生物力学中片流的边界元分析

用边界元方法^[1,2]研究了生物力学中肺毛细血管血液的流动,并对肺毛细血管的SFH模型,SFC模型进行了数值模拟,给出血液流动的速度场及血管壁上的面力分布和压力分布.对肺毛细管内皮细胞受的切应力,数值计算表明,正常情况下,在0~4.64×10^-5N/cm²之间,这与Dewey实验结果^[8](0~5×10^-5N/cm²)相一致,肺胞的形态将按使呼吸膜受切应力值最小为原则构形.同时,本文方法还可为数值分析心血管内的血液流动提供一种有效的数值方法,这对生物力学和医学工程是有价值的.     

快点火中质子的能量沉积和神光Ⅱ升级装置上的质子束的产生

基于神光Ⅱ升级装置激光条件,利用流体程序、粒子模拟程序和Fokker-Placnck程序,模拟研究质子快点火中所需质子束的品质以及产生所需质子束的激光条件.首先根据快点火靶的条件,利用Fokker-Planck方程模拟快点火所需的质子束的能量范围,模拟表明当背景等离子密度为300 g/cm³时,能量为7—12 MeV的质子束适合点火;当背景等离子体密度为400 g/cm³时,能量为8—18 MeV的质子束适合点火.再根据神光Ⅱ升级装置实验条件研究质子束所需的激光参数,通过利用粒子模拟程序,结合流体程序给出的预等离子体,分别模拟研究了加预等离子体和不加预等离子体两种情况下的质子加速,在有预等离子体时得到的质子束最大能量约为22 MeV,没有预等离子体时得到的质子束最大能量为17.5 MeV,具体分析了两种情况下质子加速的物理机制,其结果跟等离子体自由膨胀模型结果符合得很好.     

二次发射微波电子枪的模拟计算及其特性分析

 采用URMEL-T程序进行了二次发射微波电子枪的腔内电磁计算和特性分析。同时利用URMEL-T得出的腔内轴向电场及自编程序,模拟电子在该高频场作用下的运动。计算表明二次发射微波电子枪确实具有相位选择性,进而探讨了腔形尺寸、射频电场强度对相位选择性和产生二次倍增的有关条件的影响,以及输出电子的能量稳定性。模拟结果表明,这类电子枪（MPG）可得到高电流密度（5303A/cm²）及短脉冲（3.15~10ps）的电子束。     

内燃机气道及缸内气体流动特性研究

本文对某型号内燃机气道稳态流动和缸内气流运动特性进行了研究.气道流动特性稳态计算结果与气道稳流试验结果相吻合,流动特征参数偏差在3%左右.瞬态计算结果表明,在进气行程初期,缸内涡流和湍流迅速增强,随后涡流变化缓慢,而湍流强度迅速下降.在气门叠开时,存在进气和排气回流现象.进气时,进气阀边缘处是缸内气体最大速度出现位置,气门最大升程时该处速度达到134.4m/s;切向气道缩口处最大速度高达134.7m/s,此处存在一定的进气节流损失.     

血液的粘度及其临床意义

 血液粘度是血液流动时所表现出的内摩擦或粘性阻力,血液粘度过高时,血管内的血液流动不畅,使循环作用发生障碍。血液粘度取决于红细胞的浓度、可变形性、聚集、血浆粘度等,有关血液粘度的知识可为疾病的早期诊断、预防和治疗提供有用的依据。一、血液的成分血液由有形成分和血浆组成。有形成分包括红细胞、白细胞和血小板,占血液总体积的45%强些,血浆是蛋白质、盐类等的水溶液,占血液总体积的55%弱。二、血液的非牛顿性流体流动时,相邻流层间的切应力阻碍它们的相对运动。切应力表现流体的一种性质即粘滞性。量度粘滞性的物理量称为粘滞系数或粘度。     

分叉血管处宽颈动脉瘤的血液动力学分析

考虑血管壁的弹性变形因素，基于临床上某患者的分叉血管处宽颈动脉瘤，建立了分叉血管处宽颈动脉瘤的流固耦合模型。采用计算流体动力学(CFD)数值模拟的方法，研究了脉动条件下个性化分叉血管处宽颈动脉瘤内血液流动特性，分析了分叉血管处宽颈动脉瘤内的血流速度分布特征、壁面压力、壁面切应力等血液动力学影响因素。研究结果表明，脉动周期内，血管分叉处易促成动脉瘤的生长与发展，宽颈动脉瘤的瘤颈与瘤顶处破裂风险较大。     

棒束通道CHF预测方法研究

本文采用实验和数值计算分析相结合的方法,研究了带定位格架棒束通道内过冷流动沸腾工况下临界热流密度(CHF)发生情况.提出了通过采用CFX4.4程序对带定位格架棒束通道内过冷流动沸腾计算来预测CHF发生位置的方法.结果表明,随着程序的发展和物理模型的完善,计算流体动力学方法(CFD)将成为核燃料棒束组件临界热流密度实验、设计和安全评估强有力的计算分析工具.     

模拟Casson流体的非结构化网格SIMPLE算法

为模拟复杂形状血管内的血液流动,本文考虑血液的非牛顿流变特性开发了适用于Casson流体的非结构化同位网格SIMPLE算法。离散动量方程时,对流项和源项的处理方法和牛顿流体类似。对于扩散项,为了避免黏度是剪切率的复杂函数所导致的复杂性,将黏度取为上一迭代步的流场获得的Casson流体黏度。经过以上处理对Casson流体动量方程的离散就可以参考变黏度牛顿流体的动量方程离散方法来进行,再利用基于非结构化同位网格的SIMPLE算法进行求解。该方法对其它切应力等于速度变形率与黏性函数乘积的非牛顿模型同样适用。利用本文算法模拟了T型分叉管中的血液流动,与文献中的实验结果对比发现,Casson流体得到的结果优于牛顿流体,说明采用Casson模型模拟血液流动是成功和必要的。     

电子束横向泵浦柱形KrF系统时电子能量沉积的数值计算与物理分析

本文对电子束横向泵浦柱形Ar、Kr、F₂混合物时电子能量沉积用SANDYL程序作了数值计算,得到了能量沉积效率与混合物总压力,电子能量和混合物成份比的关系。另外,我们还用阻止本领公式对电子、质子能量沉积效率作了粗估,并为了质子束泵浦的准分子激光的理论模拟而进行了电子、质子能量损失的比较。     

轴对称静电场的束流光学模拟与设计

为了对高压倍加器和静电加速器等低能加速器中一些具有特殊结构的轴对称静电元件进行模拟和设计,采用传输矩阵法编写了直流束的束流光学计算程序,并利用该程序对高频离子源预聚焦系统和移动式加速器中子源的束流光学系统进行了模拟和设计。程序将整个轴对称静电场区域看作厚透镜,并均分成若干个小区间,先利用其他电磁场软件计算区域内的轴上电势分布,然后根据该电势分布计算每个小区间内的束流传输情况得到束流的包络曲线。该程序可以用于计算非线性效应可忽略的复杂轴对称静电场中强流和弱流束的传输,且所需计算时间很短。     

Code_Saturne程序在安全壳复杂流动中的应用

严重事故下核电安全壳内由于几何与流动的复杂性, 需要有可靠的程序对流动进行分析评估.文章采用符合核电安全标准的开源CFD程序Code_Saturne对壳内气体流动进行计算, 主要模拟壳内氢气和水蒸气喷放过程.该过程涉及多组分气体低速流动计算浮力效应引起的分层固体结构热传导结构表面与气体之间的热流和冷凝的计算.该程序使用了SIMPLEC格式并添加了低Mach数气体流动算法, 基于理想气体模型的多组分模型和薄板结构上的一维热传导模型.同时, 在此基础上改进了壁面函数方法,对壁面进行对流传热和传质流动计算.最后利用两个国际化标准问题对该程序及使用的模型进行了验证.      

蒙特卡洛法模拟G型辐冷器抛物面屏辐射的新算法

提出了筛选法模拟辐射能束随机发射位置的新算法 ,解决了模拟 G型辐冷器抛物面屏这种立体曲面辐射能束随机发射位置的难题 ,并以切平面为发射基础 ,推导出辐射能束随机发射方向的求解算法。通过上述算法 ,模拟了辐射过程 ,计算了相应的耦合因子 ,并对结果进行了误差分析。计算结果表明 ,基于新算法的蒙特卡洛法准确模拟了 G型辐冷器辐射过程 ,计算精度高、速度快     

束流在270°偏转磁铁系统输运过程中的损失计算

为计算医用加速器中束流经过270°偏转磁铁系统电子损失所造成的辐射剂量问题,将束流传输相应的计算公式和蒙特卡罗抽样方法相结合,在一阶近似条件下计算了电子在偏转系统中的输运过程,分析了不同初始条件对电子输运和电子损失的影响;模拟结果表明能散是产生电子损失的主要因素之一.计算得到了损失电子所处位置、能量和飞行方向等信息,把计算得到的信息作为蒙特卡罗程序的输入源,进一步计算出束流损失所产生的辐射剂量分布,从而能更完善地设计医用加速器照射头的屏蔽.文中给出在电子束初始半径为1mm、散角为5mrad、能散为10%条件下电子损失率为13.5%,损失电子主要是向加速器照射头部上方辐射出去.     

渐扩切向槽式低压旋流喷流场数值模拟

提出有渐扩切向槽式旋流雾化喷嘴的三维流动数学模型,并采用κ-ε/RNG模型,应用SIMPLE方法数值模拟了在切向槽不同渐扩角度θ时喷嘴内流场特性.结果表明:渐扩切向槽偏转角θ对其流场特性影响较大,偏转角θ为负值时,喷嘴出口处回流较大,θ为较大的正值,喷嘴内流体流动越易形成实心的锥体,但其能量损失增加较大,当偏转角θ=5.8°可实现喷嘴出口处无回流,且流动损失较小,雾化角也比较大.     

C-ADS中质子束窗散射效应和热力学计算

质子束窗是C-ADS中隔离加速器的真空环境与靶的非真空环境的重要部件。质子束窗材料及其冷却介质造成的束流散射效应是造成束流在靶外损失的主要因素,由于质子束窗中的高能量沉积和高辐照效应,束窗的热力学计算显得尤为重要。计算结果表明:当质子束窗和散裂靶距离为1.5 m时,通过选取合理的结构参数,多管道型质子束窗结构可以将靶外束流损失控制在1%以内。束窗中总的应力,包括由于温度升高造成的热应力、冷却剂的静压,以及束窗两侧加速器真空与外部非真空环境的压强差造成的应力,可以有效控制在所用材料的许用应力之内。并通过计算讨论给出C-ADS中质子束窗的初步设计参数。     

基于流场模拟的涡旋压缩机涡齿应力变形分析

为了更准确地计算涡旋压缩机涡旋齿的应力和变形,提出一种基于流场模拟的应力变形计算方法。通过对涡旋压缩机工作过程进行气体流动的数值模拟,得到其压力场和温度场分布。将流场分布作为载荷边界条件进行涡旋齿的受力变形计算,得到涡旋齿在气体压力、热载荷及其同时作用下的应力分布和变形规律。分析了涡旋齿的径向变形和轴向变形,讨论了不同主轴转角下的涡旋齿应力和变形,比较了动涡旋齿和静涡旋齿的变形。结果表明:在压缩结束时刻动涡旋齿的应力和变形最大,最大应力位于齿头根部,最大变形位于齿头顶部。     

吸油烟机内风道系统性能优化研究

吸油烟机内风道系统结构对吸油烟机气动性能有着十分重要的影响。本文首先采用计算流体力学软件FLUENT对吸油烟机气动性能进行数值模拟,将数值与实验测量结果进行对比,验证了数值计算模型和计算方法的有效性。然后针对吸油烟机箱体进风宽度比ε、蜗壳宽度B和蜗壳出口扩张率β,采用响应面法对吸油烟机性能进行优化。基于优化前后吸油烟机内部流动特性的CFD结果分析,揭示了吸油烟机箱体结构参数对其气动性能的影响,并对优化的吸油烟机风道系统的气动性能和噪声进行了实验测量。结果表明,通过参数优化,吸油烟机内流动状态得到改善,流动损失减小。优化的吸油烟机的全压在整个工况范围内都得到了不同程度的提升。当噪声基本保持不变时,吸油烟机最大风量增加了0.95 m~3/min。     

双束平行入射电子束引导的自注入电子加速效果的研究

在粒子束引导的等离子尾波场加速机制中,为了加速电子获得最大能量,大量研究集中于改变单束牵引粒子束的线度、形状、电荷性质等参数. 综合考虑已有的实验结果,本文提出了一种相比于单束电子牵引更为有效的加速方式,利用双束平行电子束来加速自注入的电子. 通过2.5维粒子程序模拟,发现在牵引电子束具有相同能量、电量、尺寸的条件下,通过双束平行电子束加速得到的电子具有长程加速、高能和准单能性的特性. 同时在空泡内形成了一束独特的回流电子,进一步使得自注入电子具有更好的准直性. 关键词： 电子束尾波场加速 双束平行电子束 粒子模拟     

束流在270°偏转磁铁系统输运过程中的损失计算

为计算医用加速器中束流经过270°偏转磁铁系统电子损失所造成的辐射剂量问题, 将束流传输相应的计算公式和蒙特卡罗抽样方法相结合, 在一阶近似条件下计算了电子在偏转系统中的输运过程, 分析了不同初始条件对电子输运和电子损失的影响；模拟结果表明能散是产生电子损失的主要因素之一. 计算得到了损失电子所处位置、能量和飞行方向等信息, 把计算得到的信息作为蒙特卡罗程序的输入源, 进一步计算出束流损失所产生的辐射剂量分布, 从而能更完善地设计医用加速器照射头的屏蔽. 文中给出在电子束初始半径为1mm、散角为5mrad、能散为10%条件下电子损失率为13.5%, 损失电子主要是向加速器照射头部上方辐射出去.     

电机转子内部通风冷却系统的流动分析与结构改进

本文根据某电机通风冷却系统的总体流动性能分析结果,采用数值模拟方法分析了该电机转子冷却系统中形状最为复杂、流动损失最大的旋转槽道内部三维流场.采用区域分块与边界拼接方法建立网格系统,数值计算结果表明,该旋转槽道内结构存在改进空间.为减少流动的局部阻力损失,对原模型流道结构进行改进,并建立了新的三维模型.新模型数值模拟结果表明,改进后的结构可以在保证换热效果基本保持不变的情况下,大大降低槽道内部流动损失.