微射流放大器内部三维流动数值模拟

采用三维流动求解器CFD-ACE ,以水作为工作介质,对不同流动工况的偏向型微射流放大器内部三维流场进行了数值模拟,得到了流场的压力分布图和速度矢量图,并通过计算得到平均流量增益曲线,将偏向型微射流放大器内部流场分析与外部运行特性分析有机地结合起来,为实验方案的优化提供了依据。     

往复搅拌流场中气体射流两相流数值研究

应用欧拉-欧拉双流体模型,与动网格技术相耦合数值分析往复搅拌流场中气体射流两相流的流动特性及气泡在往复流场内的分布规律。通过调整过程中吹气头的往复运动频率、气体射流速度来分析这些因素对于气泡分布和流场流动特性的影响。数值模拟结果表明,往复搅拌流场中气体射流两相流呈现与搅拌频率一致的周期性,气泡分布随吹气头位置的移动呈螺...     

冲击诱导金属铝表面微射流现象的微观模拟

采用嵌入原子势分子动力学模拟方法, 研究了金属铝表面沟槽在冲击下形成微射流的微观过程和动力学性质. 通过对模拟结果的统计分析, 获得了较宽冲击压力范围内微射流形态的变化规律, 以及相应的质量-空间分布和质量-速度分布变化. 基于原子中心对称参数, 分析了样品近表面非晶态转变和卸载熔化过程, 获得了卸载熔化对微射流质量及其分布的影响规律. 研究还发现: 样品熔化之前, 微射流质量与波后粒子速度呈线性增加关系; 卸载熔化出现后, 微射流质量开始迅速增加; 当卸载熔化速度足够快时, 金属强度效应可忽略, 此时微射流质量与波后粒子速度再次表现出线性增加关系.     

半导体微腔中腔模、重空穴激子模和轻空穴激子模耦合

采用传输矩阵方法利用半经典的线性色散模型,计算半导体微腔内同时存在重空穴激子、轻空穴激子时,在不同入射角度下的反射谱,同时,利用三简谐振子耦合模型计算了在不同入射角度下,腔模同时和重空穴激子模、轻空穴激子模耦合所形成的三支腔极化激元的能量,以及腔模、重空穴激子模、轻空穴激子模分别在三支腔极化激元中所占的权重,结果表明随着入射角的增加腔极化激元的高能支和两个低能支之间存在明显的反交叉现象,同时,腔模和重空穴激子模、轻空穴激子模在腔极化激元中所占的权重呈现增加或减小的趋势 关键词： 半导体微腔 腔极化激元 激子     

稠密颗粒射流倾斜撞击颗粒膜特征

采用高速摄像仪对稠密颗粒射流倾斜撞击形成的类液体颗粒膜特征进行实验研究,考察了颗粒粒径、射流速度以及射流含固率等因素对颗粒膜形态及动态特征的影响.结果表明:随着颗粒粒径增大,稠密颗粒倾斜撞击流由颗粒膜向散射模式转变;随着射流速度增加,气固不稳定增强,射流流量出现脉动,正面与侧面分别表现为颗粒膜的非轴对称振荡和表面波纹结构;颗粒膜非轴对称振荡的振荡频率和振荡幅度随射流速度的增大而增大;表面波纹速度和波长沿传播方向增大,波纹间存在叠加现象.颗粒膜出现非轴对称振荡主要是因为喷嘴出口由气固不稳定性引起的射流流量脉动,射流流量脉动频率与撞击面振荡频率基本相当.     

微喷管甲烷非预混射流火焰燃烧特性实验研究

为发展微尺度燃烧器并拓展微尺度燃烧理论,对具有外部伴流空气的甲烷非预混微喷管射流火焰燃烧特性进行了实验研究。微喷管采用内径为710μm、425μm及280μm的不锈钢管,通过实验得到了微喷管非预混射流火焰的火焰形态、高度、最小熄灭流速及吹熄极限,并与常规尺度(管内径2 mm)非预混射流火焰进行了对比。研究表明微喷管射流火焰只有层流火焰一种形态;微喷管射流火焰高度主要取决于燃料流速而不受外部伴流速度影响;微喷管射流火焰的吹熄极限随伴流速度先增加后减小,而微射流火焰的最小熄灭流速受伴流空气速度影响较小,随管径减小微喷管射流火焰的可燃范围急剧减小。     

空穴注入层对微腔有机发光二极管光电性能的影响

有机发光二极管(OLED)因具有效率高、自发光、种类多样、能耗低、制造成本低、又轻又薄、发光谱域宽、无视角依赖性等一系列独特优点而引起广大科学家的极大关注。微腔可以窄化有机发光二极管出射光谱,提高有机发光二极管的色饱和度。以玻璃为衬底,金属Ag薄膜作为器件阳极金属反射镜,NPB为空穴载流子传输材料,Alq3为发光材料和电子载流子传输材料,Al膜作为器件阴极金属反射镜,制作了结构是衬底/Ag(15nm)/MoO3(xnm)/NPB(50nm)/Alq3(60nm)/Al(100nm)的A,B,C和D四种类型的微腔有机发光二极管,其中:A,x=4nm;B,x=7nm;C,x=10nm;D,x=13nm。在电压13V时,器件A,B,C,D的亮度分别达到928,1 369,2 550和2 035cd·m-2。在电流密度60mA·cm-2时,A,B,C,D器件的电流效率分别达到2.2,2.6,3.1和2.6cd·A-1。实验结果表明,在有机微腔发光二极管内部,电子为多数载流子,空穴是少数载流子。MnO3薄膜在4~10nm的厚度范围,能够极大地增强器件空穴的注入能力。并且,随着MnO3薄膜厚度的增加,空穴注入能力不断增大。     

非均衡进气双面离心压气机流场差异分析

采用数值方法研究了在蜗壳内部和压气机进口非对称流场的耦合作用下,非均衡进气双面离心压气机周向流场结构的差异。结果表明:后方叶轮进口轴向速度在周向上存在着较大的差异,且其不均匀程度随流量增大而增强。叶轮不同叶片槽道出口射流-尾迹结构也存在差别,蜗壳内高静压区对应的叶片槽道尾迹区域增大。扩压器内周向静压分布形式与蜗壳内部相同,不同半径位置上静压分布的不均匀程度基本相同,但随着流量的减小,不均匀程度减弱。     

气冷涡轮环形叶栅三维流场的实验与数值研究

采用4种不同的湍流模型对叶片表面带小孔射流的环形涡轮叶栅内部流场进行数值计算,并与热线实验测量结果进行了对比.结果表明,由于射流尾迹的影响,在射流附近靠近壁面处产生二次流,二次流随着射流下游距离的增大逐渐减弱.比较不同湍流模型的计算结果发现,采用κ-ε模型在射流尾迹区域和与主流掺混区域的计算结果与实验吻合较好,B-L模型在近壁面的速度计算结果偏大,其对尾迹区域二次流的捕捉也较差.     

水下气体射流初期流场的数值研究

水下气体喷射产生一个复杂的非稳态多相流场.为建立两相流场结构的预测方法,并揭示水下气体射流初期的流动演化和气水的相互作用,采用VOF两相流模型对水下气体喷射过程进行了数值模拟,分析了气体喷射形成的复杂流场结构.结果显示,在喷射初期,喷射形成的部分气泡在逆向涡流带动下向后翻卷;管口附近产生压力峰值区,该峰值快速衰减趋近于周围环境压力;射流过程中气液两相流场内形成了复杂的压缩和膨胀波以及涡旋运动.     

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.     

基于MHD的磁射流抛光中流场的分析与模拟

从理论上分析了磁射流抛光中的磁场与流场的相互作用,构建了磁射流抛光的冲击射流模型,基于磁流体动力学对磁射流抛光过程的紊动冲击射流进行数值模拟,得到了磁射流抛光过程的连续流场和射流在工件壁面上的压力、速度、紊动强度分布。通过比较射流抛光和磁射流抛光的数值计算结果,分析了磁流变效应对射流稳定性的影响,从射流的流场、速度、紊动强度等方面分析射流在磁场中稳定的原因。     

基于CFD的射流抛光喷射距离的分析和优化

分析了喷射距离对射流抛光效果的影响,基于计算流体动力学进行了喷射距离的分析和优化.通过构建射流抛光不同喷射距离的物理模型,采用能更好地处理流线弯曲程度较大的流动的RNG k-ε紊流模型应用于射流抛光的数学建模,使用SIMPLEC算法对射流模型进行数值计算,得到了不同模型的射流抛光冲击射流流场及工件壁面上的冲击压力、紊动强度、壁流速度分布.根据射流抛光对冲击射流特性的要求,比较和分析不同喷距模型的数值仿真结果,结果显示,射流抛光最优化喷距范围为喷嘴口径的10倍至12倍之间.     

微通道蒸发器扁管内制冷剂流动特性模拟分析

采用微通道蒸发器二维模型,研究不同R134a入口雷诺数下,其在蒸发器内的流动及流量分配特性。模拟与实验结果最大误差小于23.8%,验证了模型的可靠性。结果表明,随着雷诺数的增大,蒸发器底部扁管入口速度近似线性增加,扁管低压区从蒸发器中间扁管逐渐上移,压降不断增加,降幅最高可达71%。     

Investigation of combustion modes and pressure of reflective shuttling detonation combustor

Detonation combustors are considered promising alternatives to conventional combustors because they offer high thermal efficiency and fast combustion. However, especially for the rotating detonation combustor, the theoretical propulsive performance has not been confirmed in experimental studies because the highly unsteady flow field hinders the measurements process. To understand the involved phenomena in more detail, a reflective shuttling detonation combustor (RSDC) with a rectangular combustion chamber was developed. The interior of the chamber can easily be visualized owing to its two-dimensional quality. Utilizing the RSDC, several combustion tests with gaseous ethylene and oxygen were conducted for different values of mass flow rates and equivalence ratios. Combustion modes from the tests were classified into four types based on the fast Fourier transform (FFT) analysis of the luminous intensity of the CH* self-luminescence images captured by a high-speed camera and a band pass filter. Simultaneously, the theoretical total pressure of a conventional isobaric combustor was compared to the static pressure measured at the bottom of the RSDC chamber. For the detonation modes, the ratio between experimentally measured static pressure and the theoretical pressure varied depending on the location in the chamber owing to the distribution of the time-averaged static pressure. Furthermore, the pressure ratio of the detonation modes was up to 18% lower than that of the deflagration mode potentially owing to the flow velocity induced by the detonation waves.     

超音速等离子体点火过程的三维数值模拟

为了研究等离子体点燃超音速混合气流的过程,设计并验证了超音速燃烧室的三维计算模型,计算出了燃烧室等离子体点火时的流场参数和化学反应规律,分析了等离子体点火对燃烧室内燃烧的影响。计算结果表明:高温等离子体射流的滞止作用通过增加混合气在燃烧室内的停留时间提高了点火效率; 等离子体点火时燃烧区域的压力扩散比较充分,内部为压力相对平衡的低速流动; 高温等离子体射流高速射向混合气流时产生的速度矢量偏移扩大了点火面积,从而使点火效率得到提高; 氢气、空气燃烧的燃烧产物主要是水,燃烧区域局部温度主要受局部放热反应的影响。     

偏滤器运行模式对托卡马克边缘区等离子体平行流的影响

我们使用一维流体模型,根据在不同偏滤器运行模式下静压强沿着磁力线方向的分布变化,讨论了偏滤器运行模式对托卡马克边缘区等离子体平行流的影响.低再循环模式下,静压强从X点 (X-point)附近的刮削层区域开始明显下降,变化趋势与密度变化趋势一致;等离子体平行流的马赫数在偏滤器区域逐步变大,变化从平缓到迅速.高再循环模式下,静压强在靶板附近的区域迅速下降,在其他区域变化非常小;等离子体平行流的马赫数仅在靠近靶板附近的区域迅速变大,在其他区域变化平缓.在弱脱靶模式下的静压强变化与高再循环模式下类似,不过静压强在X-point附近的刮削层区域开始出现下降的趋势,导致等离子体平行流的马赫数在X-point处的值比在高再循环模式下大.强脱靶模式下,静压强在刮削层区域开始明显下降,在远离靶板的偏滤器区域,静压强迅速下降的地方,观察到高马赫数等离子体平行流.静压强迅速下降引起动压强迅速上升来维持总的压强守恒是在强脱靶状态 下产生高马赫数平行流的一种可能驱动机理.     

保护气对切割弧特性影响的模拟研究

通过比较两种不同结构切割炬所产生的等离子体流场,发现保护气对等离子体的温度和速度分布影响很小.垂直保护气在切割炬喷口形成阻碍作用,造成切割炬内的压强有所升高,但是增加不大.两种结构保护气对切割弧的影响只是在炬喷口外的激波附近.加入保护气后激波的强度会减弱.相对于没有保护气的情况,保护气增加冷却作用,弧电压会略有升高.当改变保护气的成分时,发现弧柱区的氧气含量不受影响,所以保护气成分的改变不会影响到弧电压.计算发现轴线处氧气和周围气体的混合很少,在喷口下游10mm处,氧气的摩尔分数仍在90%以上. 关键词： 等离子体切割弧 保护气 数值模拟     

Influence of ambient pressure on the performance of an arc discharge plasma actuator

The arc discharge plasma actuator (ADPA) has wide application prospects in high‐speed flow control because of its local heating effect and strong disturbance. In this paper, the influence of ambient pressure, which ranges from 3 to 20 kPa, on the performance of a two‐electrode ADPA is investigated by a schlieren system. The duration of the arc heated region, as well as its area, is extracted by image processing. As the ambient pressure increases, different flow field evolutions occur. The duration of the ADPA heated region increases with the ambient pressure. The maximum duration reaches 1185.3 µs at 20 kPa. The velocity of the discharge‐induced blast shock wave first decreases gradually and then remains at 345 m/s for all air pressures. The blast shock wave has a higher velocity at lower pressures when it is freshly produced. A maximum blast shock wave velocity of 582 m/s is observed at the pressure of 7 kPa. The arc heated region is not sensitive to ambient pressure, but the deposited energy from the arc increases when the pressure increases.     

The effect of surface roughness on rarefied gas flows by lattice Boltzmann method

This paper studies the roughness effect combining with effects of rarefaction and compressibility by a lattice Boltzmann model for rarefied gas flows at high Knudsen numbers. By discussing the effect of the tangential momentum accommodation coefficient on the rough boundary condition, the lattice Boltzmann simulations of nitrogen and helium flows are performed in a two-dimensional microchannel with rough boundaries. The surface roughness effects in the microchannel on the velocity field, the mass flow rate and the friction coefficient are studied and analysed. Numerical results for the two gases in micro scale show different characteristics from macroscopic flows and demonstrate the feasibility of the lattice Boltzmann model in rarefied gas dynamics.