微沟槽结构注塑成形的充型过程计算方法

微注塑成形制造方法适合于热塑性材料微小型器件大批量加工,对微注塑关键步骤——充型进行分析计算,有助于微注塑工艺参数和模具结构优化。目前研究表明,微尺度聚合物熔体流动与常规流动存在显著差异,采用常规尺度流动计算分析工具会带来较大偏差。本文以开源计算代码OpenFOAM为基础,综合由实验获得的熔体表面特性规律和粘度变化规律等,采用面向对象编程方法构建了熔体填充微结构型腔流动过程的计算模块,以微流体器件中的典型微结构——微沟槽注塑充型过程为例进行数值模拟,分析了表面力和粘度作用对其注塑充型填充率的影响。     

用代数应力模型模化型腔充填过程中的紊流流动

针对型腔充填过程中的紊流流动，用代数应力模型研究紊流流动现象．成功地将代数应力模型引入ＰＨＯＥＮＩＣＳ软件中，完成了恒温流体充填过程三维时均速度和自由表面的计算模拟．与实验结果相比说明，本文基于ＰＨＯＥＮＩＣＳ软件开发的充填模拟具备了对复杂型腔充填过程的数值计算．     

注塑模充模过程的数值分析

利用非等温、粘性广义Hele－Shaw流动理论,建立了三维薄壁型腔塑料熔体充填过程的数学模型．耦合利用有限元／有限差分法数值求解压力和能量方程,实现充模过程的动态模拟．     

井内流动与传热的三维耦合数值模型

钻井过程中,井内的压力、流场及温度分布是钻井作业必需的重要参数。本文提出了一个描述井内流动和传热的三维数学模型,用SIMPLER方法获得了该数学模型的数值解。该数值模型考虑了温度、压力对钻井液的流变性、密度以及各种介质的热物理参数的影响。现场试验数据与数值模拟结果的对比表明：本文提出的数学模型及采用的数值计算方法是可行的。     

注塑模充模过程动态分析

注塑成型是利用型腔模制造理想制品主要的成型加工方式 ,塑料熔体的流动行为将直接影响着最终塑件的质量 ,塑料熔体在三维薄壁型腔内的流动属于带有运动边界的粘性不可压缩流体的流动 ,本文针对塑料注塑成型特点 ,经过量纲分析和引入合理而必要的假设 ,得到了适合于充模分析的数学模型。控制方程的求解主要包括三个阶段 :压力场、温度场和流动前沿位置的确定。数值求解采用有限元法求解压力场、有限差分法求解温度场、并利用控制体积法跟踪熔体前沿 ,实现了充模过程的动态模拟     

基于ALE方法的3D充填流动模拟

基于任意拉格朗日-欧拉方法发展了三维充填流动的数值模拟方案.该方案采用ALE方法准确地追踪移动自由面的位置并避免了网格扭曲;基于移动最小二乘曲面拟合方法提出了移动自由面上网格节点重定位方法,将充填流动的网格更新过程简化为自由面附近的局部网格重划分过程,并通过分级多面体三角剖分实现,减小了网格划分的计算量,实现了实时网格生成.给出的数值算例结果表明了该数值模型对三维充填流动模拟的有效性.     

三维非牛顿熔体前沿界面的Level Set/Ghost/SIMPLEC模拟

建立了三维粘性不可压非牛顿流体流动的控制方程,采用Level Set/Ghost/SIMPLEC方法模拟了注塑成型充模阶段的三维流动过程;追踪到了不同时刻的熔体前沿界面,预测并分析了流动过程中不同时刻的压力、速度等重要的流动特征参数,并与牛顿流体相应的流动特征参数做了对比.研究结果表明:Lovol Set/Ghost/SIMPLEC方法可以准确追踪非牛顿熔体前沿界面:幂律熔体在流动过程中的压差明显大于牛顿熔体的压差,沿横截面的速度分布也有明显的差别.     

薄板坯连铸结晶器中钢液三维流动的数值模拟

采用高 Re数的紊流 K- ε两方程模型 ,且结合壁面函数法对薄板坯连铸结晶器中钢液的紊流流动进行了有限元数值模拟。在数值模拟中 ,考虑了凝固壳厚度分布对流场的影响。在掌握了结晶器内紊流粘性系数分布规律的基础上 ,将流动域在空间进行了分区 ,采用分区选定有效粘性系数的当量层流模型数值模拟了三维紊流流动 ,结果表明 ,当量层流模型可有效的获得与原紊流时均场基本一致的结果 ,但计算效率显著提高 ,为今后工程上计算薄板坯结晶器中的三维流动和考虑流动影响的凝固过程分析提供了实用的方法 ,计算结果也有助于人们对薄板坯连铸结晶器中钢液三维紊流流动特点和与流动有关的板坯质量等问题的理解     

基于CFD流态分析技术的座便器虹吸管道优化设计

在Fluent软件中应用RNG $k$-$\varepsilon$湍流模型及流体体积函数(VOF)对座便 器内部三维湍流流动进行了雷诺平均N-S方程的数值模拟，得到 了座便器内流场三维流动形态，研究了座便器虹吸管内流动规律，分析了虹吸管形状对流速 分布、压力分布及虹吸性能的影响，以三维湍流场的分析结果为依据，实现了座便器虹吸管 道的优化设计. 通过PIV测试数据验证了三维湍流数值模拟结果的准确性.     

聚合物注射成型流动残余应力的数值分析

建立了可压缩黏弹性聚合物熔体在薄壁型腔中充模/保压过程中非等温、非稳态流动 的数学模型,用数值方法实现了注射成型过程中流动应力和取向建立及松弛过程的模拟,研 究了熔体温度、模具温度和注射速率等工艺条件对分子冻结取向的影响,取得了与实验相符 的结果.     

分离流动数值模拟的几个问题

介绍了分离流动现象.给出了三维定常粘性流动分离识别准则,研究了分离流动的性态.给出了应用于分离流动的六种模型及有关的控制方程.讨论了求解NS方程的数值方法和数值模拟的前景.特别研究了应用于分离流动的Eulcr方程的数值模拟问题.      

充液腔体内复杂流动及其系统动力学研究

分别对旋转和非旋转充液腔体,阐述了腔内液体各种流动求解理论与实验研究的进展, 简述了主要数值模拟方法的应用状况,并从系统动力学角度,讨论了充液腔体耦合系统动力 学中的相关问题.     

时间发展平面混合流的三维演化

采用高精度差分方法和群速度控制方法，求解三维可压缩Ｎ Ｓ方程，直接数值模拟了时间发展的平面混合流．研究了平面混合流三维拟序结构的形成及发展．给出了流动失稳后涡的卷起，相邻两涡的对并，激波的形成及发展．指出，涡对并所诱导产生的激波对三维拟序结构的形成及发展过程是重要的．     

用迭代法模拟注塑成型的三维流动

Hele-Shaw模型是模拟注塑成型过程的常用模型,它的主要缺点是不能模拟一些重要的物理现象及引入实际制件中并不存在的“中面”概念,为了消除这些不足,本文开发了真三维的流动分析程序。建立了粘性、不可压缩的非牛顿流体流动的控制方程,为了避免同时求解耦合的压力场、速度场,本文引入拟稳定技术独立地求解这些方程,用迭代法求耦合方程的解。这种方法可以减少内存并提高数值方法的稳定性。算例表明数值结果与实验结果吻合较好,这种方法成功地模拟了注塑成型流动过程中的重要特征。     

高超声速三维化学非平衡流动N－S方程数值解

详细地叙述了模拟三维高超声速电离空气化学非平衡粘性流全流场（前体和底部近尾迹）的数值方法，化学反应粘性流求解是基于带有化学源项的Ｎ－Ｓ方程的守恒形式，总的连续方程由组元守恒方程组所代替．对于高温电离空气流动，存在如下７个主要组元，它们依次为Ｎ＿２，Ｏ＿２，ＮＯ，ＮＯ￣＋，Ｎ，Ｏ和ｅ￣－．研究发展了求解完全耦合的，与时间相关的偏微分方程组的数值方法．利用一类新的迎风ＴＶＤ激波捕捉有限差分格式求解守恒形式的控制方程组，对高超声速层流有攻角钝锥体绕流流场，在非催化壁条件下、对包括底部近尾迹在内的全流场各参数，如组元浓度，电子密度和温度，以及物面压力分布和热流率分布得出了计算结果．对化学反应气体和完全气体模型的计算结果进行了比较，计算的流场电子密度与飞行实验结果符合很好．     

具有稳定数值解的三维谐振子

谐振子广泛应用于物理系统的描述和物理现象的数值模拟。由于二维或三维谐振子对于系统参数、初始条件和边界条件的高度敏感性,很多物理过程的动力学模拟都会出现数值解不稳定的现象。近年来发展的无网格法、物质点法和近场动力学法等数值模拟方法均绕开了对固体材料固有构形的量化描述。本文引入了定常耗散项和弹簧耗散项,考虑随机微扰效应,提出了一种三维耗散谐振子,构建了基于蛙跳法和边界松弛技术的数值积分算法。应用三维谐振子构建了耗散型弹簧摆、简化弦和简化梁三个模型,设定了13个定解问题进行动力学模拟。数值试验结果表明,三维谐振子是稳定的。基于简化弦模型,模拟了拉弦、放弦和重弦三个有界弦振动问题;其中,拉弦和放弦问题成功模拟了有界弦的三维振形;重弦问题模拟再现了悬链线在水平向的微幅振荡现象。基于简化梁模型,模拟了三维梁的拉伸、剪切和扭转行为,验证了三维谐振子对于非线性大变形问题动力学模拟的描述能力,及其对外部作用的高速响应能力。本文方法可以为弦振动问题和材料力学非线性大变形问题的动力学模拟提供一条可行的实现途径。     

自旋充液系统章动角运动参数激励振动模型的非线性分析

本文对自旋充液系统章动角运动的参数激励振动模型，在Melnikov方法分析的基础上进行数值模拟，通过相平面轨迹和章动角变化时间序列的分析，分析了章动角运动的非线性机制。     

高超声速三维化学非平衡流动N－S方程数值解

详细地叙述了模拟三维高超声速电离空气化学非平衡粘性流全流场（前体和底部近尾迹）的数值方法，化学反应粘性流求解是基于带有化学源项的Ｎ－Ｓ方程的守恒形式，总的连续方程由组元守恒方程组所代替．对于高温电离空气流动，存在如下７个主要组元，它们依次为Ｎ＿２，Ｏ＿２，ＮＯ，ＮＯ￣＋，Ｎ，Ｏ和ｅ￣－．研究发展了求解完全耦合的，与时间相关的偏微分方程组的数值方法．利用一类新的迎风ＴＶＤ激波捕捉有限差分格式求解守恒形式的控制方程组，对高超声速层流有攻角钝锥体绕流流场，在非催化壁条件下、对包括底部近尾迹在内的全流场各参数，如组元浓度，电子密度和温度，以及物面压力分布和热流率分布得出了计算结果．对化学反应气体和完全气体模型的计算结果进行了比较，计算的流场电子密度与飞行实验结果符合很好．     

纤维悬浮液搅拌流动的数值模拟

由于缺乏适当的本构方程，对纤维悬浮液流动的研究一直局限于纤维的牛顿流体悬浮液。本文采用ＭＵＣＭ模型对作者最近提出的纤维Ｏｌｄｒｏｙｄ－Ｂ流体悬浮液的本构方程作了改进，并对锚式桨搅拌槽的二维Ｏｌｄｒｏｙｄ－Ｂ流体和牛顿流体纤维悬浮液搅拌流动作了数值模拟。模拟的结果表明，本文所用的模型和方法能有效地抑制过大局部应力的影响并合理地处理流体的记忆效应。     

横向磁场下侧壁加热方腔熔化的数值模拟研究

磁场下的固?液相变过程在电磁冶金和增材制造等工程应用中广泛存在, 其中的熔化过程和流动机理尚未完全探究清楚. 方腔熔化是研究固?液相变过程的基础模型, 具有良好的普适性, 研究磁场对其流动的影响可以为其他复杂相变过程提供参考. 本文基于焓方法开展了固?液相变的数值模拟研究, 得到了垂直主环流方向的横向磁场对侧壁加热方腔中流动、传热和熔化过程的影响. 首先, 对于无磁场时的方腔熔化问题, 通过与已有的实验结果和数值结果进行对比, 证实了文献中方腔宽度对固?液界面的形状及位置影响不能忽视的结论. 随后, 对小磁场情况下的三维工况进行了直接数值模拟, 发现此时磁场效应主要表现为对混乱三维流动产生整流作用, 使流动趋于二维化. 但由于固?液界面的存在, 主流区的速度在趋于一致的同时也会反作用于界面, 其形状随磁场增强而逐渐转变为二维结构. 最后, 本文采用准二维模型分析了更强磁场时的情形, 讨论了不同参数对传热效率及界面形状的影响, 并发现了横向磁场作用下的垂直最大速度仍满足磁对流中的无量纲参数标度律关系.