离心力场中伴随瞬态固化与再熔现象的渗流传热过程

针对离心渗铸充型过程中金属铝熔液的瞬态固化与再熔现象,建立了旋转多孔介质内的渗流传热理论模型。通过理论分析,获得了复合管离心渗铸充型过程中伴随有瞬态固化与再熔现象的压力分布以及渗透界面与再熔界面移动速度计算公式,建立了界面移动速度与温度间的耦合关系,分析了流场变化规律。结果表明:多孔预型体内发生的液固共融现象对流场分布具有重要的影响,增大孔隙率和离心转速,有利于提高流场局部温度,缩短液固两相熔融区的长度,降低熔融区内固化率。由于渗透前沿发生瞬态固化导致该区域的空隙率减小,熔液的有效流通截面变窄,使得流场局部压力和速度发生波动。     

带嵌件型腔内熔接过程的数值模拟研究

基于充模过程的两相黏弹性流体模型, 采用同位网格有限体积法, 结合浸入边界法和界面追踪的复合水平集流体体积方法实现了带嵌件型腔内充模过程的动态模拟. 基于上述模型和算法模拟了熔体前沿界面及熔接线的动态演化过程, 而且通过线性应力-光学定律得到了熔接线附近的流动诱导应力分布情况; 讨论了熔体温度及模具温度对熔接线区域凝固层厚度的影响. 数值结果表明: 本文提出的方法可用于模拟复杂型腔内的充模过程以及熔接线的自动追踪; 由于聚合物黏弹性熔体流动的复杂性, 当两股熔体相遇后, 熔接线不同位置的应力分布变化较大; 熔体或模具温度越高, 熔接线区域凝固层厚度越薄, 提高熔体或模具温度能够改善甚至消除充模过程中的熔接线.     

单晶生长炉全局热分析(1)——三维模型建立

晶体生长炉内高温热辐射和熔液对流十分复杂,使分析整个生长炉内传输现象的全局热分析模型一直停留在轴对称准静态假定上.本文考虑熔液对流的三维性和非定常性,构筑了三维全局热分析模型,讨论了熔液对流三维性和非定常性的影响.结果表明:本文模型预测的晶体成长界面反转临界雷诺数大大降低,更接近实际.     

黏弹性流体充模过程中凝固现象的数值模拟

建立了黏弹性流体在充模过程中带有相变的气一液两相模型,该模型分别由气、液两相的质量守恒方程、动量守恒方程、能量守恒方程描述,并通过引入Heaviside函数将气一液两相的方程组统一为一个方程组;建立了一个对型腔内熔体和气体都适用的修正的焓方法来描述充模过程中的相变,采用基于同位网格的有限体积方法对模型进行求解,水平集方法捕捉充模过程中的界面演化,模拟出了黏弹性流体在充模过程中的凝固现象,得出了充模过程中型腔内的温度、压力、第一法向应力差等随时间的变化;并讨论了型腔壁面温度、熔体温度、注射速度对充模过程中凝固现象的影响,研究结果表明:型腔壁面温度越高,凝固层越薄;熔体温度越高,凝固层越薄;注射速度越高,凝固层越薄,故提高型腔壁面温度、熔体温度、注射速度可以减少或消除型腔壁面附近的凝固层。     

磁场对液态铝和固态铁界面微观组织的影响

研究了直流磁场、交流磁场对液态铝和固态铁界面微观组织的影响，采用金相显微镜、电子探针和x射线衍射等方法对其扩散层内生成物进行了分析.结果表明，在直流磁场和交流磁场作用下，固态铁界面内形成的扩散层厚度均比无磁场时小；在交流磁场作用下，液态铝和固态铁的界面变得凹凸不平；在垂直于磁场方向上，直流磁场抑制了铝原子和铁原子之间的扩散，交流磁场则促进了扩散；无磁场时固态铁内扩散层中生成的金属间化合物由FeAl₃和Fe₂Al₅组成，直流磁场条件下只有Fe₂Al_{5生成，交流磁场作用下由Fe2Al5和Fe4Al13组成. 关键词： 磁场 铝 铁 金属间化合物 扩散}     

液滴碰撞对液膜内汽泡运动与换热影响

采用数值模拟的方法,研究了沸腾雾化喷射过程中热壁面薄液膜层受到液滴碰撞扰动时液膜层内汽泡运动,相界面变化和由此引起的壁面换热特性.模拟结果显示汽泡生长初期相界面变化与液膜层内二次核化特征与文献结果吻合良好,汽泡生长后期相界面变化存在滞后.讨论了液滴下降速度.液滴直径与初始位置,多液滴碰撞对液膜层内流动与壁面换热的影响.     

单晶生长炉全局热分析(2)-非定常三维流动的影响

本文应用既有非定常三维全局热分析模型,通过大量的数值模拟,研究了单晶生长炉中熔液对流三维性和非定常性对熔体流动和全局热分析等影响.研究表明:熔液流动的三维性和非定常性起着非常重要的作用,它使品体成长界面发生转变的Re数大大降低,使模礅结果更接近实际.同时,研究揭示了熔液内行进波的存在和其传播规律.     

中科院完成返回式卫星搭载实验

近日，中科院物理所和金属所合作，共同参与搭载我国第22颗返回式卫星进行空间微重力实验。在空间微重力环境下，观察了银基合金和半导体化合物熔滴形貌变化、液／固界面的润湿过程及熔滴凝固前后接触角的差异，研究了液／固界面反应及特性表征，并成功地完成了近距离摄像机、有视窗加热炉等硬件的研制，取得了预定结果。     

铝电解槽内电-磁-流场的耦合仿真方法及应用

基于电磁流体力学的基本理论,应用等效电阻网络法与有限元相结合计算铝电解槽电流场,标量电位法和双标量磁位法计算铝电解槽磁场,k-ε双方程模型计算电磁力驱动下的铝液流动,并与工业测试结果进行比较.对200 kA侧部四点进电的铝电解槽进行计算与测试,其结果吻合良好;水平磁场形成一个顺时针的漩涡,垂直磁场沿长轴和短轴呈反对分布;铝液流动呈现出沿长轴方向排列的4个漩涡.仿真磁场误差小于10.0%,流场误差不超过5.0%.     

利用界面层提高多孔铝阻尼能力的一种新方法

通过溶胶一凝胶法在多孔铝孔表面包覆一层厚度为100μm左右的聚苯乙烯薄膜。内耗测量表明，引入该界面层以后，多孔铝的阻尼能力有了非常显著的提高，甚至有了量级的变化。分析表明，借助界面层的微小滑移而耗能应该是阻尼能力提高的主要机制。同时也意味着利用有机高分子设计界面层从而提高相应多孔材料的阻尼能力是可行的、高效的。     

方管内气液两相流界面波统计特性分析

以空气、水为工质，利用电导探针测量技术结合统计分析理论研究了水平矩形管内气液两相流界面波特性．首先对管内气液两相流的界面波进行了分类和定义；其次研究了气液两相流界面波在幅域、时域和频域的统计特性，同时考察了界面波特性参数（波速、频率和波高）等随气液两相流量的变化规律．     

爆炸胀接铝/钢复合管的研究

为了得到一种兼具优良力学性能和优异防腐特性的复合管,结合一种高爆速爆炸纤维,利用水作为传压介质,爆炸胀接得到铝/钢复合管。经超声波探伤检测其贴合率达到100%,径向形变率仅为0.65%,弯曲度为0.12%。利用809MTS万能实验机对长径比为1∶1的复合管试样进行了压剪试验,得到了位移-力曲线,计算得到结合强度为3.27MPa,高于建筑和石化行业规定的0.2和0.5MPa最小值。金相实验显示,铝/钢结合界面良好,未出现界面局部过熔现象,发生了铝层与钢层的相互扩散现象。     

爆炸胀接铝/钢复合管的研究北大核心CSCD

为了得到一种兼具优良力学性能和优异防腐特性的复合管,结合一种高爆速爆炸纤维,利用水作为传压介质,爆炸胀接得到铝/钢复合管。经超声波探伤检测其贴合率达到100%,径向形变率仅为0.65%,弯曲度为0.12%。利用809MTS万能实验机对长径比为1∶1的复合管试样进行了压剪试验,得到了位移-力曲线,计算得到结合强度为3.27MPa,高于建筑和石化行业规定的0.2和0.5MPa最小值。金相实验显示,铝/钢结合界面良好,未出现界面局部过熔现象,发生了铝层与钢层的相互扩散现象。     

气泡在液态金属搅拌流场中运动与变形的影响因素分析

用"准三维"数值模拟方法研究吹气发泡法制备泡沫铝的过程中,单个气泡在铝熔液搅拌流场中的运动与变形.液体流场采用多重参考系法进行三维模拟,对气泡运动的二维模拟则在三维流场中的一个通过搅拌轴的特征平面上进行.这样既能捕获气泡在搅拌流场中运动的基本特征,又能大大降低计算成本.应用VOF方法对气液两相之间的界面进行追踪.通过改变过程中的转速,气泡初始速度、位置和尺寸.以及表面张力和液体粘度,分析了这些因素对于气泡运动与变形的影响.     

倾斜下降管气液两相分层流截面含气率的计算与液层高度的预测

分层流是气液两相流中常见的流动型式，分层流中液层高度是计算的基本数据，由于界面波的存在，对液层的测量和预测都很困难．Ｖｌａｃｈｏｓ提出了预测气液两相分层流液层厚度的关系式，但这一关系式并不适用于倾斜下降管气液两相流．本文提出了计算倾斜下降管气液两相分层流截面含气率的理论模型，在这种模型下得到的截面含气率和实验结果符合良好．在大量实验的基础上，考虑了倾角、管径、气液各相折算速度的影响，根据实验数据提出了预测液层厚度的关系式。     

液-液两相液层间传质过程的Rayleigh-Bénard-Marangoni对流特性

传质引发的Rayleigh-Bénard-Marangoni对流(RBM对流)对化工传递过程有着显著影响.但是,已有的相关研究多集中于气-液体系,并且有限的针对液-液体系的相关研究尚缺乏对RBM对流演化及其引发的界面扰动行为的深入分析.因此,本文基于阴影法设计搭建了竖直狭缝内液-液两相液层间传质过程的RBM对流特性可视化实验平台,并实验观测了水-甲苯-丙酮三元体系中丙酮组分扩散传质时出现的RBM对流结构以及其向下层水相主体的发展演变过程,探讨了水相丙酮初始浓度、甲苯相丙酮初始浓度以及甲苯层厚度对RBM对流特性和液-液界面形貌的影响.研究表明:在Rayleigh-Taylor不稳定性作用下,水相上层密度(重力)分层"界面"下凸沉降形成波浪形丘状"界面",并随着"界面"处密度与压力失调的加剧而演变成羽状流;因羽流区"界面"不同浓度梯度引起的传质特性差异,羽状流又可以演变成弱羽状流和强羽状流两种形态;当丙酮浓度梯度增大到一定程度后,近界面处短时间内产生大量RBM对流结构,且结构间相互影响增强而聚并成对流团,并随着传质过程的进行,逐渐演变成独立的强羽状流; RBM对流强度与上下液层丙酮浓度梯度大小呈正相关关系,且液-液界面粗糙度及其非稳态波动随着丙酮浓度梯度的增加而增大.     

柱状固体复合结构对斜入射超声波的散射

较详细阐述了三层柱状固体复合结构对斜入射超声波的散射理论．厚度远小于声波波长和内层半径的中间圆环可模拟为内外层媒质之间的界面薄层．将声波斜入射时中间国环层力学量的传递矩阵作线性近似展开，我们首次建立了描述界面薄层的三维弹簧物理模型，由此进一步分析了固体界面处的声学边界条件．利用弹簧模型，我们最后从数值上研究了玻璃纤维／铝基复合结构中界面薄层力学参量的变化对斜入射超声散射截面积的影响．     

单晶生长炉全局热分析(3)-自由界面形状的影响

本文在平坦自由表面非定常三维全局热分析模型的基础上,考虑自由表面形状的弯曲性,通过大量数值模拟,研究了弯曲自由表面对熔液流动、炉内全局温度场分布等的影响.研究表明:弯曲自由表面更易引起熔液流动振荡,且降低晶体生长界面反转的临界Re数,使结果更接近实际,从而使单晶生长全局热分析模型比前文更完善.     

基于BP网络和专家系统的铝电解槽分层故障诊断

针对铝电解槽故障种类繁多和不易诊断的问题,设计了基于BP网络和专家系统的分层故障诊断系统,包括前层分类和后层预报;通过对槽电阻信号的频谱分析,提取了故障特征信息,并对故障进行分类;建立了基于BP网络的前层分类器,用于诊断特征显著的故障;制定了故障诊断和控制规则,完善了专家系统的知识库,根据前层分类结果对余下故障进行诊断;通过制定规则,将前层分类和后层预报相结合,实现了故障诊断系统的整体设计;仿真结果及理论分析表明,该系统可有效预报单一及复合故障,提高故障诊断的准确率,保证铝电解槽工作状况的稳定。     

纤维增强复合媒质中的超声散射

为了用超声方法评价纤维增强复合媒质中纤维／母材的界面特性，本文建立了三层柱状固体媒质声散射截面积和纤维增强复合媒质中声衰减的计算方法。当纤维／母材界面层厚度与波长相比很小时，用两个劲度常数描述纤维与母材之间力学量的边界条件，得到了计算纤维增强媒质中声衰减的简化模型。本文还从数值上计算了纤维／铝复合媒质中超声纵波衰减与界面特性、超声频率的关系。