含颗粒污染物的油液均质流的数值分析

含颗粒污染物的油液是浓度很稀、粒径极小的伪均质流,为了掌握颗粒污染物在输送过程中的浓度分布,利用一维扩散方程构建了污染油液的数学模型;通过特征线法数值求解,获得了污染油液中各相的动态特征。结果表明,油液压力和速度沿管长呈脉动规律运动,且随着时间的延长逐渐衰减;颗粒污染物对油液速度具有极好的跟随特性;颗粒污染物的浓度分布也随着油液流速的变化而呈现规律性的变化;在不同运行时间内油液压力沿管长的衰减趋势不同,油液速度沿管长的变化趋势与压力的趋势相反;颗粒污染物速度和浓度分布沿管长与油液速度具有紧密的联系。     

含悬浮颗粒油液中粘度的影响分析

油液中所含颗粒物不利于设备的安全运行。根据油液中颗粒物尺寸较小、较稀的特性,利用悬浮流的理论建立了含悬浮颗粒油液的混合物模型,通过特征线法数值求解,并与SRC实验数据比较,验证了所建模型的有效性;利用该模型对不同油液粘度的悬浮流中各相的动态特征进行了分析。结果表明:油液的速度、压力的跃变幅值随着粘度的增大呈现较微弱的增大,悬浮颗粒的速度和浓度则随着粘度的增大而增大;悬浮流中各相发生跃变的时刻在管路的不同区段而不同,在管路的始端、中段、末端分别为T/4(T为脉动周期)的奇数倍、T/8的奇数倍、T/4的偶数倍时刻;悬浮颗粒对油液具有较好的跟随性,颗粒的速度和浓度分布分别受到油液速度和压力的影响。     

系统压力对含悬浮颗粒油液的影响研究

油液在运行过程中不可避免地会产生颗粒物,影响油液的正常使用,甚至出现设备故障,因而分析含悬浮颗粒油液的动态特征,掌握在不同压力变化条件下油液及颗粒物的变化规律具有重要意义。利用两相流体理论建立了含悬浮颗粒油液的悬浮流动力学模型,通过特征线法进行了数值求解,将数值结果与实验数据比较,具有较好的一致性;根据所建模型,分析了不同系统压力条件下悬浮流中各相的脉动规律。结果表明,流场中各相参数的脉动幅值随着系统压力的增加而增大;管路始端和终端各相参数的脉动时刻分别位于1/4脉动周期(T)的奇数倍和偶数倍处,管路中段各相参数的脉动时刻则位于T/8的奇数倍处;悬浮颗粒速度会受到油液速度拖曳力作用,其变化趋势与油液速度基本一致,颗粒浓度分布与油液压力的变化趋势完全相反。     

磁流体在铁谱技术中的应用研究

通过对某矿井提升机滑动轴承工况的实际监测 ,考察了磁流体对铁谱仪中非铁磁性颗粒沉积的影响 .结果表明 :磁流体可以使非铁磁性颗粒有效地沉积在铁谱仪的谱片上 ,使谱片携带更加全面的信息 ;磁流体对非铁磁性颗粒的“磁化”作用具有选择性 .磁流体可以用于监测非铁磁性颗粒     

颗粒物在人体上呼吸道模型中沉降规律的数值研究

本文采用RNG k-ε湍流模型对简化的上呼吸道内的流场进行数值仿真,并结合随机涡相互作用模型对上呼吸道内颗粒的局部运动沉积特性进行了数值模拟研究.结果表明,惯性冲击是微米级颗粒物主要的沉降机理,惯性参量能很好地衡量颗粒的沉降规律.口腔中流动较平稳,颗粒受扰动较小.颗粒由于惯性冲击而运动靠近咽部后部并易于沉积在咽部后壁面...     

湍流边界层中固体颗粒运动的数值模拟

根据Ｌａｇｒａｎｇｅ颗粒运动微分方程及不可压缩湍流边界层中流体的壁面速度分布规律，数值求解了颗粒在湍流边界层中的运动，考虑了Ｓａｆｆｍａｎ升为对颗粒运动的影响，壁面对运动阻力的影响，给出了固体颗粒沉积边壁，在边界层外缘上所需的最小速度和最小入射角，计算结果还表明边界层对固体颗粒撞击边壁的速度和入射角有较大影响，从数值结果可可以发现一个重要现象。     

饱和砂土中泥浆渗透的变形-渗流-扩散耦合计算模型

传统的泥浆渗透计算中没有考虑土体变形和浆液流速的影响.根据泥浆颗粒的质量守恒定律推导了耦合流速的浓度扩散方程,并通过在浓度方程中引入沉积系数进一步计算得到沉积颗粒的质量;同时,以沉积量作为耦合项对毕奥固结方程中的水量连续方程进行了修正,在此基础上建立了变形-渗流-扩散耦合的控制方程及其变分原理. 采用有限单元法求解基本方程,运用了时间增量法与直接迭代法,并利用一维试验验证计算方法的可靠性,并与赫齐格的经典模型的计算结果进行了比较,结果表明,本文建立的模型的计算结果可以较好地预测各组试验中颗粒的沉积规律,且吻合程度优于仅考虑颗粒对流和扩散的传统计算方法. 最后,将泥浆在槽壁中的渗透简化为二维问题并进行了计算,计算结果与工程认识相符合,泥浆的沉积填充效应随深度的增加而增大,施工时需要严格控制浅层作业段的机械垂直度;成槽机的下斗抓挖时机可以根据地层填充的致密程度进行计算,对现场施工具有一定的指导意义.      

基于半解析VOF-DEM的激光直接沉积多尺度过程模拟

与传统铸造技术相比, 基于金属粉末的增材制造技术因其生产周期短、可操作性强而在航空航天、生物医学等领域具有很好的优越性. 尤其是激光直接沉积技术, 因其自由度高, 在复杂构件制造、部件修复中有着广泛的运用. 但是该激光直接沉积过程涉及多物理场、跨尺度、极端高温高压环境和相变问题, 仅靠实验不能很好地研究其中的机理. 已有数值模拟技术一般通过预设或者射入拉格朗日点作为颗粒输入, 不能做到同时考虑环境气体、颗粒碰撞和相变过程. 本文在近期发展的基于核函数近似背景流场的半解析CFD-DEM耦合方法中引入了流体体积分数法(VOF), 发展了可以同时模拟含热、刚体颗粒、相变和自由液面及相变界面的半解析VOF-DEM (或半解析CFD-DEM-VOF)方法, 从而首次实现了真实物理环境下激光直接沉积技术的数值模拟. 其中, VOF中的气相为环境气体, 液相为熔融和凝固的金属相, 界面通过iso-Advector重构, DEM为未熔化的金属粉末, 且流体网格可解析离散元颗粒形状. 这一模拟框架可以有效复现颗粒之间的碰撞、粘结、熔化、融合, 以及熔池熔道的形成, 为激光直接沉积技术的数值模拟提供了开拓性的范式, 并可以被应用到其他带相变的颗粒系统中.      

纳米颗粒及其在润滑油脂中的应用

纳米材料科学与技术的发展有力地推动了新型先进润滑材料与技术的发展，与之相适应，无机纳米颗粒作为润滑油脂抗磨损添加剂的研究受到了广泛关注．业已发现，某些纳米硫化物、纳米氧化物、纳米稀土化合物及纳米软金属均具有良好抗磨损作用，这同纳米颗粒在磨损表面的沉积及其在一定程度上对磨损表面的“修复”作用密切相关；利用有机-无机复合技术在纳米颗粒表面引入有机修饰分子，可有效地抑制纳米颗粒的团聚，从而提高纳米颗粒在润滑油中的分散稳定性；而纳米润滑添加剂实现工业化应用的关键在于规模化制备技术开发成功及生产成本的大幅度降低．     

支气管堵塞对COPD肺部流场和颗粒场特征的影响

本文首先建立了三维正常肺部和3种不同阻塞部位以及3种不同堵塞程度的慢性阻塞性肺疾病(Chronic Obstructive Pulmonary Disease, COPD)肺部模型,利用LES-DPM(Large Eddy Simulation-Discrete Phase Model)方法对正常肺部和COPD肺部的流场和颗粒场特征进行了仿真研究,进一步探讨了阻塞气道对肺部的影响．仿真结果表明：支气管堵塞明显影响COPD肺部气流的流场特征,易造成COPD患者呼吸困难．堵塞气道导致了吸入颗粒在肺部分布的不均,且颗粒沉积多发生在右侧无阻塞支气管以及各级支气管的分叉区域．随着阻塞程度和颗粒粒径的增加,颗粒在肺部的总沉积率明显增大,表明COPD患者更易受有害颗粒物对肺部的伤害．研究结果有助于为诊断和治疗COPD提供更多的理论依据和参考价值．     

电感式磨粒传感器中铁磁质磨粒的磁特性研究

在电感式磨粒传感器中,铁磁质磨粒主要通过磁化作用改变传感器线圈的磁场分布,进而改变线圈的等效电感.建立了线圈中含有铁磁质磨粒时的磁场模型,得出了磨粒磁化场关于退磁因子的磁感应强度表达式.以球磨粒为例,通过计算球磨粒磁化场,得到球磨粒引起线圈电感变化率的解析式,并用有限元法计算了线圈的磁场,分析后发现:理论计算解与数值分析解相符,所建模型可以反映客观实际;磨粒的磁化强度由其磁导率和退磁因子共同决定,球磨粒的磁化强度可近似认为与磁导率无关;球磨粒引起的传感器线圈电感变化率随线圈单位长度上匝数的增加而减小,并趋向于一极限值;传感器线圈的电感变化率与球磨粒半径的三次方成正比,球磨粒半径在100μm以内,电感变化率在10-7数量级.本研究结论可为电感式磨粒传感器的设计提供理论指导.     

电感式磨粒监测传感器的磁场均匀性研究

在介绍电感式磨粒监测传感器结构原理的基础上 ,提出可采用检测线圈内部磁场均匀性的方法来弥补颗粒运动轨迹和流型变化带来的检测误差 ,以提高检测灵敏度 .通过分析不同几何尺寸的线圈中轴线上磁场的变化情况 ,并借助直螺线管的径向和轴向公式 ,对轴外磁场均匀性进行了探讨 .数学模型和优化结果表明 :在检测传感器线圈中部范围内为非匀强磁场 ,且呈非线性变化 ,细长管磁场相对均匀 ;当选取 R/ L <0 .2 ,磁场在线圈轴向长度范围内 ,径向在90 %范围内可近似看作均匀磁场 .所得结果可以确定传感器检测区域的磁场均匀性范围 ,为设计电感式磨粒监测传感器提供依据 .     

三种典型磨粒磨损磨屑形成过程的研究

作者利用扫描电子显微镜、光学显微镜和计算机图象分析系统,对3种典型磨粒磨损磨屑的形成特点和典型试验条件下材料的磨粒磨损过程进行了研究。结果表明,在磨粒磨损条件下,典型的磨屑形态主要是切屑和块状屑,同时还有极少量的球状屑和花状屑。作者指出,切屑和块状屑分别是磨粒与被磨材料表面一次和多次相互作用的产物。在三体磨粒磨损条件下,切削是造成编号为2M和3M等硬质材料磨损的主要原因,也是4M和几种奥氏体锰钢在高载荷下磨损的重要形式;块状屑的形成是塑性较好的材料在各种磨损条件下磨损的主要形式。球状屑的形成是磨粒与被磨材料表面的接触点产生高温致使材料熔化的结果。球状屑一般是中空且表面有很多孔洞的球壳,其形成与气体有关。     

外加磁场对W-20Cu/45钢摩擦副干摩擦特性影响的实验研究

以W-20Cu销/45钢环摩擦副为研究对象,采用改进后的MPV-1500型摩擦磨损试验机,研究了直流磁场对W-20Cu干滑动摩擦磨损特性的影响.利用扫描电镜观察W-20Cu销磨损后的表面形貌、纵切面组织及磨屑形貌,采用三维形貌仪表征了磨损表面粗糙度.结果表明:随着磁场的施加和增大,W-20Cu销和45钢环的磨损率及摩擦系数均有减小趋势.磁场不仅降低了W-20Cu销摩擦面亚表层的变形程度,而且能吸附磨屑并使之细化.无外加磁场时,磨损机制主要为磨粒磨损;施加磁场后,W-20Cu销摩擦面趋于平滑,磨损机制变为磨粒磨损和氧化磨损的混合磨损.     

无润滑条件下聚醚醚酮的磨损机制及其磨屑形态的研究

为了将分形几何引入摩擦学研究，在考察无润滑条件下聚醚醚酮磨损机制的同时，研究了这种材料的磨屑形态．结果表明，对应于不同的磨损率，磨屑呈现出不同的几何形态，磨屑的分形维数与载荷的关系同材料磨损状况的改变相对应．以此为基础，有可能根据磨屑的分形特征发展一种实时原位监测高分子材料摩擦部件磨损状态的新技术     

人工关节材料磨屑分离与表征的研究进展

人工关节长期磨损或离解产生的磨屑将引起一系列生物学反应,使关节假体产生无菌性松动进而影响人工关节置换术的长期疗效。研究人工关节假体运动过程中产生的磨屑形态、数量及其产生机理,对提高人工关节的耐磨性和使用寿命具有重要意义。本文中重点阐述人工关节材料磨屑分离与表征的研究进展,并对其发展趋势进行展望。     

硬度对碳钢微动磨损行为和磨屑组分的影响

人们已经研究过诸多因素对金属和合金微动磨损行为的影响，但对试样硬度与磨屑组分、微动磨损表面形貌及压实氧化物层的形成之间的关系却还很少有人研究。因此，利用ＳＤＶ微动磨损试验机在室温下于大气中就硬度对４５＾＃钢微动磨损行为和磨屑组分的影响进行了考察。     

直流磁场下销盘摩擦接触区的电磁感应现象

为了研究直流磁场对45钢销盘摩擦副的摩擦磨损特性的影响,根据磁场销盘摩擦试验机的结构和销盘摩擦副在摩擦过程中的实际接触情况,建立了二维微凸峰接触静态磁场和瞬态磁场有限元模型,分析了销盘摩擦接触区的电磁感应现象,得出以下结论:磁感应强度B在摩擦接触区分布不均,在微凸峰接触点区域的磁感应强度B值较大;摩擦试验中,在销盘磨痕和磨屑的微凸峰接触区将产生较高频率的动态磁化,同时在微凸峰上产生较大的感应电流,这些现象促进了销盘磨痕表面和磨屑的氧化.     

沟槽对界面振动及摩擦磨损特性的影响

选用球-面/面-面两种不同的接触模式,分别探究了摩擦界面沟槽的存在对界面振动及摩擦磨损特性的影响.结果表明:沟槽具有捕获磨屑的能力,能够有效地减轻磨屑对界面磨损的影响,但接触模式的不同,沟槽棱边上的振动及摩擦磨损特性差异显著.在球-面接触模式下,沟槽的存在打断了界面的连续接触,导致界面摩擦信号产生突变,此外,球试样滑过沟槽时与沟槽棱边产生的撞击加剧了棱边的磨损,进而影响了沟槽收集磨屑的效率.在面-面接触中,沟槽的存在实时改变了界面的接触状态,从而导致了界面上接触压力的分布发生了转移,从而改变了界面力信号,此外,块试样与沟槽棱边并没有出现明显的撞击作用,因此沟槽的棱边保存得较为完好.