形状系数对20 L球内铝粉分散特性的影响研究

为研究不同形状系数(SF)的铝粉在20 L球型容器中的分散特征,通过建立描述气流携带粉尘形成两相分散系的非稳态数值模型,包括气体流动和粉尘颗粒运动轨迹方程,开展非稳态数值模拟,分析粉尘SF分别为0.2、0.4、0.6、0.8和1.0条件下的粉尘空间分布以及球室中心的湍流动能、速度随时间变化。结果表明:球室内气流携带粉尘分散可以分为进粉、扩散、稳定和沉降4个阶段,其分散均匀性和最大速度值随SF的增加而增强;SF越大,即颗粒形状越接近球形,铝粉尘的分散性越好;SF越小,粉尘容易堆积在壁面附近;标称浓度一定时,SF≤0.4,浓度峰值随SF的增加而增加;SF>0.4,浓度峰值随SF的增加而减小;铝粉-空气混合物的湍流动能最大值随SF值的增加而降低;铝粉颗粒的速度峰值随SF值的增加而升高。

沙粒形状对风力机翼型磨损特性及临界颗粒Stokes数的影响

风力机不可避免地运行在风沙环境下,风沙对风力机叶片的磨损将造成机组的气动性能下降和发电量降低。研究风沙对风力机翼型的冲蚀磨损特性时,通常将沙尘颗粒简化为球形颗粒,忽略了实际非球形颗粒的影响,相关研究表明颗粒形状对材料的冲蚀磨损率有一定的影响,该文以NACA 0012翼型直叶段为对象,研究沙尘颗粒形状对风力机翼型的磨损特性、气动性能及其临界颗粒Stokes数的影响规律。通过对风沙环境下NACA 0012翼型直叶段的流场进行数值模拟,研究了4种不同形状(颗粒形状因子分别为0.671、0.75、0.846和1)颗粒情况下,风力机翼型的磨损特性随颗粒体积当量直径的变化规律,以及颗粒形状对翼型开始发生磨损时临界颗粒Stokes数范围的影响规律。结果表明:来流风速为14.6 m/s、攻角为6°时,4种颗粒形状下翼型的最大磨损率均随颗粒体积当量直径的增大先增大后减小然后再增大,颗粒直径达到80μm为翼型最大磨损率的转折点;同一颗粒体积当量直径时,球形颗粒比非球形颗粒对翼型的冲蚀磨损程度小;颗粒形状对翼型升力系数和升阻比的影响很小;4种颗粒形状情况下,翼型表面的磨损区域均随颗粒体积当量直径的增大逐渐从翼型的前缘附近沿翼型压力面向尾缘扩展,并且翼型磨损最严重区域出现在前缘附近;颗粒形状会影响翼型开始发生磨损的临界颗粒Stokes数范围,颗粒形状因子越小,翼型开始发生磨损的临界颗粒Stokes数越大,Stokes数可以作为判断翼型表面是否发生磨损的依据。研究结果可为风力机叶片的防风沙磨损设计提供参考。

基于GPD理论和百分位数阈值法的轮轨力极值估计与动力系数研究

在高速铁路无砟轨道结构设计和检算时,列车荷载设计值是关键的设计参数之一。基于GPD理论,研究全波段不平顺激励下的轮轨力极值估计方法,并与脉冲激励下的结果对比,为无砟轨道结构设计和相关规范的完善提供依据。结果表明:采用百分位数法选取阈值时,应对样本分簇以提高样本之间的独立性和轮轨力极值估计的精度;提出结合百分位数阈值的形状参数筛选法进行轮轨力极值估计,确定了每簇样本量大小和形状参数区间;样本量宜取3×10^(5)~5×10^(5)个,百分位数阈值宜取50%~98%,且以轮轨力极值估计值的均值作为最终的轮轨力极值估计值;列车速度为250~400 km/h的列车荷载设计值动力系数分别为2.2、2.4、2.6和2.8。

不同形状的珊瑚砂颗粒沉降试验研究

珊瑚砂在液体中的沉速是反映泥沙运动特性的一个重要物理量。由于珊瑚砂形状多样,套用现有的珊瑚砂沉速公式进行计算并不合适。针对珊瑚砂颗粒开展形状分析,将珊瑚砂颗粒分成枝棒状、片状和块状3种形状,然后开展单颗粒沉降试验。基于试验数据,分析不同形状珊瑚砂颗粒的沉降特性,与各家理论公式计算结果进行比较分析,选取经典的珊瑚砂颗粒沉速公式,引入颗粒形状系数进行公式修正,从而推求了枝棒状、片状和块状珊瑚砂颗粒的阻力系数和沉降速度公式。该公式充分考虑不规则珊瑚砂颗粒形状的影响,具有更高的计算精度和适用性。

基于孔型形状系数的双相不锈钢棒材宽展模型研究

目的 针对2209双相不锈钢棒材在开坯轧制阶段宽展计算精度不高、孔型设计不合理、容易产生“折叠”“耳子”等表面缺陷的问题,建立一种基于“椭圆”孔型形状系数的宽展模型,提高产品尺寸精度。方法建立11道次2209双相不锈钢开坯轧制有限元模型,研究轧件温度分布及“椭圆”孔型不同形状系数对轧件宽展的影响,修正传统С.И.古布金计算模型,并与实测数据进行对比,验证修正后模型的可靠性。结果模拟轧制过程中,轧件温度变化趋势与实测值基本相同,11道次后温降为91.87℃,且在孔型突变阶段降幅较大。通过轧件每道次尺寸数据对比得出,С.И.古布金模型宽展计算偏差较大,在第8道次椭圆孔型偏差最大。不同形状系数的椭圆孔型分别模拟轧制后,发现形状系数为2时,椭圆孔型充满度为93.94%,下一道圆孔型充满度为98.92%,此时轧出的产品尺寸精度高。修正后的宽展模型与实测值进行对比,计算精度高于95%。结论 构建的形状系数修正宽展模型提高了轧制宽展计算精度,可用于指导双相不锈钢开坯轧制孔型设计及优化。

变分水平集方法在Stokes问题形状识别中的应用

对二维定常Stokes方程的形状识别问题进行了研究.直接从变分原理出发,将经典的形状灵敏度分析方法与水平集方法相结合,提出了一种可以适用于流体形状识别的新算法.该算法是在固定的Euler网格上进行计算且在优化过程中不需要对水平集函数进行重新初始化,从而节省了计算时间.所提供的数值算例验证了所提算法是稳定、高效的.

自适应网格方法在Stokes问题形状最优控制中的应用

为了求解流体力学中的形状最优控制问题,本文提出了一种与最优化准则方法相耦合的自适应网格方法.优化的目标是使得流体流动的能量耗散达到最小,状态方程是Stokes问题.本算法可以在减少计算量的情况下,保证流体的界面达到较高的分辨率.最优化算法采用的是非常稳定的经典最优化准则方法,自适应网格的指示函数是通过材料分布的信息得到的.虽然本文只是考虑了Stokes问题,但所得算法可以用来解决很广泛的一类流体动力学中的形状或拓扑最优化问题.

Stokes问题形状优化中自适应水平集方法的应用

提出了一种基于水平集的自适应网格方法,并将其应用于求解由Stokes方程控制的不可压缩流体阻力最小问题。推导出了目标泛函的形状灵敏度分析。在优化过程中,采用在整个计算区域上定义的用于演化水平集函数的均匀粗网格和细网格。均匀的细网格是以水平集函数作为细化指标,由含界面的粗网格进一步划分得到,从而使得计算主要集中在界面附近。因此,与为实现相同数值精度把整个计算区域均匀细分的网格相比,该方法计算成本大大降低,特别是边界上的形状导数值可以隐式求得,这在经典的形状优化设计问题中是一项非常困难的任务。

基于热模拟实验的页岩孔隙连通性与形状系数演化研究及其地质意义

富有机质页岩的孔隙演化与页岩气赋存富集关系密切,孔隙连通性与形状演化特征对储集空间精细表征和页岩气赋存机理的揭示具有重要意义。本文对山东半岛北部古近系黄县组低成熟富有机质页岩不同热演化阶段的模拟产物开展低温液氮吸附和扫描电镜实验,并辅以数字图像处理技术分析页岩孔隙连通性和形状系数演化过程。结果表明:(1)低成熟阶段,有机孔少量发育,无机孔主要为矿物基质孔;随热演化程度增加,大量近圆形有机孔逐渐形成,少量溶蚀孔和黏土矿物层间孔生成;到过成熟阶段,压实作用导致部分孔隙减小或消失;(2)随热演化程度增加,有机孔和无机孔孔径均呈先增大后减小的趋势,孔隙形状系数均呈现近“V”型变化趋势;(3)高温高压导致样品孔隙系统第二个优势孔径峰值变大,表明孔隙系统增加了狭长-裂缝型孔隙,有助于沟通其他类型孔隙,提高孔隙系统的连通性;(4)热演化过程中生成的大量近圆形有机孔能为甲烷提供更多吸附位,生成的黏土矿物层间孔等狭缝型无机孔能够提高孔隙连通性,从而有助于提高页岩气的赋存和运移能力。本研究可为页岩气储层表征与页岩气赋存富集研究提供基础。

耦合对流传热的Stokes流体形状优化设计(英文)

本文研究了耦合对流传热的Stokes流体中的形状优化问题.利用不可压缩的定常Stokes方程耦合对流传热的模型来描述流体的特性,运用形状导数方法分析依赖于区域的状态方程解的极小化问题.通过引入共轭状态方程,计算出目标函数的微分形式,并构造求解该形状优化问题的梯度型算法.数值实验的结果验证了所用方法的有效性和可行性.

形状系数对三元乙丙橡胶板式支座竖向压缩性能的影响

采用有限元分析方法,研究几何构型参数对三元乙丙橡胶(EPDM)板式支座竖向压缩性能的影响。结果表明:当形状系数(S)分别为7,7.5,8.17时,EPDM板式支座的压缩弹性模量计算值与理论值的误差大于规范限值(20%);当S>8.17时,该误差小于规范限值;随着S增大,该误差总体减小。在最大设计压缩应力(10 MPa)下,EPDM板式支座的竖向压缩位移均小于规范限值;随着S增大,竖向压缩位移与其限值的比值逐渐减小。EPDM板式支座的竖向压缩性能良好,与传统天然橡胶和氯丁橡胶板式支座较一致,满足实际工程需求。

中性硝基分子几何形状与晶体特性的关联性

含能晶体堆积结构是影响其感度的重要因素之一,通过晶体中分子层间滑移来缓冲外界刺激是降低含能材料感度的重要机制。为了更好地设计低感高能分子,理解分子的几何形状与其晶体特性的内在关系十分重要。研究以剑桥晶体数据库中的CHNO类中性硝基分子为样本,采用假设检验方法(包括Z检验、t检验和χ2检验)研究了分子的几何形状与其晶体密度、堆积系数及可滑移性之间的关联性。结果表明,在球形、平面和线形分子中,球形分子有最高的晶体密度和堆积系数,但晶体可滑移性较弱;平面度高的平面形分子通过高堆积系数可获得与球形分子相当的晶体密度,同时平面形分子的晶体可滑移性较强,其χ2检验的置信度接近1;线形分子则不如前两者。虽然存在某些高晶体密度和堆积系数的含能晶体不具有可滑移的层状堆积结构,但整体而言,可滑移晶体的晶体密度和堆积系数均比不可滑移晶体大,其Z检验与t检验的置信度均大于0.95,表明通过设计易于发生分子层间滑移的晶体结构来降低其感度与提升晶体密度并不矛盾。平面形分子晶体密度一般较高,与晶体可滑移性强相关,是设计低感高能分子的首选。

黏性系数依赖于密度的一维可压等熵Navier-Stokes方程的全局经典解

目的研究黏性系数μ(ρ)=1+θρθ时一维可压熵Navier-Stokes方程在有界区域上的全局经典解。方法利用一个新熵不等式及一系列先验估计研究全局经典解。结果假设初始密度有正下界,首先得到该方程全局弱解的存在性的唯一性,然后通过提高初始数据的正则性及先验估计证明了此模型经典解的整体存在性。结论得到了模型经典解的唯一性与存在性。

一种高炉炉料颗粒形状系数的测定方法

专利号:ZL201110108263.0专利权人:宝山钢铁股份有限公司设计人:陈永明姜伟忠朱锦明陶卫忠冯新华付长亮周宇杜开平本发明涉及一种高炉炉料颗粒形状系数的测定方法,该方法包括以下步骤:①对高炉炉料颗粒样品进行封蜡处理;②对进行封蜡处理后的高炉炉料颗粒,进行吸油处理;③对进行吸油处理后的高炉炉料颗粒进行体积和表面积的计算。本发明所述的高炉炉料颗粒形状系数的测定方法,通过对高炉炉料颗粒进行封蜡以及吸附油等措施,利用同种物质对吸附介质特性相同的原理,通过类比计算而获得高炉炉料颗粒的形状系数。该方法具有以下优点:其一,测定器材及原料简单,成本低;其二,单组测定时间较短;其三,测定方便,易于实施。

指数型爆炸荷载下含阻尼梁构件动力系数研究

指数型函数描述常规武器爆炸荷载更为精准,为研究该函数形状参数与阻尼比对梁构件动力系数的影响,按等效单自由度简化体系分别建立了柔性梁构件和刚性梁构件的动力响应微分方程,并求解了弹塑性阶段含动力系数的振动位移理论解。采用此理论解完成了形状参数取值1~2、阻尼比取值0.001~0.100、延性比取值1~4范围内共48种典型工况下动力系数的计算,并进一步通过现行抗爆设计规范公式、有限元分析的动力系数完成了算例验证及误差分析,说明了所推导理论解答的可行性。研究结果表明:所求理论解与抗爆设计规范计算结果趋势相同,规范公式整体上较为保守;形状参数和阻尼比的增大均对动力系数有降低作用,阻尼比的影响作用更大,形状参数对刚性梁构件的影响大于柔性梁构件。

对接接头缺口应力集中系数不确定性分析

[目的]以典型对接接头为研究对象进行参数化建模,建立焊缝几何形状存在不确定性的有限元模型,来研究焊缝几何存在不确定性的对接接头焊趾处缺口应力集中系数K_(t),并统计分析其分布规律。[方法]首先,对以往采用的网格尺寸和单元类型进行改进,通过有限元网格敏感性分析,研究不同类型的单元以及网格尺寸对K_(t)的影响;其次,沿对接接头焊缝法向提取节点应力,通过绘制应力分布图,确定焊趾处最大应力集中所在部位;然后,通过引入控制点描述对接焊缝几何形状的变化来真实反映焊缝几何形状的不确定性,结合实际测量的焊缝形状数据的分布规律,随机抽样得到大量的焊缝几何参数数据;最后,基于缺口应力法计算K_(t),并对其进行统计分析,探究对接接头在焊缝几何参数存在不确定性时K_(t)的分布规律。[结果]结果表明,K_(t)的分布满足正态分布。[结论]通过探究焊趾处的应力分布,对于分析疲劳强度和提高疲劳寿命预测精度具有重要意义。

描述血管支架力学性能的新概念──形状系数

提出了血管支架形状系数概念,用以描述形状的力学性能。基于弯曲梁的塑性理论,建立了两种血管支架扩展力形状系数。在考虑材料和血管支架半径相同的情况下,进一步得到了一个简单形式的形状系数。计算结果和实验都显示,血管支架存在极限载荷;不同宽度、厚度的血管支架,只要它们的形状一样,则它们具有相同的形状系数。这揭示了形状系数概念的意义,验证了公式的正确性。

雪峰山试验站自然条件下导线覆冰厚度形状校正系数

覆冰厚度的检测是输电线路运行部门防冰融冰工作中极为关注的问题之一,为此,总结了国内外覆冰厚度测量方法及其存在的问题。根据雪峰山自然覆冰试验站大量现场试验观测结果分析了自然条件下导线覆冰的几种典型形状特征,并基于面积等效原则,将导线实际非均匀、不规则覆冰校正为均匀覆冰,据此提出了现场人工测量时覆冰厚度的形状校正系数,为输电线路覆冰现场测量提供了一种有效且简便的测量手段。最后,利用雪峰山自然覆冰试验站对覆冰期不同覆冰阶段导线覆冰形状进行观测,对提出的形状校正系数进行试验验证,结果表明校正后导线覆冰厚度与实际覆冰厚度偏差<9%,可满足工程实际需要。研究结果可为输电线路覆冰厚度现场测量、在线监测和冰厚计算提供一定的参考。

夏玉米叶片形状系数的时间和空间变异

【目的】叶片形状系数(α)为测量作物的叶面积和叶面积指数提供了简单快捷的方法。然而,以往研究表明对作物叶片形状系数的选取存在很大的随意性,缺乏统一标准,且通常将其视为常数,不考虑它的时间和空间变异性。为解决这一问题,文章对陕西关中地区夏玉米不同生长阶段和不同叶位叶片形状系数的时间和空间变异性进行了深入研究。【方法】选取2015年6—10月生长季6个夏玉米品种,将玉米生育期划分为三叶、拔节、抽雄、开花、吐丝、成熟等6个不同生长阶段,每6天采样一次,测量叶片面积(LA)、叶片长度(L)和宽度(W),计算各个阶段的α值,同时对比α值在单个玉米植株不同叶位之间的差异。然后分别建立线性、二次、对数等3类共5个叶面积估算模型,以RMSE、RRMSE和ARE 3个统计量作为评价指标,对各叶片面积估算模型的精度进行评价。【结果】对全生育期6个夏玉米品种的760个叶片的面积和长宽乘积进行线性回归分析,夏玉米叶片形状系数均值约为0.78;在被验证的5种叶面积估算模型中,叶面积模型LA=α×L×W,其中α=0.78时精度最高,其相对均方根误差(RRMSE)约为9.50%,绝对相对误差(ARE)约为6.96%。α值范围为0.72—0.87,并随玉米生育期的变化而变化,自三叶期到开花期逐渐增大到全生育期最大值0.87,开花后缓慢下降至0.78,其中开花期叶片的α值与开花前各阶段的α值存在显著差异,而与开花后各阶段的α值不存在显著差异。不同熟性的夏玉米品种之间叶片α值也只在开花、吐丝期表现显著差异。不同叶型叶片α值表现出不同的变化规律,三叶期到拔节前,短宽型叶片的α值大于细长型叶片,此后一直到成熟期,细长型叶片的α值则大于短宽型叶片。在单个植株不同叶位叶片之间,α值变异性明显,开花期、吐丝期、成熟期均呈现出两头大中间小的规律,其中植株中部棒三叶位置α均值最为稳定,为0.78,对应的标准差在0.05以内,而植株上部和下部α均值约为0.84,对应的标准差在0.03—0.10。其中拔节、抽雄期不同叶位叶片的α值不存在显著差异,而在开花、吐丝、成熟期则表现出显著差异。【结论】叶面积模型LA=0.78×L×W更适于估算田间夏玉米叶片面积,较一般采用叶片性状系数0.75时提高模拟精度(ARE)3.86%。应在不同的生长阶段和不同叶位分别采用不同的叶片形状系数,这样才能进一步提高玉米叶面积估算的精度。

不同形状颗粒弥散复合材料的等效导热系数

根据最小热阻力法和比等效导热系数法对不同形状颗粒弥散复合材料的等效导热系数进行预测。采用以颗粒在传热方向上的特征长度为边长的立方体体积与实际颗粒体积之比作为形状因子,对不同颗粒形状等效为立方体时的无量纲相对特征长度进行修正,基于形状因子进一步推导了适用于不同形状颗粒弥散复合材料在中低体积分数情况的等效导热系数通用计算公式。此通用计算公式与实验值及其它模型计算值吻合较好,对于导热增强型复合材料,体积分数一定时,其等效导热系数与颗粒形状因子呈正比,增加颗粒在传热方向上的尺寸能有效提高复合材料的导热性能。