仿壁虎微黏附阵列负压流场数值模拟及试验研究

针对壁虎独特的攀爬及多地形适应能力,利用负压操控方式对其生物学黏附阵列进行模拟。在真空度分析和吸附力计算基础上,将标准k-ε两方程湍流模型应用于吸盘负压流场数值模拟。构建基于ICEM CFD和FLUENT的非结构性单相稳态流体计算域,采用SIMPLE算法对其进行压力-速度耦合求解与分析,结果表明:负压流场存在明显湍流特征;出口管道区的动压(0.154 MPa)和流速(503 m/s)远大于内腔流域,且出口面中心流速约为入口面的4.8倍,有助于气流抽真空及负压形成。有限元静力学分析显示,吸盘底面边缘区域存在局部应力集中(>180 MPa),应适当增加其壁厚。通过仿生样机性能测试,验证了负压吸附机制及其实现方法的可行性,试验结果达到负压流场模拟预期,为壁虎黏附阵列仿生研究及其实践应用提供了支持。

基于滑移流模型的真空容器内羽流流场数值仿真

预示真空容器内羽流的力、热分布规律是制定大型真空羽流试验方案、提升试验环境模拟有效性的关键前提之一。针对“嫦娥七号”飞跃器点火试验,利用考虑H_(2)O与CO_(2)吸附的滑移流计算流体力学(CFD)方法,对真空容器内羽流流场压力、温度及气体组分时空分布的初期变化进行了仿真计算。结果表明,流场整体温度与H_(2)O组分质量分数均随时间推移呈急剧上升后平稳下降趋势,而压力则随时间推移呈波动上升趋势。基于该结论提出了试验优化建议。该方法为真空容器内羽流流场仿真提供了新思路,可为后续相关试验方案设计提供支撑。

真空吸入式风洞三维非定常流场时空特性

为了给真空吸入式风洞的气动优化设计提供参考,应用空气动力学知识和风洞理论,基于Fluent仿真平台,采用计算流体力学(CFD)有限元体积法求解雷诺时均方程(RANS),研究三维非定常流场的时空特性及其演化规律。通过建立收缩段和真空罐的数学模型,确定其特征参数;应用空气动力学知识,抽象流体的边界条件,构建全尺寸三维流体计算域;采用流体力学数值模拟方法,利用试验验证算法的置信度,并进行数值模拟。结果表明,当真空罐容积为2000 m^(3),真空度为3 kPa时可以较好地模拟悬挂发射装置在空中挂飞和投放瞬间的气动载荷。在试验段流场的核心区,其流场品质较好,可以提供0.80 Ma且至少1 s的稳定流场,满足0.40~0.80 Ma且维持至少500 ms稳定流场的设计要求。该研究结论可以为真空吸入式风洞的设计提供理论基础。

基于相场法模拟VAR强迫流场中柱状晶生长

基于相场法建立了流-热-质全耦合模型,模拟了真空自耗电弧重熔(VAR)过程铸锭柱状晶在强制流场中的生长。对比柱状晶在有无流场条件下的生长特征解析熔体流动对柱状晶生长的影响机制。模拟结果表明:凝固前沿流场速度大小为45μm/s,方向与枝晶生长方向垂直时,二次枝晶表现出“迎流”生长,枝晶干受冲刷作用向下游倾斜;相邻枝晶形成细小涡流,枝晶干上游侧溶质和热量随熔体带入下游侧,上游侧溶质和温度边界层厚度减小,由无流场时的51μm降至31.5μm,温度梯度大促进二次枝晶发展;下游侧边界层溶质和热量富集程度大,边界层厚度增至78μm,梯度减小明显抑制二次枝晶发展。下游溶质浓度高于无流场情况,枝晶生长缓慢增大微观偏析风险。

Flow Structure in RH Vacuum Degasser Using Rotating Electromagnetic Field

An innovative steelmaking process is suggested using an electromagnetic driven swirling flow in the up-leg of an RH vacuum degasser.A physical and a mathematical model based on 300t RH vacuum degasser are developed to understand the effect of rotating electromagnetic field on the circulation flow rate and the two phases flow behavior of RH system.Both water model experiments and numerical simulation show the flow pattern and distribution of gas bubbles. The gas bubbles move towards the centre of up-leg under the effect of rotating electromagnetic field,and the accumulation of gas bubbles depends on the magnetic intensity.An optimization value of magnetic intensity was suggested in this paper.

基于PIV技术真空开关电弧流场实验研究

为了对真空开关电弧燃烧过程及热形态变化规律研究,本文采用粒子成像测速(PIV)技术对短间隙真空开关电弧进行了实验研究,观察分析了电弧流场的信息,有明显的漩涡区。实验结果表明,运用PIV技术能较好地获取真空开关电弧燃烧二维速度场分布;随着电弧电流不断增大,真空间隙中金属蒸气压力不断增大,电弧加速向四周扩散运动,当电弧电流增大到一定值时,在电弧四周产生明显的涡流区域;电弧电流峰值过后,涡流区域不断减小,当电弧电流减小到一定值时,电弧不再向外扩散,而是向弧柱中心做集聚运动。

气力板式蔬菜排种器气室真空流场仿真分析

【目的】优化气力板式蔬菜排种器气室结构参数,简化气室气流体为定常不可压的湍流模型.【方法】选用ANSYS软件的FLOTRAN模块,对不同气室结构参数进行仿真分析.【结果和结论】相对整体矩形空腔结构,矩形横槽和纵槽连通气室结构更能节省气流量,提高整体强度;双气源口结构相比单气源口结构相对压力损失小,流场分布均匀性更好;优化的气源口位置在距排种器两侧边缘第4个和第5个吸种孔之间;气室槽深越大,过渡区域相对压力损失越小,吸种孔入口处的相对压力和速度分布越均匀,但排种器整体结构尺寸增大,气腔内形成一定相对压力的稳定流场所需时间更长,槽深取4 mm综合较好.验证试验结果表明,在吸种孔入口中心处,仿真分析结果与实际测量结果比较接近,趋势上具有较高一致性,表明仿真分析优化气室结构参数可行.

基于流场仿真的真空清扫车吸尘口的参数化分析

吸尘口是真空清扫车气路系统的关键部件,对清扫车吸尘能力起着决定性的作用。传统吸尘口往往是基于经验类比进行设计的。为了更加合理地设计吸尘口,文中借助于计算流体动力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)软件分析了吸尘口结构参数对吸尘能力的影响。结果表明:侧板水平倾角与吸管直径的增加,侧板铅垂倾角的减小,以及后挡板高度的降低,均有利于从速度与压强方面整体改善吸尘效果;后板倾角将主要影响吸管入口压强的变化;前板圆弧半径的增大将降低进口速度与吸管入口的压强。该研究对真空清扫车吸尘口的设计具有实际的指导意义。

钛合金VAR过程电弧等离子体流场的数值模拟

依据磁流体动力学理论,运用ANSYS有限元分析软件对真空自耗电弧熔炼过程电弧区流场进行数值模拟。结果表明:在阳极熔池表面熔炼电弧的温度最高,且其附近电弧区压力随着径向距离的增大而增大,而在熔炼电极表面附近,电弧区压力随着径向距离的增加而减小;弧间距的减小不仅使电弧区的流体流动速度减小,而且还导致环路流动范围减小且向坩埚壁靠近。当电极直径为280 mm,熔炼电压为30 V时,理想熔炼弧长可控制在25～40mm。

真空吸尘车吸尘口的流场仿真和结构优化

运用计算流体力学技术对真空吸尘车吸尘系统的流场进行仿真分析与结构优化。仿真采用非结构网格对吸尘口进行网格划分,运用标准双方程作为湍流计算模型。通过对初始设计方案的流场仿真分析,得出影响吸尘效率的原因为结构所引起的不合理流场分布。通过将原有简单连接方式的结构改进为过渡连接和吸盘上平面带收缩角的结构实现了流场分布的合理化,提高了吸尘效率。

PECVD变结构腔室热流场耦合规律研究

在真空半导体产业中,等离子体增强化学气相沉积腔室内热流场耦合的参数控制是生产工艺过程决定产品质量的关键因素。通过变结构腔室内温度和压力耦合测量试验验证,得到正确可行的针对变结构腔室三维模型热流场耦合计算的仿真算法。对比试验结果,依次改变腔室入口流量、出口压力以及承载台温度的大小,分析计算腔室内温度和压力的耦合分布特性。变结构腔室中热流场耦合分布规律,为真空腔室结构设计及参数控制提供理论依据。

轨控发动机真空流场计算

拦截弹轨控发动机在真空中的流场可为其设计提供重要的理论依据,同时其喷焰红外辐射特性也是防御上的重要研究对象。采用基于有限体积形式的LU格式离散N-S方程,通过时间推进法求解拦截弹轨控发动机喷管以及外场喷流区域在内的气相统一流场,同时考虑了各主要组分参与的化学反应,得到了轨控发动机喷管内外速度、温度、密度、组分浓度等参数的分布情况。研究表明:使用本文中的方法可以很好地计算出轨控发动机在真空中的内外流场。真空羽流膨胀迅速。

萝卜精量播种机吸嘴流场数值模拟

设计了一款自走式萝卜精量联合播种机,对吸嘴部分产生的速度流场分布情况进行研究,探讨其对吸种效果的影响。为考察不同真空压力条件下的吸种效果,以CFD软件为计算平台,采用结构化网格,以标准的k-ε湍流模型对吸嘴内部速度流场的分布进行了研究。结果表明,当真空压力分别为60、65、70、80 k Pa时,得到这些真空度所对应的播种器吸嘴附距离分别为3.28、3.33、3.35、3.45 mm;最终确定吸嘴的吸附距离随着真空度的加大而增大。

真空度对真空冷喷涂气固两相流的影响

目的真空度直接影响着真空冷喷涂时气体流动特性和颗粒撞击速度,研究真空度对气体和颗粒流动特性的影响。方法确定真空冷喷涂系统结构,采用FLUENT软件进行真空冷喷涂气固两相流研究,通过数值模拟研究真空度对流场和颗粒撞击速度的影响,并研究相同压力比下的气固两相流特性。结果当入口压力一定时,喷管内的气体轴线速度、密度和温度与环境压力大小无关;而在射流区,环境压力越小,则气体轴线速度波动越小、密度越低,但到达基板后的气体温度均接近喷管入口温度。环境压力对大粒径颗粒的撞击速度影响较大,颗粒撞击速度随环境压力增大而先增后减,最佳环境压力可根据气相云图和气体密度来确定。当进出口压力比相同时,喷管内和射流区域内的气相速度云图基本相同,气体轴线速度曲线基本重合,而基板前的颗粒速度不同,此时环境压力越低,颗粒速度越高,越有利于形成涂层。结论采用计算流体动力学分析方法厘清了真空度对真空冷喷涂气固两相流的影响,为涂层制备奠定了理论基础。

泵体形状对单作用真空泵性能的影响分析

为了预测泵体形状对单作用双吸式真空泵性能的影响,采用理论推导的方法,对椭圆形泵体和分别以椭圆形的长、短轴为直径的圆形泵体进行了对比研究,并基于计算流体力学方法分析了椭圆形泵体内部液体的速度场、压力场和温度场分布情况。结果表明,与采用椭圆形的长轴长度和短轴长度制造的两个圆形泵体相比,椭圆形泵体在散热性能、吸气性能和排气性能方面都优于圆形泵体。在极限压缩比工况下,椭圆形泵体叶轮外部液体的速度分布较为均匀,泵体内部压力场由叶轮中心向边缘逐渐增大。此外,叶轮边缘的压力分布也是不均匀的,冷却介质的温度从入口到出口过程中逐渐升高,并在出口处易形成旋涡,降低冷却效率。

食品冷却抽真空过程流场影响参数分析

建立了描述食品冷却抽真空过程的传热、传质模型,采用计算流体力学进行了非稳态模拟,实验表明模型与实际吻合较好。在此基础上,对影响流场的参数:真空泵抽速、容器自由容积、是否放置隔板进行了模拟研究。研究表明:真空泵抽速越大,真空室内的极限压力越小,真空室的最低温度越低,达到最低温度所消耗的时间越长;自由容积不影响真空室的极限压力,自由容积越大,真空室的最低温度越高,达到最低温度所消耗的时间越短;放置隔板对流场平均温度和极限压力的影响,可以等效为自由容积的减小。

RH精炼中钢包内非轴对称流动场数值模拟研究

在对称的圆柱坐标三维湍流流动场程序的基础上，开发了非轴对称圆柱坐标三维湍流流动程序，并用该程序模拟计算了ＲＨ

基于Fluent模拟分析的真空下液体射流喷嘴的选型

本文以真空喷射法制备聚合物薄膜为研究背景,对其重要的发生元件喷嘴进行了选型研究。现阶段应用最为广泛的直射式喷嘴有直线型、锥形、锥直型和抛物线型四种类型,通过Fluent软件对喷嘴喷射后的液体射流流速、压力分布和湍流强度三个方面进行了模拟分析。结果表明:在相同的初始条件下,锥形直射式喷嘴其射流速度分布均匀,压力分布也比较均匀,射流流场的扩散性优于其它类型的喷嘴;此外其射流雾化后的液滴尺寸分布均匀,射流的贯穿距离较长,液体出喷嘴后湍流强度较大,射流后液体的雾化破碎效果较好,更适于制备成膜致密,膜厚均匀可控的聚合物薄膜。

离心式真空除气器的设计优化和数值模拟

在钻探过程中,如何去除气侵钻井液中气泡是保证石油钻探安全进行的重要问题。对现有的离心式真空除气器为模型进行改进,在保留原机离心和抽真空工艺的同时,通过加装锥形板的方式增大气泡在除气器内的流动时间。使用CFD流体分析软件对设备内的流场进行仿真,分析除气器内部两相流流场的分布和影响除气效率的因素,并对除气器结构进行优化。根据仿真结果,该新型除气器具有良好的除气性能,能够满足现场对于钻井液除气的要求。

RH真空精炼循环流动流场结构的数值模拟

为研究RH真空脱气过程中的流动行为,基于欧拉-欧拉两流体模型,建立了描述气泡驱动下的RH循环气-液两相流动的数学模型.采用计算流体力学(CFD)商业软件FLUENT6.0,应用所建理论模型对真空室和钢包内的流动进行了数值模拟,得到真空室内及钢包内的流动规律与实验结果基本一致.对流场结构的分析发现其中存在内部相对独立的回旋流动区域,会降低整体循环效率.RH设备的几何结构参数和充气参数的优化与匹配设计是未来改善循环流动结构、提高循环效率的关键.