协调子结构的直接综合方法是可行的。