我国汽车动力流体传动与余热利用的研究与发展

概要地介绍了我国汽车动力流体传动技术暨液力混合动力公交车、液压自由活塞发动机和气动汽车的最新研究成果.针对现有液压储能装置能量密度过小的缺点,提出了采用汽—液两相储能介质、高比强度复合材料、内燃机余热利用等改进措施.以此为基础,探讨了汽车四种典型路况的驱动方案.

应用计算流体动力学方法估测医院急诊大厅颗粒物分布特征的研究

目的基于室内场所的空间几何构型、风速、颗粒物浓度和环境温度测量值,阐述空气中颗粒物浓度、悬浮时间等分布规律。方法现场测量医院急诊大厅的空间及其中大型设施的尺寸,测量环境中颗粒物数量浓度、温度、风速,场所空间尺寸用于构建模型,环境检测参数用于确定模型的边界条件和验证模型的正确性。基于格子波尔曼方法(Lattice Boltzmann Method,LBM)计算颗粒物运动,应用对流扩散方程计算空调送风系统出风口处颗粒物浓度的变化,离散相模型(discrete phase model,DPM)用于计算颗粒物在流场的运动情况。结果环境检测表明空调送风系统出口风速与室内颗粒物数量浓度呈负相关,人群聚集的候诊区颗粒物数量浓度高于诊室(P值均<0.05)。通过建立的数学模型进行仿真计算,仿真相对浓度未超过实测相对浓度的x±s范围,候诊人群使局部颗粒物浓度升高,候诊区人员咳嗽呼出气中的颗粒物可以在15 s内传播给周围的人,呼出气中60%的颗粒物悬浮时间可持续几分钟或更长时间。结论改变模型中的空间几何尺寸和环境检测参数可以用于计算不同室内场所中颗粒物的分布情况,仿真结果与实测结果具有可比性,数学计算结果可支持环境呼吸危害防控管理措施的制定。

一类带有非线性阻尼项的磁流体动力学方程组的解的整体存在性

本文研究在多孔介质意义下的一类带有非线性阻尼项a|u|^(α-1)u(a> 0)的不可压的磁流体动力学方程组的解的整体存在性问题,通过古典的能量方法和Sobolev紧性嵌入方法获得了解的整体存在性,利用Gagliardo-Nirenberg插值不等式和其它的一些重要不等式得到了解的正则性结果,建立了弱解和强解的整体存在性,这些结果在很大程度改善了之前相关文献的结果,揭示了磁流体运动的物理现象,为磁流体动力学的发展提供了必要的理论基础.

高空核爆炸磁流体动力学电磁脉冲

高空核爆炸产生的磁流体动力学(晚期)电磁脉冲对电力系统等国家重要基础设施具有严重影响。由于晚期电磁脉冲产生的机理复杂,依赖因素众多,包括爆炸当量、爆高、爆炸方位、爆炸时间、观察点位置以及土壤电导率等,因此,目前还没有成熟的代码可以模拟整个晚期电磁脉冲的产生过程。介绍晚期电磁脉冲的产生机理,讨论晚期电磁脉冲电场随核装置爆炸当量、爆高和大气状况的变化关系。E3A电场峰值随爆炸当量线性增加,而E3B电场峰值则随爆炸当量增加出现明显的饱和效应。分析了当前晚期电磁脉冲模拟代码现状,为进一步研究晚期电磁脉冲数值模拟方法和代码研发提供参考。

流体动力式喷水室撞击流喷嘴研究进展综述

文章阐述了流体动力式喷水室撞击流喷嘴的研发历程。以研发时间为顺序,介绍了PX离心式喷嘴、撞击流对喷式喷嘴、撞击流靶式喷嘴,详细分析了各喷嘴的产生背景、结构特点、雾化原理与性能参数,旨在为后续相关研究提供参考。

光滑粒子流体动力学流体仿真技术综述

光滑粒子流体动力学(smoothed particle hydrodynamics,SPH)是实现流体仿真的主要技术之一.随着生产实践中流体仿真应用需求的增加,近些年涌现了许多相关研究成果,改善了流体不可压缩性、粘性、表面张力等物理特性模拟的视觉真实性、效率与稳定性.同时,一些工作探讨了复杂场景的高质量模拟,以及多场景、多材料的统一仿真框架,增强了SPH流体仿真技术的应用效能.从以上几个方面对SPH流体仿真技术进行归纳、总结和讨论,并对其未来发展进行了展望.

基于光滑粒子流体动力学的波浪中航行体入水数值模拟

航行体在波浪条件下高速入水的运动响应和载荷特性是其研发设计过程中需要重点考虑的问题,为了对该问题进行精准预测,采用无网格光滑粒子流体动力学(smoothed particle hydrodynamics,SPH)方法,提出了一种新型周期性波浪边界技术,利用四元数法计算物体六自由度运动,建立了波浪条件下入水模拟的数值水池。通过对静水中方块体垂直落水和航行体倾斜入水运动轨迹和冲击载荷的模拟,对比于实验参考结果,验证了数值模型的计算精度。随后,在SPH数值波浪水池中对航行体在不同波浪相位角下的高速入水过程开展研究,结果表明航行体弹道稳定性受到波浪相位角影响显著,0°相位角入水时弹道最为稳定。该新型SPH数值水池能够实现航行体波浪中入水过程的精确预报。

水下大振幅压电纤维致动柔性结构的非线性流体动力特性及实验

水下智能材料驱动柔性结构在机器鱼、水下航行器及精密医疗等领域具有广阔应用前景。本文研究了水下大振幅压电纤维(Macro Fiber Composite,MFC)致动柔性结构的非线性流体动力特性,建立了流固耦合振动模型,并进行了实验验证。通过参数化的二维CFD分析了不同特征振动频率及振幅下柔性结构周围流场的分布演化规律,发现随着柔性结构特征振幅增大,其周围流场逐渐出现了涡旋脱落及对流现象,且流体阻尼效应的非线性随之增强。提出了由特征振动频率和振幅共同确定的非线性修正流体动力函数解析表达式,分析结果表明:在小振幅情况下,修正流体动力函数虚部也就是流体阻尼效应随着特征振动频率的增大而减小;而当特征振幅增大到一定值后,流体阻尼效应随着特征振动频率的增大却呈现出先减小后增大的变化规律,具有强烈的非线性特性。开展了水下MFC致动柔性结构振动特性验证实验,证实柔性结构在MFC主动激励下的实测幅频、相频特性与理论预测结果基本一致,验证了所提修正流体动力函数表达式及流固耦合振动模型的有效性。

熔盐堆流体动力学模型降阶方法适用性分析

对于熔盐堆全堆高保真流体动力学计算,即使借助超级计算机的并行计算能力在面对快速甚至实时求解的问题仍然面临效率的巨大挑战,引入和采用模型降阶(Reduced Order Modeling,ROM)方法,将能够有效解决这类问题。基于本征正交分解(Proper Orthogonal Decomposition,POD)方法与Galerkin投影法,引入基于有限体积的模型降阶(ROM based on Finite Volume approximation,FV-ROM)方法和上确界稳定模型降阶(ROM with supremizer stabilization,SUP-ROM)方法,针对液态燃料熔盐堆(Liquid Fuel Molten Salt Reactor,LFMSR)层流和湍流瞬态工况开展适用性分析。结果表明:FV-ROM方法在速度误差和计算效率方面占有明显优势,层流和湍流瞬态速度平均L^(2)相对误差低于0.5%和0.6%,且单步长的加速比分别为1500和1000倍左右;相比之下,SUP-ROM方法在压力预测方面表现出显著的优势,层流和湍流瞬态压力平均L^(2)相对误差低至0.20%和0.38%。因此,通过FV-ROM和SUP-ROM两种方法相结合的方式进行熔盐堆流体动力学速度场和压力场预测,能够更加有效地提高流体动力学仿真的效率,并确保瞬态模拟过程计算可靠性和精确度。

基于电流体动力学的马铃薯切片干燥特性变化

电流体动力学干燥作为一种新型干燥技术,以成本低、干燥均匀、高效节能等优势,为热敏性物料的干燥提供了新的方法。为探究电流体动力学作用下马铃薯切片的干燥特性和理化特征,该研究将马铃薯切片在0、14、18、22、26、30 kV的交流电压下进行干燥,利用红外光谱和低场核磁共振技术分析电流体动力学干燥对马铃薯切片中分子结构、水分迁移的影响。结果表明,马铃薯切片在30 kV电压下的平均干燥速率、有效水分扩散系数、复水比分别为0.9228 g/(g·h)、2.2653×10^(−10)m ^(2)/s、4.78,明显优于其他电压下的试验结果。电流体动力学干燥后,马铃薯切片中的官能团没有发生明显变化,蛋白质以β-折叠结构为主。干燥可提高马铃薯切片内部自由水的流动性并降低组织对不易流动水的束缚力,从而促进水分的去除和迁移。电流体动力学干燥技术较好地保留了马铃薯的营养成分,该研究结果为马铃薯切片的干燥提供理论依据。

计入粗糙峰的微纳结构表面水润滑流体动力学仿真

随着表面精密加工技术与润滑减摩研究的发展,利用表面织构化技术提升其表面减摩效果的研究已引起广泛关注,但少有研究考虑摩擦副表面粗糙形貌对润滑特性带来影响.本研究采用计算流体动力学(CFD)模拟方法,建立了矩形织构模型,并在其表面计入粗糙峰结构,讨论水润滑条件下不同粗糙峰结构模型润滑特性变化规律.结果表明:调节微纳复合表面结构参数,将改变润滑水膜承载力,进而影响微纳复合结构表面的动压润滑效果.此外,织构内涡流生成导致涡量变化,引起能量耗散并影响摩擦力.对矩形织构模型,适当的深度比(H=0.6)可使其表面动压润滑效应达到最优;而增大织构宽度比(W),动压润滑效应增强.在微织构表面引入高斯随机粗糙峰后,当随机粗糙峰高度变化标准差δ为0.5时,承载力可提升44%,摩擦系数降低30.9%.若引入半正弦粗糙峰,承载力和摩擦系数的变化范围均小于10%,对润滑效果的影响不明显.若同时引入高斯随机粗糙峰和半正弦粗糙峰,承载力可提升42%,摩擦系数下降31.1%,即表面动压润滑效果提升也较为显著.

基于电流体动力喷射的多层柔性电路垂直互联结构打印技术研究

柔性可拉伸电子器件在可穿戴电子产品和软体机器人等领域应用广泛。为了实现高度集成,不同层之间的电子器件需要通过垂直互联来连接在一起,因此,实现稳定的垂直互联至关重要。提出了一种可以通过电流体动力喷射直接打印低熔点液态金属立柱的方法,可以实现柔性电路的垂直互联。通过控制打印参数,可以打印出不同高度的金属立柱,以制作出不同高度的垂直互联。为了检测垂直互联结构的稳定性和可靠性,将制作的具有垂直互联通道的电路分别进行拉伸、弯曲检测,检测表明在数百次的弯曲和拉伸循环下,该电路具有稳定的电阻响应。制作了一个基于多层结构的带LED灯的无线感应线圈,以展示电流体动力喷射打印用于垂直互联的能力。

波浪环境下水下航行体高速倾斜出水流体动力与运动特性研究

针对水下航行体跨水空交界面过程,基于CFD方法,结合VOF与DFBI模型,建立了复杂构型航行体穿越波浪环境的高精度数值模拟模型,实现了波浪环境下复杂构型航行体出水过程模拟,完成了造波和跨介质过程的模拟精度验证,得到了航行体出水过程中的流体动力和运动特性,获得了波浪相位、运动方式等对航行体的受力和运动特性的影响规律,为跨介质无人航行体设计提供技术支撑。

旋风洗涤除尘器压降及流体动力学特性

旋风洗涤除尘器结构相对简单且除尘效率高,是对煤炭地下气化产出的粗煤气进行净化处理的可靠设备。通过室内实验和CFD数值模拟相结合的方法,研究旋风洗涤除尘器压降规律和相应的流体动力学特性。实验测量单气相和气液两相流动条件下旋风洗涤除尘器的压降,考察气体流量、液气比(体积比)和喷淋位置对设备压降的影响规律,并基于验证的数值模型确定旋风洗涤除尘器内的流体动力学特性。结果表明:旋风洗涤除尘器压降随气流量增加而显著增加,且在当前的液气比以及改变喷淋位置对设备压降的影响较小。当前确定的设备结构可以有效实现旋风除尘和喷淋除尘,但除雾滴用起旋板上方的流场可以进一步优化,以便实现气流夹带液滴的有效去除。

基于计算流体动力学技术评估动脉瘤性蛛网膜下腔出血后迟发性脑缺血风险

目的基于计算流体动力学(computational fluid dynamics,CFD)技术,探究动脉瘤性蛛网膜下腔出血(anauryrmal subarachnoid hemorrhage,aSAH)后颅内血流动力学早期变化与迟发性脑缺血(delayed cerebral ischemia,DCI)发生的潜在关系。方法本研究前瞻性收集经CTA(CT Angiography)诊断并经DSA(Digital Subtracted Angiography)或手术证实为颅内动脉瘤破裂的患者。收集患者的临床和术前、术后的头颅CTA数据。基于患者的CTA原始图像构建个体化颅内血管模型,基于CFD技术模拟计算术前、术后的压力和壁剪切应力(wall shear stress,WSS)及PR(pressure ratio)、WSSR(WSS ratio)。通过随访影像学或临床体格检查判断是否发生DCI,并分为DCI组和无DCI组,分析比较两组间临床资料及血流动力学参数差异及其与DCI相关性。结果共入组51例患者,其中DCI组共15例患者(29.4%)DCI组较无DCI组,入院时收缩压(170.87±20.28 vs.1.58.19±28.06,P=0.037)、Pressure术后(19735.10±860.18vs.14606.06±11260.28,P=0.010)和PR(1.58±0.01vs.1.37±2.12,P=0.012)均较高。单因素分析显示血流动力学参数均无统计学差异,而多因素分析显示Pressure术前(OR=1,95%CI:0.999~1,P=0.017)、Prassure术后(QR=1.00.1,95%CI:1~1.001,P=0.007)、WSS术前(OR=1.096,95%CI:1.002~1.198,P=0.045)和WSS术后(OR=0.888,95%CI:0.806~0.979,P=0.017)对DCI的影响有统计学意义。ROC曲线显示,基于Pressure术前、Pressure术后、WSS术前及WSS术后模型对DCI的识别效能AUC为0.794,敏感度为73.33%,特异度为86.1%。结论aSAH后颅内血流动力学早期改变与DCI发生有关。

一种基于计算流体动力学的非侵入性评估门腔静脉压强梯度新方法

目的准确评估门静脉高压(PH)患者的门腔静脉压强梯度(PCG)对于诊断和治疗都具有重要意义。本研究旨在开发一种非侵入性方法来评估PH患者的PCG,并评估其准确性和有效性。方法纳入了37名接受经颈静脉肝内门体分流术(TIPS)治疗的PH患者。利用计算机断层血管造影术创建了每位患者术前和术后的三维模型,并通过多普勒超声检查获取了患者门静脉(或脾静脉和肠系膜上静脉)的血流速度,然后建立了一个多尺度模型,最后通过计算流体动力学(CFD)无创获取了患者术前和术后的PCG,并将这些非侵入性结果与临床侵入性测量结果进行比较。结果在TIPS手术前后,CFD数值模拟获取的PCG与临床侵入性测量数据之间存在强烈的线性相关性(R2=0.998,P<0.001和R2=0.959,P<0.001)。这种非侵入性方法的评估准确率达到了94%,并且如果超声结果误差小于20%,其对数值准确性的影响是可忽略的。此外,通过这种数值方法还获得了门脉系统血流动力学环境的信息,例如在一些患者的门静脉中观察到螺旋流动模式。结论本研究提出了一种用于评估PH患者在TIPS手术前后PCG的非侵入性数值方法。这种方法可以帮助医生准确诊断患者并选择适当的治疗方案。另外,未来它还可以用来进一步研究与TIPS相关的并发症的潜在生物力学原因。

基于结构力学和流体动力学分析的HfO_(2)空心微针结构研究及评价

目的研究不同尖端尺寸HfO_(2)空心微针(hollow microneedle,HMN)的结构力学性能和HfO_(2)空心微针流体力学性能,以增强HfO_(2)空心微针的穿刺性能,减少给药过程中液体药物的损耗,并提高空心微针给药的精准性。方法针对HfO_(2)空心微针长度(L=250μm、350μm、500μm)、直径(D_(b)=150μm、200μm、250μm)以及针尖直径(D_(t)=10μm、20μm、30μm)进行正交设计得到9组HMN的尺寸参数组合,并进行结构力学分析,选出最优外形的HfO_(2)空心微针。对T形、120°Y形和60°Y形三种形状的管腔孔道进行流体动力学分析。在不同入口压力下,研究三种管腔内部流体的压力场、速度场分布,并分析3种管腔的流体速度损失,量化评估HfO_(2)空心微针孔道的流动性能。结果针对9组HfO_(2)空心微针的结构力学分析,结果显示微针长度为350μm、基底直径为200μm、尖端直径为20μm时,HfO_(2)空心微针能得到较高的安全系数并保持结构的稳定性,在穿刺过程中未发生失效。针对HfO_(2)空心微针的流体动力学研究,结果表明,60°Y形的HfO_(2)空心微针管腔,入口至出口处的速度损失最小。结论本文设计的HfO_(2)空心微针在满足安全要求的同时可实现穿刺性能优化,并减少流速损失和实现无堵塞给药,为后续降低实验研究相关的成本和时间提供指导。

基于CFD的并列超空泡射弹高速斜入水流体动力特性研究

在对水下目标连续、密集的打击过程中常常涉及到多体间的运动干扰和空泡非定常耦合等问题,使得流场结构和运动特性变得复杂。为分析并行超空泡射弹高速入水过程中流场的相互干扰规律,采用CFD方法建立并列弹高速斜入水流体动力特性研究数值模型,同时将并列弹与单个弹的计算结果进行对比,明确并列弹高速入水空泡形态和流场分布与单个弹的差异,并进一步给出弹间干扰特性随并列弹轴线间距的变化规律。计算结果表明:较单个弹入水过程,随着轴线间距的减小,并列弹的流体动力特性变化复杂;当轴线间距增大至G=4时,并列弹的流体动力特性与单个弹差异不再显著。并列弹高速入水时,双空泡形态呈现镜面对称特性,内侧空泡受挤压贴近弹体表面,随轴线间距的增加,空泡间的干扰作用逐渐减弱;高压区和低速区主要存在于射弹头部,且轴线间距较小时,出现高压区重叠现象;随着轴线间距减小,内侧空泡压力、速度分布对空泡演化的影响程度在入水深度较深位置更为明显。由于射弹表面内外侧压差的作用,使射弹姿态产生显著变化,表现为弹头相互排斥,弹尾靠拢。

俯仰翼型流体动力学系统的稀疏建模与预测

重点探讨了在低雷诺数和大攻角条件下,俯仰翼型复杂流体流动的非线性动力学特性.研究通过整合多个相互关联的变量,利用主成分分析(principal component analysis,PCA)和等距特征映射(isometric mapping,ISOMAP)降维技术,成功实现了对高维流场数据的低维表达.其中,特别强调了ISOMAP在描述非线性流场特征方面的卓越性能,该算法具有更强的灵活性,能够有效处理高度非线性系统的复杂结构.在此基础上,研究进一步引入最小绝对收缩和选择算子(least absolute shrinkage and selection operator,LASSO)模型,构建了流场的常微分控制方程.这一模型通过自动检测和筛选非线性项,显著简化了流场的描述,提高了对多变量复杂关系的理解.最后,研究采用5(4)显式龙格-库塔方法,实现了对多变量非线性流体动力学的高精度快速预测.这项研究框架不仅突破了传统单一变量分析的局限性,还通过整合多维信息,全面揭示了流场的复杂特性.引入流形学习和稀疏建模等先进技术,展示了在高维非线性动力系统中的全面建模与精确预测的潜力.这一研究为应用科学和工程领域提供了重要的理论方法学进展,为深入理解和预测复杂流场中的非线性动态行为开辟了新的路径.这不仅为相关科学研究提供了强有力的工具,也为工程应用中的流体动力学问题提供了有效的解决方案.

陷窝-小管形态和网络结构对骨细胞流体动力学微环境的影响

目的骨重建过程受力敏感细胞“骨细胞”的调节,陷窝-小管网络(lacunocanalicular network,LCN)是为骨细胞提供流体动力学微环境的场所。不同生理病理条件导致LCN的形态和结构变化,可能会影响骨细胞流体动力学微环境,进而影响骨重建效应。本研究旨在阐明LCN的结构和形态变化对骨细胞流体动力学微环境的影响规律,以期为骨力学适应性重建机制提供更深入的理解。方法建立了表征宏观力学载荷经由组织变形在LCN内形成流体动力学微环境的“整骨-LCN”多尺度力学模型,研究了LCN的形态(陷窝形状、体积和小管面积、长度)和结构(陷窝密度、小管密度、连通性、分支)的改变对骨细胞流体剪切力(FSS)的影响。结果LCN的形态变化如陷窝体积减少10%~30%时,FSS线性地降低7%~21%;而小管面积的减少,则使FSS增加7.9%~30.5%。LCN的结构改变会强烈影响LCN内FSS的分布,同时小管密度的降低会显著增加FSS,而陷窝密度的降低对FSS影响较小。结论研究结果揭示了LCN形态和结构变化对骨细胞流体动力学微环境的影响规律,为理解不同生理/病理条件下骨力学适应性重建效应的差异提供理论基础。