气管支气管树内气流和颗粒运动的大涡模拟

为更精确地描述真实人体呼吸道内的空气流动,明晰颗粒的运动沉积规律,本文从直接医学CT扫描得到的原始数据出发,利用图像辨识技术,重构了一个男性真人气管支气管树前三级的三维几何模型.采用大涡模拟的方法计算了非规则几何曲面结构内的气体流动现象,并在拉格朗日框架下跟踪颗粒的运动规律.数值计算得到了气流场的三维分布,以及颗粒的运动轨迹情况,结果表明现有基于Weibel的对称模型与真实人体的几何结构有较大的差异,而几何结构对流动影响较大;受非对称复杂结构影响,在不同截面的二次气流速度的分布规律不同;分叉后颗粒进入左右支气管的数量有明显的不同.     

反应溅射沉积技术制备燃料电池催化层的模拟

反应溅射沉积技术(RSDT)可以生成纳米大小的颗粒并有效溅射形成性能稳定的催化层,是一项崭新的催化层制备技术。为从理论上研究RSDT过程的复杂物理化学过程,本文提出了RSDT过程的三维综合数学模型,模型描述了流体流动、热/质传递,并与燃料气的化学反应和液滴的燃烧相耦合。RNGκ-ε模型用于描述湍动燃烧气流,液滴的跟踪和分析在拉格朗日框架下进行,并利用Monte Carlo方法生成了催化层的表面结构。计算结果可以为该技术的优化提供一定的参考。     

皮秒光脉冲在光纤中的传播特性测量

文章讨论了皮秒激光脉冲在单模光纤传输中光纤介质的色散及非线性折射率等效应对皮秒光信号的影响，利用时间相关单光子计数系统，观测了皮秒激光脉冲在单模光纤中的展宽及皮秒自聚焦现象，并对光纤中皮秒光脉冲的畸变进行了检测与研究。     

气固两相圆柱绕流的直接数值模拟

本文运用谱元方法对气固两相圆柱绕流进行了直接数值模拟。在获得高精度计算流场信息基础上,进行颗粒扩散运动的研究。通过研究颗粒大小对颗粒扩散运动的影响来刻画气固两相圆柱绕流的物理特征。研究时发现,由于圆柱尾流独特的涡结构特征,颗粒在流场中心轴线附近区域的扩散机理主要是决定于吸力作用,该作用会驱使小颗粒卷吸进入圆柱尾部近壁区,甚至与圆柱后壁发生碰撞,这种扩散机理与混合层中颗粒扩散机理明显不同。     

打喷嚏状态下成年男性上呼吸道气固流动分布特性研究

为研究环境对人类呼吸系统的影响,特别是微颗粒对人呼吸系统的影响,本文研究了成年男性在打喷嚏状态下环境颗粒和气流在呼吸道内的运动特性,采用计算流体力学方法对基于数值化重建的全真人体模型进行了气固两相流动的研究.结果表明,真实人体上呼吸道结构复杂,流场复杂,气管与鼻腔衔接部位的非对称性导致了气流和颗粒分布不均,左右鼻腔出口...     

人体呼吸时微细颗粒在呼吸道中运动特性的研究

为了深入了解最直接危害人体健康的微细可吸入颗粒物在人体上呼吸道中的运动情况,建立了一个包括口腔、咽、喉、气管和支气管的完整的人体上呼吸道三维几何模型,并且基于该模型对人体在稳态呼吸状况下,呼气、吸气时微细颗粒在人体上呼吸道中的运动进行了数值模拟。气流场采用RNGκ-ε湍流模型进行计算,在拉格朗日框架下追踪颗粒运动轨迹。模拟结果与文献实验数据进行了比较,吻合一致.研究结果揭示了微细颗粒在人体上呼吸道中的运动规律,可为进一步研究微细可吸入颗粒物的致病机理提供理论依据.     

气固两相平面混合层的直接数值模拟

本文采用直接数值模拟(DNS)方法研究了气固两相混合层的涡量场和颗粒扩散,分析了湍流混合层中涡结构的卷起和配对过程,并讨论了大尺度涡结构的配对过程对平均速度、雷诺应力的影响。同时分析了混合层中不同Stokes数的颗粒在涡结构的作用下的混合和扩散。结果显示Stokes数为1的颗粒主要分布在流场大尺度涡结构的外边界,而Stokes数为0.01在涡结构的作用下,在流场中充分混合。     

次声频脉动流横掠圆柱体传热实验研究

为研究次声频脉动流中圆柱体对流换热的特性,搭建了脉动流强化传热实验台架,研究了不同脉动频率(f=6~20 Hz)的脉动流横掠圆柱体的对流换热问题,脉动波的有效压力振幅Prms固定为22 Pa。结果表明:低频小振幅的脉动流横掠热圆柱体时,对流换热相对努塞尔数随着频率的降低线性增大,最大值可达4.0以上;辐射热流率占总热流率的比例随着频率的降低而呈指数下降。     

质子交换膜燃料电池内传递现象的数值模拟

本文发展了一个质子交换膜燃料电池的三维数学模型,用于研究整个电池内的传递现象,模型全面考虑了流体 流动、热量传递、电化学动力学和多组分传递等物理化学过程。数值求解数学模型获得了电池内详细的温度、反应物浓度 和电流等的空间分布情况。为验证模型的正确性,将估算的电池性能与文献中的实验数据进行了比较。     

气载放射性微粒在真实人体上呼吸道模型内沉积特性的研究

基于人体医学CT扫描,重建得到"鼻腔-咽喉主气管-六级支气管"三维几何模型;采用大涡模拟和离散相模型的描述颗粒运动,并在拉格朗日框架下跟踪颗粒。考察了四种气载放射性微粒在典型呼吸强度下的运动和沉积。结果表明:在各工况下,气载放射性颗粒在呼吸道内运动受流道变化、缩放效应、呼吸强度和阻流面等影响较大,均呈现出明显的积聚性和沉积的高度不均匀性,易形成局部沉积热点。在4个弯曲面、2个缩放管结构区域以及支管分叉面出现大量颗粒沉积。气载放射性颗粒的沉积热点区域将导致人体组织细胞的应激反应,造成组织和器官的辐射损伤。颗粒的沉积率随粒径和呼吸强度的增加而增加,但粒径小于0.5μm后,沉积率呈相反趋势。大颗粒在呼吸道内受流道变化、呼吸强度和阻流效应等影响较大,小颗粒受布朗运动和斯坦夫升力影响更显著。