多孔介质内气泡Ostwald熟化特性三维孔网数值模拟

多孔介质内气泡的Ostwald熟化行为广泛存在于CO_(2)地质封存、多孔材料制备、燃料电池等领域.为探究孔隙尺度下多孔介质内气泡的熟化特性,建立了基于浓度耦合计算的三维孔隙网络模型,该模型考虑了气泡形态、多孔介质结构以及气液之间的传质,通过求解三维孔隙网络内各孔体的气相浓度,得到各气泡的演化过程,并采用四孔隙结构微流体芯片可视化实验验证了模型的可靠性.为分析多孔介质非均质性对气泡熟化过程影响,构建了两种不同孔隙尺寸的三维孔网结构,对两个区域内的气泡熟化过程进行了数值模拟.结果表明:气泡初始分布会对熟化过程产生影响,当气泡非均匀分布时,气泡从小孔隙区域传输至大孔隙区域的同时,也会各自向自身区域的大气泡区域传质;气泡初始尺寸的差异,会加速熟化进程,使熟化时间明显短于均匀分布状态.孔隙数的选取对平均毛细力、饱和度等连续尺度等效参数具有显著影响,孔隙数增加时毛细力与饱和度呈现更具规律性的非线性变化.该模型的建立可以预测地质封存过程中CO_(2)的演化过程,为CO_(2)长期封存过程中非均质性的影响机制研究提供指导.

相场法模拟低体积分数下的Ostwald熟化

建立低体积分数下的Ostwald熟化过程的相场模型,采用Cahn-Hilliard方程和Allen-Cahn方程控制相对密度场和长程取向场的变化,研究体积分数对生长指数m、动力学系数k和粒径分布的影响。结果表明:低体积分数(小于10%)的Ostwald熟化中,生长指数函数中的生长指数m不依赖于体积分数的变化,m=3.0;而随着体积分数的增加,动力学系数k变化不大,在k=0.003附近。随着熟化相体积分数的增加,晶粒生长尺寸分布加宽。

摆线针轮齿廓修形参数对摩擦润滑接触特性的影响

为研究脂润滑下摆线针轮传动润滑特性,基于Ostwald本构方程建立摆线针轮线接触脂润滑数值模型,研究负移距修形、正等距修形、正等距+正移距修形和负等距+负移距修形4种摆线轮修形方式对啮合过程中摩擦润滑接触特性的影响规律;利用啮合过程中最小油膜厚度、摩擦因数、摩擦损失功率及一个啮合周期内总的摩擦损失功率评价了摩擦润滑状态。结果表明:相同加工精度下,正等距+正移距组合修形方式下啮合过程中最小油膜厚度最大,摩擦因数、摩擦损失功率以及总的摩擦损失功率最小;等距+正移距组合修形方式的摩擦润滑接触状态最优,而负等距+负移距修形的摩擦润滑接触状态最差,正等距单修形方式的摩擦润滑接触状态优于负移距单修形方式;不同修形方式下,随着修形量的增加,整个过程总的摩擦损失功率增加,摩擦润滑状态变差;随着转速增加,修形齿廓啮合过程中最小油膜厚度增大、摩擦因数减小、摩擦损失功率增大及总的摩擦损失功率线性增加。

天然胶原的稳态流变性能和数学模拟

用旋转流变仪研究胶原溶液的稳态流变性能,讨论了浓度和温度的变化对胶原溶液流动曲线的影响。实验数据显示胶原溶液的剪切粘度随着剪切速率的增大而降低,表明胶原溶液具有明显的假塑性。同一剪切速率下,温度升高,胶原溶液的剪切粘度降低;浓度增大,剪切粘度增大。用幂律方程、Carreau方程和Cross方程对胶原溶液的流动曲线进行数学拟合,结果表明幂律方程,Carreau方程和Cross方程都能准确地描述胶原的流动曲线,其中幂律方程的粘度指数K和非牛顿指数n的变化能准确反映胶原假塑性的变化;Carreau方程和Cross方程的参数比幂律方程多,其拟合得到的曲线和实验数据吻合得更好。但在本实验条件下,Carreau方程和Cross方程预测的零剪切粘度η0和无穷剪切粘度η∞不准确。

玉米直链淀粉糊流变特性研究

以玉米直链淀粉为研究对象，以AR500流变仪为研究设备，考察玉米直链淀粉糊的流变学特性以及质量分数、温度和加热时间对其流体性能的影响。结果表明，玉米直链淀粉糊基本属于剪切稀化型非牛顿流体，其流体行为受质量分数、温度和加热时间的影响。质量分数增加可导致淀粉糊黏度增加，温度升高和加热时间延长均可导致淀粉糊黏度下降。在低剪切速率时（0．01～0．06s-1），淀粉糊为胀流性流体，随着剪切速率的增加（0．07～100s-1），淀粉糊剪切稀化现象显著。

短径向轴承的脂润滑控制方程式

润滑油中常常包含有稠化剂等添加物,从而使润滑油表现为塑性润滑剂,因此发展脂润滑理论是需要的。为研究短径向轴承脂润滑特性,基于Ostwald模型推导了短径向轴承的脂润滑控制方程式。为了检查建立方程式的可靠性,置流变指数n=1,所得结果与牛顿流体的相应控制方程完全一致。可以用所建立的新方程分析脂膜的压强分布规律,并且能为短径向轴承脂润滑设计计算提供了理论基础。

3D Thermo-Fluid Dynamic Simulations of High-Speed-Extruded Starch Based Products

This paper aims to investigate a method to perform non-isothermal flow simulations in a complex geometry for generalised Newtonian fluids. For this purpose, 3D numerical simulations of starch based products are performed. The geometry of a co-rotating twin-screw extruder is considered. Process conditions concern high rotational speed (up to 1800 rpm), different flow rates (30, 40 and 60 kg/h) and water contents (22% and 36%), for a total of 54 simulations. To cope with the geometry complexity a Mesh Superposition Technique (MST) was adopted. The pseudoplastic behaviour of the fluid is taken into account by considering viscosity as function of shear rate (Ostwaldde Waele relationship) and temperature (Arrhenius law). Simulated temperature variations are compared with measurements at same process conditions for validation. Qualitative behaviour of temperature T and shear stress ?along the screw are analysed and comparisons of different process conditions are presented. By these simulations a database is formed to develop a process control strategy for novel extruder operating points in food technology.

钢液中Al_2O_3夹杂物碰撞生长的动力学模型

基于群体平衡模型,在奥斯特瓦尔德熟化的基础上,考虑布朗碰撞对分子扩散长大的影响,建立了钢液中Al2O3夹杂物碰撞生长的动力学模型,包括分子扩散长大以及由于布朗、斯托克斯和湍流碰撞引起的夹杂物聚集、生长,采用颗粒尺寸分组法对夹杂物的聚集生长进行了模拟.结果表明,湍动能耗散率从0.1 m2/s3增加到10 m2/s3时,对临界尺寸以下粒径的分子微粒的数量密度影响较小,但对临界尺寸以上大粒径夹杂物分子微粒的数量密度影响较大.碰撞过程中,夹杂物最大数量密度对应的极值直径约为0.2μm.

多生境膜生物反应器中活性污泥的流变特性

以多生境膜生物反应器运行过程中活性污泥的流变性能为研究对象,考察污泥浓度(MLSS)和剪切速率(γ)对活性污泥流变特性的影响,以期揭示其中活性污泥的流变学特性,从而为优化其运行提供理论及实验基础。反应器系统在不排泥的情况下运行,持续运行105 d,反应器内生物质浓度从刚开始驯化的3 200 mg·L^(-1)累积到最终的12 500 mg·L^(-1)。在运行过程中,在常温下同步测定了污泥的动力黏度、极限黏度和上清液黏度。结果表明:随着剪切速率的增大,污泥黏度均减小,表现出剪切稀化的特性,非牛顿流体的特征十分明显;活性污泥极限黏度随MLSS、EPS增加而增大,在低质量浓度(<8 000 mg·L^(-1))下的活性污泥流变特性与Bingham模型十分吻合,而在高质量浓度(>8 000 mg·L^(-1))下的则近似于Ostwald de Vaele模型。