泥石流——固体颗粒运动流体化

含有松散的固体颗粒的流体,不是连续介质.本文用流变方程式来表达泥石流运动,仅是一种概念性的模拟.用颗粒之间撞击的概念说明了泥石流运动类型及其转化.说明了Bag-nold的试验结果与Smoluchowski的撞击理论相一致.流变方程式τ=B+Cdu/dy=B+K(du/dy)~2中,阻力分为两部份,一部份为颗粒之间的静阻力B,一部份为颗粒撞击而产生的阻力.进而推导得到流速垂线分布和平均流速.说明底部有一个“作用流速”,才产生底床的冲刷与淤积.基于作用力与阻力相平衡的原理,泥石流流速公式可用Chezy或Manning公式形式来表达.而流速系数有关因素很多,十分复杂,表现出地域性的差别很大.基于与的物理意义,在泥石流运动过程的部份时段内,和部份断面间距内为层移运动,与之间存在函数关系,输沙率可以用Bagnold,Yalin,Meyer-Peter等公式来计算,并用实测资料来校核.

气动喷砂喷嘴内颗粒运动特性分析

模拟了颗粒在收缩喷嘴中的轨迹和出口速度,计算了不同粒径砂粒通过具有不同收缩角的喷嘴后获得的总动量;根据气动喷砂粒径,给出了设计和选择喷嘴收缩角的依据.结果表明:不同粒径砂粒通过喷嘴后获得的最大总动量不同,与此对应的喷嘴收缩角也不同,并且粒径越大,砂粒获得最大总动量对应的喷嘴收缩角越小.

气固耦合喷嘴装置内颗粒运动特性分析

针对康复医疗新研发的喷沙医疗系统实验过程中的问题:低压工作时,喷嘴管道堵塞断续,颗粒速度小、冲击力小;高压工作时,颗粒速度大,冲击力大但是伴随着颗粒量明显减少等现象,不能达到稳定工况、冲击力适中、颗粒数占比高等设计研究目的。基于流体动力学理论,利用Fluent软件对内部流场进行数值模拟,获得流体区域的速度分布图、沙粒数目占比图,沙子颗粒运动特性图和滞留时间运动迹线图。结果表明:随着气压增加,沙粒速度增大但同截面速度大小不同,装置喷沙由断续变为连续出沙,出沙颗粒占比随着气压增加达到最大峰值后逐渐降低,并且不同颗粒直径的在装置中的滞留时间和运动轨迹不同。目的:得到最佳喷嘴进口压力、合适的沙粒直径、最佳出沙占比的参数设置,为康复设备的下一步设计提供一定的理论支持和优化方向。

V形槽电极电火花加工仿真及试验研究

为解决大粒径加工产物难以排出的问题,实现对铝基碳化硅材料进行稳定的电火花加工,提出一种V形槽电极电火花加工(Electrical Discharge Machining,EDM)方法。对V形槽电极电火花加工铝基碳化硅材料进行建模与仿真,通过运用固-液两相流数值的方法模拟电极与工件加工间隙冲液与电蚀产物的两相流动的过程,并与单孔圆形电极进行对比研究,最后进行电火花加工试验验证。仿真结果显示,V形槽电极电火花加工过程中能促进间隙流场的扰动,大部分颗粒产物汇集到V形槽结构,促使颗粒杂质排出加工区域。电火花加工试验结果表明,在不同冲液压力下,V形槽电极加工效率均高于单孔圆形电极加工效率,且电极的损耗更小,加工入口孔径更小,出入口孔径差控制在0.061~0.152 mm范围。

某便利店内颗粒物分布特征与运动规律仿真分析

目的建立特定场所基于时间变化的颗粒物空间分布模型,分析颗粒物的时空分布特征与变化趋势。方法选择某便利店为研究对象,检测场所环境微小气候和颗粒物数量浓度(PNC),采用计算流体动力学(CFD)仿真方法进行数值模拟,基于离散相模型分析仿真颗粒物的时空分布特征与运动规律。结果便利店进口的风速较低且在检测时长内几乎无变化,而外侧和内侧出风口的风速较高且变化剧烈。便利店室内各检测点粒径为0.02~1.00μm的PNC均高于粒径>1.00μm者(P值均<0.05);粒径为0.02~1.00μm的PNC由高到低依次为收银台、进口、外侧出风口和内侧出风口(P值均<0.05);收银台与进口位置PNC变化幅度较大,而外侧和内侧出风口位置PNC变化相对平稳。CFD仿真结果显示,人员在便利店进口附近的收银台所呼出的颗粒物受气流影响可更快地排出室外;而当人员位于货架中间时所呼出的颗粒物在室内悬浮运动的时间长于位于收银台时;处于空调出风口散发的颗粒物于300 s内扩散到便利店全部空间并达到稳态。结论便利店内的颗粒物以小粒径颗粒物(<1.00μm)为主。人呼出颗粒物的停留时间、下降趋势和悬浮颗粒物数量等与气流组织相关,空调逸散的颗粒物可迅速扩散至便利店几乎全部空间。

高压磨料水射流过程流场压力场数值模拟

利用计算流体力学方法对高压磨料水射流过程进行了数值模拟。应用拉格朗日随机轨道模型对固体颗粒的运动轨迹进行数值模拟,采用标准湍流模型对连续相流动进行数值模拟,得到连续相速度场和压力场分布。结果表明,颗粒直径是射流过程主要影响因素,改变系统压力和喷射靶距,可以为高压磨料水射流过程的研究提供有意义的途径。