Nonclassical constitutive model involving void evolution of casting magnesium alloy

The void evolution equation and the elastoplastic constitutive model of casting magnesium alloy were investigated. The void evolution equation consists of the void growth and the void nucleation equations. The void growth equation was obtained based on the continuous supposition of the material matrix,and the void nucleation equation was derived by assuming that the void nucleation follows a normal distribution. A softening function related to the void evolution was given. After the softening function was embedded to a nonclassical elastoplastic constitutive equation,a constitutive model involving void evolution was obtained. The numerical algorithm and the finite element procedure related to the constitutive model were developed and applied to the analysis of the distributions of the stress and the porosity of the notched cylindrical specimens of casting magnesium alloy ZL305. The computed results show satisfactory agreement with the experimental data.

汽泡边界层模型在矩形管道下的适用性分析

过冷流动沸腾中的流动和传热特性对反应堆的安全运行和经济性都具有重要意义。汽泡边界层模型是预测流动沸腾的一种新理论模型,它将流场沿径向划分为主流和汽泡边界层两个区域,能同时获得两个区域多个两相参数的变化规律,为空泡份额的预测提供了一种新的方法。然而,过冷沸腾段汽泡边界层模型目前仅在常规圆管中开展了验证,当管道类型和尺寸发生变化后,模型的准确度还有待进一步分析。基于此,本文将汽泡边界层模型进一步推广到长宽比较大的矩形管道中。为验证模型的准确性,将模型获得的空泡份额与现有实验数据进行对比,并同时与现有空泡份额预测模型进行了对比。结果显示,汽泡边界层模型不仅较现有模型的准确度更高,还能同时应用于矩形常规管道和窄缝通道,受管道结构和尺寸的影响较小。模型还描述了矩形窄缝通道内空泡份额、压力、流速、温度、滑速比等的变化情况,这些结果能为反应堆矩形燃料元件内的热工物理耦合分析提供基础数据。

声空化条件下传动液体积弹性模量的时空演变

传动液体积弹性模量代表介质的抗压缩能力,其动态变化会影响传动系统的精准调控。以含有空气和蒸汽的ISO 4113试验油为研究对象,建立传动管内体积弹性模量均相流模型和动态模型,考虑由传动液压缩引起的温度变化以及空化效应(空气空化、蒸汽空化和伪空化),在Roe格式分解和Steger Warming通量分裂法的基础上提出一种新的数值求解方法来预测不同空化区中压力和含气率的变化,并预测体积弹性模量的时空演变。讨论压力、含气率和温度对动态体积弹性模量的影响,并比较两种模型之间的区别。结果表明:在低压区,两种模型对动态体积弹性模量的预测结果基本吻合;当压力小于1 MPa,动态体积弹性模量随压力增大而增大,随初始含气率增大而减小,而初始温度对其影响不明显;当压力在1~10 MPa内,动态体积弹性模量随压力增大而快速增大,随初始含气率和温度增大而减小,其变化率不断减小;在初始含气率小于5%的条件下,动态模型预测的动态体积弹性模量-压力曲线更平滑;当压力大于10 MPa,在均相流模型中,动态体积弹性模量随压力增大呈线性缓慢增长趋势,而在动态模型中,由于气体不断溶解,动态体积弹性模量随压力增大而趋于稳定。对比发现,均相流模型适用于低压条件,而动态模型在高压区也同样适用。

起伏振动垂直上升管气液两相流截面含气率分析与计算

起伏振动下气液两相流含气率的准确预测对漂浮核电站的安全稳定运行有重要意义。实验研究了不同振动和流动工况下垂直上升管气液两相流的含气率特性。结果表明,起伏振动对泡状流下的含气率影响比较明显,对弹状流、搅混流和环状流的影响较弱。整体来看,起伏振动导致泡状流的含气率增加,其他三种流型下的含气率减小。对静止管道内常用的含气率计算模型进行评价,发现现有含气率计算模型比较适用于起伏振动下含气率的计算,但对泡状流和弹状流下含气率的预测误差较大。考虑振动的影响,引入了液相Froude数,建立了考虑流型的含气率计算关系式,显著提高了起伏振动下含气率的预测准确度。

基于MCMC方法的子通道程序模型参数不确定性量化分析研究

假定模型参数的不确定性服从正态分布,根据贝叶斯原理,其最可能的分布是结合先验信息和观测信息得到的最大后验概率,马尔科夫链蒙特卡罗(Markov Chain Monte Carlo,MCMC)抽样适用于此类反问题求解。鉴于随机论方法的巨大计算量,本研究利用BP(Back Propagation)神经网络及相对熵最小化来自适应加密训练数据,从而建立替代复杂正向程序的代理模型,并利用开发的不确定性分析程序对影响空泡份额的模型参数不确定性进行量化分析,选用的子通道程序为COBRA-IV。结果表明:在求得模型参数不确定性后,通过不确定性正向传递得到结果的95%置信区间对实验值的包络性较好,利用不确定性均值对模型进行标定得到的结果较基准值更接近实验值。因此,本研究建立的不确定性量化分析方法能较好适用于子通道程序的不确定性分析。

R410A空调器空泡系数模型适用性的实验验证

为了找到适用于R410A空调器两相制冷剂质量计算的空泡系数公式,提出了一种可以方便地测量换热器中制冷剂质量的准在线液氮称重法(QOMM),检验了该方法的测量精度,并建立实验台测量了不同空调工况下空调器换热器中的制冷剂量.基于所测制冷剂质量,验证了11种两相流体空泡系数模型对于R410A空调器的适用性.结果表明,QOMM具有较高的测量精度,R410A空调器制冷工况下空泡系数公式宜采用Hughmark模型,而热泵工况下宜采用Premoli模型.

文丘里式气泡发生器内气泡输运过程研究

利用可视化方法研究文丘里式气泡发生器内气泡的输运和破碎过程。实验以水和空气为工质,水流量范围为15～20m3/h,气流量范围为0.6～0.7L/min,空泡份额在0.2%～0.3%之间。结果表明：不同于常规通道,气泡在从文丘里管喉部流出后具有一个明显的减速过程,使得气液相对速度随之增加,该减速过程对气泡变形和破碎存在极大影响;水流量对气泡的破碎位置无明显影响,气泡破碎位置通常发生在渐扩段距喉部8～10mm左右的范围,处于壁面涡流区与主流的交界附近。

垂直上升管气-液两相流截面含气率的理论模型

本文提出了二维二速度气 液两相流含气率模型,模型考虑了两相间的滑移及含气率和流速沿流通截面的分布,对绝热流动情况下推导出了截面含气率与容积含气率之间的关系式,模型计算结果与实验结果符合较好。

垂直上升管中采用光纤探针测量截面含气率的实验研究

采用快速关闭阀门法和光纤探针法对垂直上升管中截面含气率的测量进行了试验研究。在常温常压下,对不同管径和不同流量下的垂直上升管中的油气两相流,建立了平均截面含气率α和管道中心局部含气率cα之间的函数关系式;参考Bankoff变密度模型建立了指数分布模型;最后对局部含气率rα沿管径分布进行了研究。结果表明:在试验工况下,rα沿径向逐步减小,局部含气率的最大值出现在管道中心。

基于MUSIG模型的低温流体过冷沸腾数值模拟

在低温泡状流中,鉴于液相中离散的气泡尺寸大小不一,文中将MUSIG模型应用于低温流体过冷沸腾计算中。通过模拟液氮在竖直圆管内过冷流动沸腾过程,对各尺寸组气泡的分布、轴向空泡份额的分布规律及流动不稳定性进行了分析。计算结果表明:各尺寸组气泡在壁面和中心区呈现不同的分布规律;平均空泡份额沿轴向呈非线性递增变化;由于流型的转变,管内压降将出现突变。

垂直上升管内气-液两相环状流截面含气率的数学模型

模型是建立在压力能量消耗率最小的原理上的,其基本原理是:在气-液两相流的流型中,环状流具有相当稳定的流动状态。根据流体力学的原理,任何系统都趋向于处在能量最小的稳定状态,所以在环状流的稳定流动状态下具有的能量应该最小。提出了计算截面含气率的压力能量消耗率模型,结果表明:模型计算结果与实验结果基本相吻合。

垂直上升气液柱塞流中含气率分布

针对柱塞流含气率分布不明确的问题,在分析现有试验数据基础上,以含气率为标准提出柱塞流新的划分方式,建立柱塞流物理模型。综合考虑含气率径向和轴向的分布,对柱塞流含气率和过渡段长度的分布规律进行研究,并进行误差分析。结果表明:过渡段长度和含气率的分布主要受表观含气率的影响;过渡段长度在径向上的衰减主要由气液两相流速关系决定;含气率以及过渡段长度分布的计算值与试验值符合较好。

基于滑速比模型的气液两相流截面含气率计算方法评价

准确计算气液两相流截面含气率是正确预测两相流压降、合理制订生产方案的关键。滑速比模型在截面含气率的计算中应用最为广泛。为此,对基于滑速比模型的常用计算方法进行系统评价,收集了公开发表的295组截面含气率数据,建立了真实可靠的实验数据集,提出了综合评价体系,引入了灰色关联分析法,对不同方法的计算精度、预测性能、灰色关联度和适用范围进行了全面分析。结果表明,对于垂直上升管气液两相流,在截面含气率全范围内,Smith方法最为推荐,其预测准确性最好,灰色关联度排序第一;各计算方法的最佳适用范围为0.7~1.0;在截面含气率为0.7~1.0,L-M方法的计算精度及预测性能最好。该成果为气液两相流截面含气率计算方法的选择提供了理论依据。

垂直上升两相流漂移流模型研究

漂移流模型在两相流空泡率计算中处于非常重要的地位,长期以来,研究者对模型中分布参数及漂移速度的确定持不同的观点。本文采用理论分析与实验研究相结合的方法,总结了分布参数和漂移速度的一般规律,提出了垂直上升两相流漂移流模型分布参数和漂移速度必须满足的限制条件,根据理论分析以及实验数据的验证,得出了漂移流模型推荐关系式。

基于滑速比的气水两相流气相流量计算方法研究

目前对气水两相流的分相流量的研究中,多是针对两相流总流量和液相分相流量进行,对气相分相流量的研究很少.本文利用文丘里管和含气率传感器对空气水两相流气相流量计算方法进行了研究,在均相流模型基础上考虑了滑速比因素造成的影响,探讨了两相流气相流量计算方法。结果表明,该方法相对于传统的均相流模型在计算精度上得到了显著提高.

含点蚀损伤7075-T6铝合金拉伸性能数值模拟

在环境腐蚀的作用下,高强度铝合金的宏观拉伸性能,尤其是断裂延性会出现明显下降,严重危害结构的安全。文中在细观力学分析的基础上,引入细观损伤变量——孔隙率等效点蚀坑对材料性能的影响。根据未腐蚀材料拉伸试验数据,回归给出改进的孔隙率演化模型中的参数值。使用改进的Gurson屈服准则,对经过不同时间预腐蚀的7075-T6铝合金的延性断裂性能进行数值模拟。数值结果与试验结果吻合,证明文中方法的正确性和有效性。

太阳能-空气能双源一体热泵制冷剂充注量研究

太阳能-空气能双源一体式热泵热水器由于在结构设计和运行工况上与普通热泵存在较大的差异,因此在研究过程中系统制冷剂充注量就不能借用已有的经验公式。针对自行研究设计的双源一体热泵R134a制冷剂充注量问题,采用Tandon空泡系数计算模型,借助于Maple应用数学软件,推导出系统在最佳设计工况下的制冷剂充注量。实验结果显示,该方法得到的数据与实际最佳制冷剂充注量基本吻合。并总结推导出适用于本类型双源一体热泵的制冷剂充注量估算公式。

一种改进的水平管气液两相流截面含气率预测模型

考虑了环状流液膜中含有气泡,气芯中夹带液滴的情况,根据Smith的环状流液膜动能与中间气芯动能相等的假设,提出了一个改进的截面含气率预测模型。实验结果表明,对于水平管空气-水两相流,在质量含气率为0.048 5~0.796 0,Smith模型对于分层流误差为29.2%,环状流误差为18.6%,而改进模型对于分层流预测误差10.89%,环状流误差为13.3%,大大提高了Smith模型的预测精度。

岩土材料塑性损伤模型及拱坝的变形局部化分析

常规的弹塑性模型难以模拟材料破坏时由于内部损伤累积引起的变形局部化带形成过程。将岩土材料抽象为含有孔洞的球形体胞单元的集合体,采用一个标量——孔洞体积百分比来刻划单元的损伤程度,基于细观损伤力学提出了一个适用于岩土材料的塑性损伤模型。将该模型通过用户子程序嵌入到大型有限元商业软件MRAC中,研究岩土材料的局部化剪切带形成过程。采用该模型,成功地对平面应力条件下岩土材料单轴受压和单轴受拉试件的局部化破坏分别进行了数值模拟。采用该模型,对拱坝在超水载作用下的变形局部化进行了研究,数值计算结果表明,上游坝踵处最先发生变形局部化现象。

切口试样破坏过程试验与细观数值分析

对切口圆棒试样与切口板试样进行单向拉伸试验和有限元数值分析 ,以试样最小横截面上各点变化的应力应变场为体胞演化的载荷控制条件 ,采用三维含球形微孔洞体胞模型分别对各点微孔洞长大规律进行数值模拟。结果表明 ,在试样得到的断口韧性区域内 ,微孔洞的生长速度较快 ;试样失稳前微孔洞相对体积百分数最大的区域与试验时试样的起裂位置一致 ,因而证实微孔洞的演化是导致试样材料在拉伸条件下破坏的主要原因 。