玉米籽粒的传质干燥模拟及实验分析

为了解干燥过程中玉米籽粒内部水分的扩散过程,优化干燥工艺参数,本文采用模拟研究和实验研究方法分析干燥过程中玉米籽粒内部水分分布随时间的变化规律。玉米籽粒由种皮、角质胚乳、粉质胚乳和胚四组分组成,四种组分水分扩散系数各不相同,本文分别假设玉米籽粒由单组分均质体和多组分非均质体组成,分别建立了玉米籽粒的干燥数学模型,利用COMSOL Multiphysics模块模拟研究了玉米籽粒内部的水分变化情况,并通过玉米籽粒的薄层干燥实验进行了实验验证。研究结果表明,建立的两个模型均可有效模拟玉米籽粒薄层干燥过程;80℃的模拟值与实验值的差异较70℃的小;玉米籽粒多组分模型精度优于单组分模型精度。     

储层岩石时间域激发极化效应的数学模拟

以储层岩石的串联毛管模型为基础,建立描述含水储层岩石时间域激发极化效应的数学模型.数值模拟储层岩石孔隙中离子的浓差极化效应和双电层形变效应.孔隙中浓差极化控制着激发极化随时间的变化,双电层形变不控制激发极化随时间的变化.浓差极化效应对激发极化极化率的贡献较小,双电层形变效应对激发极化极化率的贡献较大.激发极化充放电过程的快慢,主要取决于固液界面阳离子的吸附能力和岩石的孔隙结构.     

基于多尺度模型预测木材含水率和温度的变化

了解木材干燥过程中的水分迁移和热量传递规律有助于提高木材的干燥质量,改善干燥工艺,节约能源。以樟子松(Pinus sylvestris)为材料,建立能够较准确模拟木材干燥过程中含水率和温度分布变化的多尺度单元表征模型,模型由宏观尺度上三个耦合方程一两个水分扩散方程和一个热量平衡方程,以及微观尺度上的单个细胞水分迁移的平衡方程组成。解析模型的过程为:分析初始条件和边界条件、有限元网格的生成、方程离散化、查找相应物性参数、MATLAB软件编程求解。最后通过实验分析验证了建立的多尺度模型的准确性,进行试件在80℃时各层含水率随时间变化的实验,实验结果与模拟值比较,曲线吻合性较好,多尺度模型可以反映木材干燥过程中含水率的分布。最后对建立的多尺度模型进行理论分析,预测了干燥过程中各层温度的变化和分布,进一步验证模型的准确性。从不同尺度建立的木材热质转移数学模型,能较为准确的反映木材含水率的变化和空间分布情况,为干燥过程水分和温度分布的研究提供了一定的理论基础和参考价值。     

储存环内电子冷却过程模拟

考虑储存环内离子的横向振荡和纵向振荡的运动特性,模拟了HIRFL-CSR内重离子束的电子冷却过程.给出了离子束的横向发射度和纵向动量散度随时间连续变化的图象,由此分析了电子束的空间电荷效应,冷却段色散函数和横向电子束温度对冷却过程快慢的影响.     

基于热峰模型的单粒子效应模拟研究

单粒子效应是航天电子器件失效的重要原因,研究其物理过程对航天电子器件寿命预测、器件抗辐照加固有着重要的意义。现有的模型多从线性能量沉积的角度来解释单粒子翻转,因此无法解释单粒子效应地面实验模拟过程中的温度效应。建立了一个新模型,从高能带电离子与材料相互作用的物理过程出发,通过解三维的热扩散方程,计算出能量在材料中沉积、交换、扩散,得到电子和晶格温度的空间分布以及时间演化过程。推断出离子辐照过程中导致的自由电子浓度和收集电荷随LET的变化关系。此模型解释了单粒子效应中随着器件温度升高,单粒子效应截面增加的现象。     

杏鲍菇热风干燥中热质传递的实验及模拟研究

杏鲍菇作为一种营养价值高、市场需求量大的典型食用菌,热风干燥是其主要加工方法。本文以干燥条件和切片厚度为实验变量,探究热风干燥中杏鲍菇切片的干燥特性(干基含水率、干燥速率)随时间的变化规律。考虑切片的收缩变形和热物性(导热系数、比热容)随含水率的变化关系,建立了热风干燥条件下杏鲍菇切片的热质耦合数值模型。结果表明：杏鲍菇切片的干燥速率随干燥温度的升高而增大,随切片厚度的增加而减小;杏鲍菇切片在对流干燥过程的收缩变形存在明显的非线性,尤其是在降速干燥阶段。并且,数值模型的预测结果与实验测试数据吻合良好,为准确预测杏鲍菇切片的热风干燥特性提供了依据,对菌类干燥工艺优化有重要的指导意义。     

能量输运对柱状等离子体开关磁场穿透过程的影响

 对于高密度、导通时间为μs级的柱状等离子体开关，利用磁流体动力学理论(MHD)，对其导通阶段的磁场穿透过程进行了模拟，得到了磁场分布随时间的变化；研究了开关导通过程中能量输运导致的温度不均匀分布对磁场穿透过程的影响。模拟结果表明：对于高密度等离子体开关，磁场以远大于磁扩散速率的速度穿透到等离子体中；在磁压对等离子体产生的压缩效应和欧姆加热效应共同作用下，激波区域的等离子体温度显著升高，这进一步加速了磁场穿透；当考虑能量输运方程时，开关导通时间为0.87 μs，比等温模型的结果0.92 μs短，与实验结果0.87 μs相一致。     

微管道气体流动的蒙特卡洛直接模拟

采用蒙特卡洛直接模拟(DSMC)方法,数值模拟了微管道中压力驱动的气体流动,结果表明固壁边界存在速度滑移,稀薄气体效应明显;整个流场温度变化很小,流动马赫数很小,密度、压力流向变化非常大而横向几乎不变;可压缩性导致压力随流向的非线性分布,但这种效应随Knudsen数增大而减弱.     

分析金属熔滴快速凝固过程的双倒易边界元方法

本文发展了非线性边界条件相变传热过程的轴对称双倒易边界元方法,数值模拟了金属熔滴在快速冷却条件下的快速凝固过程。分别研究了在微重力落管和落塔中及喷射成形过程中金属熔滴的快速凝固过程,得到了过冷度,再辉时间,温度变化及相变界面随时间的变化等数值结果。     

非均匀混合下氘氚聚变反应速率的理论研究

激光驱动惯性约束聚变中壳层材料和聚变燃料的混合是影响聚变点火燃烧性能的关键物理问题,聚变过程中混合物形态的演化及相应热核反应速率的物理建模直接影响数值模拟的置信度,具有重要的科学意义和应用价值.本文以扩散混合机制下混合形态随时间的演化规律及其对热核反应速率的影响为研究对象,基于热力学平衡与理想气体物态方程假设,通过解析分析与一维球几何扩散方程数值解的对比研究,揭示了扩散混合主导下热核反应速率随混合形态演化的物理规律.研究发现,混合量主要通过影响燃料的体积份额直接影响热核反应速率,由混合非均匀尺度和扩散系数共同决定的扩散时间直接影响热核反应速率的时间演化行为.进一步利用蒙特卡罗方法直接模拟扩散过程得到的互扩散系数,定量分析了燃料中混入低Z、高Z材料时热核反应速率随时间演化的差异,通过与美国非均匀混合效应实验典型数值模拟结果进行对比分析,验证了理论评估的可靠性.本工作对我国惯性约束聚变混合效应实验的设计和改进具有重要参考意义.     

CSRm纵向束流绝热俘获研究

在研究重离子储存环纵向相振荡运动特性的基础上,对CSR主环CSRm内重离子的绝热俘获及加速过程进行了模拟,得出与CSR机器特性相适应的高频参数,并给出了高频参数在绝热俘获过程中随时间的变化曲线     

多光子J C模型中频率随时间变化场的压缩效应

利用多光子J C模型,考虑场频率随时间以正弦函数形式作小量变化,在旋波近似下,研究了二能级原子通过多光子跃迁与单模辐射场相互作用系统中场的压缩效应.利用数值计算方法讨论了场频率变化的幅值和角频率、以及光场强度对场压缩效应的影响.结果表明：随场频率变化的幅值增大,场压缩效应增强;随光场初始平均光子数的增加,场压缩效应减弱.场正交分量的均方涨落随时间的演化受场频率随时间正弦函数形式变化的调制,场频率变化的幅值越大调制作用越强.     

考虑光镊效应的飞秒激光双光子加工线宽

采用自由基浓度起伏理论结合光镊集聚效应,理论研究了飞秒激光双光子加工的线宽问题。根据双光子光聚合过程中自由基浓度随时间变化的关系,考虑光镊效应对自由基分布范围的影响,得到了飞秒激光双光子加工线宽的表达式。研究了线宽随扫描速度与激光功率的变化关系,并讨论了不同光引发剂对线宽的影响。得到了以自由基浓度起伏为基础,并考虑光镊效应的双光子加工线宽表达式,该结果与实验结果相符。研究结果为飞秒激光双光子加工的研究提供了新的思路,为光镊集聚效应对线宽影响的实验研究提供了理论依据。     

含湿毛细多孔介质干燥过程相变传热传质分析

分析了含湿毛细多孔介质干燥过程的主要机理,建立了以液相饱和度、温度和气体压力为参数的一维数学模型, 采用全隐式有限差分方法对该模型进行了数值计算。计算结果表明,干燥过程可分为两个阶段:不稳定阶段和稳定阶段。 在不稳定阶段,模拟参数变化剧烈,而在稳定阶段,模拟参数变化平稳。     

气动光学平均流场效应时间特性研究

根据气动光学效应定义了绕流流场厚度,分析了气动光学平均流场效应的时间特性与绕流流场厚度的关系,给出特征时间的粗估公式。使用大型流体计算软件SAED模拟计算了机载光学平台绕流流场随时间的变化,计算了绕流流场厚度,研究了气动光学平均场效应随时间的变化规律。计算结果验证了粗估公式的可靠性,表明与湍流效应的特征时间相似,气动光学平均流场效应的特征时间,正比于绕流流场厚度与飞机速度的比值。在给定的计算模型中,特征时间约为5 ms量级,特征频率低于300 Hz;平均流场气动光学效应引起的光程差均方根随时间围绕平均值变化,方差与平均值之比约为8%。     

顶部浸没管口气泡生成特性实验与数值模拟

利用高速摄像机获得顶部浸没方式下管口处气泡膨胀脱离过程,对比分析了管径、气体流量和管口浸没深度对气泡脱离直径和膨胀脱离时间的影响规律;运用三维流体体积(VOF)模型,模拟研究了气泡膨胀脱离过程中气泡膨胀脱离时间、脱离直径和气泡形态的变化规律,分析了气液湍动能和流场速度的分布变化规律。经过对比,实验结果与模拟结果一致。研究结果发现,气泡膨胀脱离时间随管径的增大而增加;随液体密度的增加而减小;随气体流量增大而降低,但降低速率逐渐减小.气泡脱离直径随气体流量的增加而增加且存在气泡脱离形态变化点;随管口浸没深度和液体密度的增加呈现下降趋势。气泡长短轴比随液体密度增大而增大,而随膨胀脱离时间的增加呈现降低趋势.     

燃油液滴蒸发的一维导热模型与压力效应

考虑液滴内一维瞬态导热以及液滴,气流热物性随温度与组分的变化,建立了对流热环境中燃油液滴的蒸发计算模型.以柴油液滴为例,通过数值模拟,分析了蒸发过程中液滴内部的瞬态热响应,考察了不同条件下的环境压力效应.结果表明,对流蒸发过程中,燃油液滴内部温度梯度很大,导热作用明显;在温度不同的气流环境中,环境压力效应存在非单调性;压力效应发生转捩的气流温度与液滴初始粒径和气流速度相关.     

Echo-enabled谐波放大自由电子激光参数

通过数值模拟,结合解析计算分析,研究了Echo-enabled谐波放大自由电子激光对装置参数和主要束流参数变化的独立敏感性,给出了谐波聚束因子和饱和功率随参数变化的数值模拟结果;对色散段由相干同步辐射效应引起的能散和发射度增长进行了估算和数值模拟。结果表明:相干同步辐射效应引起的切片能散和切片发射度增长在5%以内,对最后辐射影响不大。     

灰分对冷凝式换热器换热特性的影响研究

灰分广泛存在于锅炉尾部烟气和各类干燥乏气中,在烟气/乏气余热回收环节是不可忽视的因素。本文以含灰分烟气/乏气的余热和水回收问题为研究背景,采用含灰分湿空气模拟烟气/乏气,对含灰分湿空气的换热特性展开实验研究,获得了换热系数随时间的变化规律并观察了积灰形态。实验研究发现:在含灰分的情况下,湿空气对流冷凝换热系数随时间的增加先减小后维持稳定,呈现指数规律变化。相比较于干空气,湿空气换热系数达到稳定状态所需时间较长、降低幅度较大,积灰严重且主要集中于上部管束。     

基于二阶振动系统响应模型的激光制导信号动态模拟

针对载机平台上的激光目标指示器照射过程的动态响应及其模拟,利用高斯白噪声,通过由滤波器产生的有色噪声的方法模拟了目标指示器指示激光光斑抖动信号的统计平均特征,分别进行了抖动光斑位置随时间变化和在简化地物模型下漫反射信号强度随时间变化的动态模拟以及实际验证测试。经分析表明:在载机平台上,激光动态照射过程中的反射信号强度的变化是与平台相对于目标运动、目标表面的漫射特性和反射特性等因素相关的综合函数;基于二阶振动系统响应模型的方法可应用于激光目标指示器照射过程中的激光制导信号的大气传输和探测的动态模拟。