正弦脉动流场对CaCO_3在PP熔体中的分散作用

使用自制的毛细管动态流变仪挤出聚丙烯(PP)与CaCO_3混合料,研究了振动参数对CaCO_3在PP中分散效果的影响。试验发现,随着振动频率和振幅的增加,CaCO_3的平均粒径逐渐变小,因而证明了振动力场的引入有效地促进了CaCO_3的分散。

正弦脉动流场对PP/EPDM共混物界面相容性的影响

使用自行设计的恒速型毛细管动态流变仪进行PP/EPDM共混物的动态挤出 ,通过DSC测试共混物的熔点 ,运用Huggins参数对界面状况进行表征。发现共混物的相容性与正弦脉动流场的频率、振幅呈现一定的响应规律。正弦脉动流场促进了大分子链段之间的穿插运动 ,使得分散相分布更为均匀 。

幂律流体三维脉动流场数值模拟

利用ANSYS软件,模拟了振动诱导单螺杆挤出机熔体输送段中非牛顿幂律流体的三维脉动流场,得到了三维脉动流场的瞬时速度分布及螺槽中物料的流动轨迹。结果表明,在脉动流场作用下,非牛顿流体的瞬时速度响应与在驱动壁面上所施加的正弦形式的脉动驱动形式不同,横螺槽方向的环流中心位置受幂律指数影响,且发生周期性改变。振动的引入使得在相同的时间内,物料的流动路程增加,且可增大物料的平均停留时间,有利于改善混合效果。

脉动流场下波壁管内流体流动与换热特性

强化换热是实现绿色低碳发展和提升综合竞争力的有效途径,符合当前“碳中和”的理念。利用数值模拟的方法对脉动流场下波壁管内流体的流动与换热特性进行分析研究。研究发现,当脉动频率很低时,出口截面速度分布类似于稳态时的抛物线分布,而当脉动频率较大时,在波壁管的主流区速度梯度较低,在近壁面处速度梯度很大。脉动流场下无反向流与有反向流下流场的分布明显不同,有反向流流场的紊乱度更高。在脉动流动下,振动分率P<1时,摩擦因数呈正弦规律变化,当P≥1时,摩擦因数不再呈正弦规律变化;脉动频率会引起摩擦因数的相位发生变化,而振动分率不会引起其相位发生变化。脉动对于波壁管内流体的换热也有一定的影响,当P<1时,随着P的增加,传热强化系数变化不明显,而当P>1时,传热强化系数随着P的增加而明显增大。

脉动流场中离体血管段长度与内皮细胞内皮素代谢相关——内皮细胞膜张应力累加效应实验研究III

用离体血管灌流实验验证冯元桢等关于血管内皮细胞的膜张应力逆血流方向累加的理论分析。长度分别为 11、2 1cm的离体血管段内皮细胞分别置于平均切应力均为 0 .12 N / m2 的脉动流环境中剪切 42 h。11cm处理的内皮素 - 1( ET- 1)平均分泌速率 ( 16.93± 0 .89pg/ cm2 · h)显著低于 2 1cm处理 ( 2 6.13± 1.79pg/ cm2 · h) ,差异比率为 1∶ 1.5。脉动流作用引起的 ET- 1平均分泌率显著高于定常流的作用。总体上表明在脉动流条件下 ,血管段长度与其血管内皮细胞 ET- 1代谢 (分泌量 )间有密切的相关关系。

脉动流场光学传输效应仿真

针对瞬态脉动流场光学传输效应的实时仿真问题,提出了基于数字混沌系统的脉动流场成像仿真方法。首先,依据湍流的三重分解理论,将脉动流场分解为拟序场和完全随机场;其次,通过数字混沌系统产生球涡来模拟拟序场,使用光线追迹方法得到拟序场的等效相位差;然后,使用混沌系统产生完全随机场的等效相位差;最后,利用拟序场和完全随机场的等效相位差构建脉动流场的随机相位屏,采用物理光学方法得到脉动流场的点扩展函数(快照图像);从而获得短(长)曝光图像序列。仿真实验结果表明:该方法得到的结果与风洞实验数据相吻合。通过修改相关参数可以方便地仿真不同条件下的湍流场的光学传输效应,为气动光学效应的测试和校正提供了一种新的方法。

用流体双折射方法研究人工心脏瓣膜的脉动流场

本文选用1.5%的MillingYellow溶液,在对二维心瓣低频脉动流场的分析中,仍采用稳态流场的线性光-力学关系。通过摄象机记录下了一个脉动周期内脉动流量Q从36升/小时至55升/小时流场的变化情况,直观地看到主动脉瓣流场中最大切变率的瞬态分布。记录了同一模型在相同条件下稳态流场流量Q为50升/小时的流场,对两种流场下几个典型截面处的最大切变率的数值做了比较。通过对图线的分析,表明在稳态流量与脉动流量相同的情况下,脉动流场的最大切变率数值高于稳态流场,这就说明脉动使流场的剪切作用增强。

动态毛细管流变仪中正弦脉动挤出流场对聚丙烯结晶结构的影响

采用自行研制的动态毛细管流变仪研究了正弦脉动挤出流场对聚丙烯结晶行为的影响 ,动态毛细管流变仪中正弦脉动挤出后的聚丙烯在室温冷却结晶后 ,通过DSC测试、X射线衍射分析了振动频率和振幅与聚丙烯结晶结构的关系。研究发现 ,随着振幅的增加 ,聚丙烯结晶度增大 ,DSC曲线中熔融峰由 164 .5℃升高到 167.4℃且分裂为双峰 ,低温峰面积逐渐减小、高温峰面积所占比例逐渐增大 ;当振动频率增大时 ,熔融峰的位置反而有降低的趋势。WAXD测试表明 ,聚丙烯的α晶型没有发生明显变化 ,晶粒的尺寸减小。

太阳能板式换热器的脉动流相变传热特性

为了研究脉动流对太阳能板式换热器相变传热特性的影响,对太阳能光热板式换热器建立三流道模型,模拟脉动条件下流道内部流动相变传热过程。结果表明:脉动流动下,波纹流道内漩涡周期性形成和脱落,波纹凹角处流体与主流区流体的掺混增强。与稳态相比,脉动流场传热效果的强化程度随振幅和频率增大而增大。稳态流动气相在凹角和换热壁面上堆积,形成明显的气膜。脉动流动下,随着脉动振幅增大,脉动流场的气相体积先减小后增大,振幅为0.02时到达最小值,随着脉动频率的增加,气相体积的变化幅值开始减小,气相体积均值在逐渐增大。

正弦脉动挤出流场对PET非等温结晶行为的影响

采用自行研制的动态毛细管流变仪,研究了正弦脉动挤出流场对聚对苯二甲酸乙二酯(PET)结晶行为的影响。正弦脉动挤出后的PET用冰水骤冷,得到无明显结晶的PET样品,通过DSC非等温结晶动力学测试,分析了振频和振幅与PET结晶过程的关系。实验数据显示:PET的等速升温DSC曲线出现双重结晶峰;固定振动频率,低温峰结晶焓百分比随着振动幅度的增大而逐渐增大,由12．6％(稳态)上升到60．7％(12Hz时)和35．5％(6 Hz时); 固定振动幅度(0．3mm),随着振动频率的增加,低温峰结晶焓百分比上升到64．0％(18 Hz),且低温峰向低温方向靠近;总结晶度基本保持不变。

波壁管内的脉动流动及传质强化的数值模拟

应用Fluent软件对波壁管内脉动流场下的层流流动、质量传递强化进行了数值研究,并将得到的结果与已有的实验结果进行了比较。考虑了3个参数:净流动Reynolds数Re,脉动流的振动分率P和代表脉动频率的Strouhal数St,其中重点考察了St对质量传递强化的影响。对中等Reynolds数以下的脉动流动结构和质量传递强化的数值模拟结果表明,存在一个最佳St使得强化效果最好,并且数值结论与相应的实验结果具有较好的一致性。

脉动作用下波壁管内非牛顿流体流动特性的研究

在热量和质量传递过程中,流体的流动状态对整个传递过程有着重要的影响,为此,通过实验方法对以聚丙烯酰胺(PAM)溶液为代表的非牛顿流体在波壁管内的流动特性进行压力差和可视化研究。研究发现,PAM溶液存在一个最佳减阻浓度,在该浓度下与牛顿流体相比PAM溶液的转捩点明显提前。此外在脉动流场下,在一个脉动周期内,波壁管内流体存在明显的稳定流动和不稳定流动两种结构;相同净雷诺数条件下,脉动流场下波壁管内流体的流动混合情况比定常流动状态下强烈很多,意味着脉动流场具有更加优越的质量传递特性。

不同流场下纳米流体波壁管内的流动特性

在质量传递过程中,流体的流动状态对整个传质过程有着重要的影响。利用流动可视化实验方法,在定常流场和脉动流场下,对SiO2-water纳米流体波壁管内的流动特性进行可视化研究。研究发现,在一个脉动周期内,波壁管内流动存在非常明显的稳定流动和非稳定流动状态;相同入口雷诺数条件下,有脉动流场存在时,波壁管内流体的流动混合情况比定常流动状态下强烈很多,这就意味着脉动流场具有更加优越的质量传递特性;另外,还发现SiO2-water纳米流体湍流流动效果更为明显。

振动剪切作用下聚合物熔体的非仿射网络结构模型——非仿射网络结构模型的精确性及其推广

通过定量比较来进一步检验在本课题第二部分[1] 所建立的纯振动剪切作用下聚合物熔体非仿射瞬态网络结构本构模型的精确度 ,研究表明其精确度比仿射网络结构模型的要高。同时 ,为了与实际物理场相结合 ,将这一纯振动剪切力场作用下的聚合物熔体非仿射瞬态网络结构本构方程推广到稳态剪切流上平行叠加正弦振动后的力场(也称正弦脉动流场 )中去 ,并结合毛细管动态流变仪来进一步验证这一模型的精确性。实验证明 ,在正弦脉动流场中 ,非仿射瞬态网络结构模型的理论值与实验值具有较好的一致性。

通道形状对活塞冷却油腔内工作流体阻力及流动特性的影响

为揭示通道形状对活塞冷却油腔内工作流体的阻力及流动特性的影响,将冷却油腔的直壁通道改为波壁通道,并采用压力差和可视化的方法对通道内工作流体的阻力及流动特性展开了实验研究。压力差实验结果表明,与水在直壁通道内的流动相比,水在波壁通道内层湍转捩点大大提前,将非牛顿流体替换水作为工作流体后,层湍转捩点再次提前;可视化实验结果表明,波壁通道内工作流体在雷诺数较低时就可呈现不稳定流动形态。为在较低雷诺数下继续强化活塞冷却油腔内的热质传递,进一步开展了脉动流场下非牛顿流体在波壁通道内的流动特性实验和数值模拟研究,结果表明:脉动流场的操作参数对波壁通道内非牛顿流体的流动不稳定率有较大影响,且影响了通道内非牛顿流体的质量传递。

SiO_2-water纳米流体在不同流场下的质量传递特性

在质量传递过程中,工质种类和流场对整个传质过程有着重要的影响。利用实验方法,在定常流场和脉动流场下,对纯净水和SiO2-water纳米流体在波壁管中的流动进行质量传递特性的实验研究。研究发现:在定常流场和脉动流场下,SiO2-water纳米流体的质量传递效果均要好于水;有脉动流场存在时,相同净雷诺数下的质量传递速率比定常流动状态下高很多,表明脉动流场具有更加优越的质量传递特性。

时速120公里地铁列车气动噪声数值仿真分析

列车噪声影响车内乘客舒适性,其产生原理复杂,在一定程度上影响着轨道交通车辆的发展,开展列车噪声研究意义重大。文章采用数值仿真方法,以3辆车编组、带转向架、无受电弓的1:8缩比列车模型为基础,运用软件ICEM的拓扑优化、多层网格加密技术、附面层网格技术与网格拉伸技术开展精细化四面体/三棱柱网格划分,构建列车明线运行环境下的计算域网格。通过建立地铁列车气动噪声仿真模型,研究了80 km/h、120 km/h和130 km/h不同工况下列车明线运行的气动声学特性;分析了不同速度下地铁列车流场脉动性能、气动噪声源性能和远场辐射噪声性能,研究列车外部流场情况及其声学规律。仿真结果表明,随着列车运行速度增加,列车车体表面的声功率级逐渐增加,声源能量和声压级也随之增大。对时速120公里地铁列车气动噪声特性的研究可为地铁车型气动声学优化设计提供参考。

利用电化学方法测量波壁管内的质量传递速率

详细介绍了采用电化学方法测量质量传递速率的基本理论、测量原理及具体方法,指出了与测量精度相关的主要影响因素并提出了相应的处理措施。在此基础上将该方法成功应用于脉动流场下轴对称三维正弦波壁圆管内的质量传递测量。研究发现,在净流动雷诺数Re从50到350的范围内,当流量的振动分率P<3.0时,最佳的质量传递强化效果发生在Re=152,即过渡流发生之前。另外,活塞泵的冲程S也与质量传递速率存在紧密联系,即在S?7mm范围内,质量传递速率随S的增大而增加。结果表明,利用得到的实验数据可以清晰地判明净流动雷诺数以及脉动流的振动分率对质量传递强化效果的影响,即由电化学方法得到的实验结果可以很好地描述波壁管的质量传递性能。

无反向流脉动条件下波纹管内流体传热及阻力特性研究

利用数值模拟与实验相结合的方法,在无反向流脉动条件下,分析脉动参数雷诺数Re、斯特劳哈尔数St及振动分率P对波纹管中流体的传热和阻力特性的影响。入口速度为脉动速度,入口温度设为300 K,出口设为自由出口,壁面采用恒温壁面,温度为350 K。研究表明:波纹管内流体处于层流状态时,随着Re的增大,传热强化幅度不断增大;流体处于湍流状态时,传热强化幅度随Re的增大而降低;随着St的增加,传热强化幅度增大;振动分率P对传热强化幅度的影响不明显;平均摩擦系数随着Re的增大而减小,随着振动分率P的增加而小幅度增大,在一个脉动周期内摩擦系数呈正弦规律变化,且随着St的增大发生明显变化,但平均值几乎不变。

混合层中粒子扩散的实验研究

本文应用流动显示和 L DA测量 ,对混合层中粒子的扩散问题进行了实验研究 .结果表明 :粒子的扩散强烈地依赖于 St数 ,具有较小 St的粒子的扩散近似地与流体示踪粒子相同 ,随着 St的增大 ,扩散角度增大 ,也就是说粒子扩散加快 ,并且随着粒子惯性的增大 。