微观偏析对凝固传热传质数值模拟的影响

总结比较了多种微观偏析模型,并针对反向凝固工艺实验研究的传热传质现象进行了数值模拟。讨论分析了溶 质的重新分布对宏观凝固传输过程数值模拟的影响,并与实验数据进行了比较,认为微尺度固液相界面上的溶质再分配对 新生相生长的影响不可忽略。     

考虑固相移动的大尺寸钢锭宏观偏析数值模拟

以欧拉方法和体积元平均技术为基础,建立考虑固相移动的大尺寸钢锭宏观偏析数学模型.研究了纯自然对流和包含固相移动两种情况下宏观偏析形成的模式,分析了临界固相分数和固相密度变化对宏观偏析形成的影响.计算结果表明：无论是否考虑固相移动,A型偏析形成机理是侧壁形成的固相与底部形成的固相之间形成狭窄的补缩通道,此通道内溶质富集且流动不顺畅,最后形成了高成分区域.增大临界固相分数会导致A型偏析带和底部负偏析的加剧.固相密度的增加会引起底部负偏析和顶部正偏析的偏析程度增大,但A型偏析带的长度不随固相密度的增加而增长.将模拟结果和实验结果进行对照,验证了模型的准确性.关键词：宏观偏析固相移动A型偏析形成数值模拟     

二元合金微观偏析的相场法数值模拟

使用耦合溶质场的相场模拟研究了Ni-Cu二元合金枝晶生长过程中固相溶质扩散系数D_s 对枝晶形貌和微观偏析等的影响.计算结果表明,随着D_s的减少,固液界 面前沿溶质扩散层越薄,枝晶生长越有利,枝晶尖端生长的速度越大,侧向分支越发达;D< sub>s越小,固相中溶质成分的波动越强烈,随着D_s的增大,固相中溶质 成分的波动相应减小;溶质微观偏析程度随D_s的增大而减小.关键词：相场方法微观偏析固相扩散系数数值模拟     

合金材料激光表面重熔快速凝固过程数值模拟

根据合金固液盯变多区域性特点，用数值方法求解了适用于多区域相变的单相统一控制方程组，并据此对１Ｃｒ１８ＮｉｏＴｉ不锈钢激光表面重熔熔池的快速凝固过程进行了理论分析。     

脉冲磁场下金属熔体凝固流场的数值模拟

用ANSYS55有限元数值模拟软件对铝合金熔体凝固过程中的流场作了数值模拟,模拟结果和实验现象相符合.通过数值模拟发现,用数值模拟的方法不仅可以初步了解凝固过程中熔体的流动状态,而且可以了解凝固组织细化和产生缺陷的原因.因此,是一个值得注意的研究方向,有较大的实用价值.     

二元合金凝固过程微尺度热质传输的影响分析

针对二元合金凝固的微观偏析现象建立一维平面枝晶模型,考虑溶质在固相中有限扩散,液相完全扩散的情况。通过模拟计算,比较分析了Al-Cu和Fe-C合金微观偏析的特点,并讨论了不同凝固速度以及溶质扩散系数随温度变化与否对微观偏析的影响。分析结果表明,温度场的影响是不可忽略的,应该在研究中予以考虑。     

二元合金表面偏析的Monte Carlo方法模拟

详细介绍了二元合金表面偏析的Monte Carlo模拟方法,并应用改进的分析型嵌入原子模型结合Monte Carlo方法模拟研究了Pd-Au合金表面成分及其剖面成分分布,发现Au在表面偏析,并同已有实验结果进行了比较.     

细通道内气液段塞流的流体力学数值模拟

为研究细通道内气液段塞流的流体力学性质,对细通道内空气和水两相段塞流进行了数值模拟。以直径为1.6 mm的错流T型管为模型,使用计算流体力学(CFD)研究了气液流速、液相粘度和表面张力以及入口结构对段塞形成的影响,确定了气塞长度与两相流率、液相粘度和表面张力有关。气塞长度随分散相流率和表面张力的增大而增大,随连续相流率增大而减小;液相粘度在低液速时对段塞长度有较大的影响;确定了段塞形成的挤压和剪切关联式。     

Ti3Al合金凝固过程晶核形成及演变过程的模拟研究

采用分子动力学方法对Ti₃Al合金的形核机理进行了模拟研究,采用团簇类型指数法(CTIM),对凝固过程不同尺度的原子团簇结构进行了识别和表征,深入研究了临界晶核的形成和长大过程.结果表明,凝固过程体系包含了数万种不同类型的原子团簇结构,但其中22种团簇结构类型对结晶形核过程起关键性作用.在晶核的形成和长大过程,类二十面体(ICO)原子团簇、类BCC原子团簇和缺陷FCC及缺陷HCP原子团簇在3个特征温度点T₁ (1110 K), T₂ (1085 K)和T₃ (1010 K)时达到数量上的饱和,并根据数量和空间分布随温度的变化,得到了它们在形核和长大过程相互竞争的关系.跟踪平行孪生晶粒形成和长大的过程发现,临界晶核是由FCC原子构成的单相结构,并未观察到亚稳BCC相优先形核的过程;平行孪生结构是由FCC单相晶核在沿密排面逐层生长过程中形成的.结果还表明, CTIM相比于其他微观结构表示方法,能更为准确地揭示凝固过程微观结构的转变特征.     

楔形通道换热三维数值模拟

对涡轮叶片尾缘针肋通道的换热进行了数值模拟研究。为了研究冷却叶片尾缘处正压面与背压面楔角对换热和流动的影响,在Re=1.0×104-1.0×105进行了稳态湍流三维数值模拟;为了研究冷却叶片尾缘扰流柱上下两部分在流动方向错位的距离对通道传热和流动的影响,在针肋顺排及Re=2.0×104的情况下进行了稳态湍流三维数值模拟。得出了平行通道最宜被采用以及针肋错位通道中随着针肋错位距离的增加通道的换热和压力损失都增加的结论。     

雾化室雾气浓度分布的数值模拟研究

在实验测试中,一般都采用集雨器等常规方法来测定雾化室内的雾气分布状态。但是这种方法只能测定雾化室内某一截面处的雾气液滴沉降量,无法获得雾气的空间分布状况,并且无法了解雾化室内雾滴的运动状况对雾化室内其他设备的影响。数值模拟的方法对雾化室进行仿真计算弥补了普通实验测定手段的不足,使得对雾气的分布状态研究更直现有效。     

煤炭超临界水流化床制氢反应器内颗粒流动及传热特性的数值分析

煤炭超临界水气化是极具发展前景的高效洁净煤转化利用技术,深入研究反应器内流动和传热过程对反应器的设计及优化具有重要意义.本文基于欧拉-拉格朗日方法,耦合化学反应动力学模型,建立了煤炭超临界水流化床制氢反应器的三维瞬态CFD模型,研究了反应器内流动和传热特性、颗粒及产物组分的分布转化规律,得到了煤炭颗粒表面的对流和辐射换热系数,并从传热学的角度,揭示了颗粒粒径对煤炭转化速率的影响机理。     

液滴碰撞不同接触角线缆表面的模拟

针对常见的液滴输电线缆搭建对应的计算模型, 通过Fluent内置的VOF对不同疏水性表面进行计算, 讨论液滴与线缆的接触时间、铺展半径与接触角度之间的关系, 并分析不同接触角下液滴的压力云图和速度矢量图。模拟计算结果显示: 液滴与壁面接触的运动状态受壁面接触角的影响, 液滴铺展面积和接触时间与壁面接触角呈反比关系; 提高壁面接触角会降低铺展面积、减少接触时间, 加快液滴的回缩、回弹, 运动液滴最终滑落离开壁面; 小接触角壁面铺展面积增大、接触时间增加, 液滴最终完全铺展停留于壁面上。研究结果对探究不同疏水性下液滴在线缆壁面结冰的原理及特性具有一定的指导和参考意义。     

20 L球型罐内不同粒径铝粉扩散的数值模拟

20 L球型爆炸罐是用于测试粉尘爆炸特性参数的标准装置之一。粉尘颗粒在密闭空间内的运动规律,对于研究粉尘的最佳点火延迟时间段有重要的作用。基于计算流体力学理论,对20 L球型罐内的吹粉过程进行了数值模拟,监测了不同粒径的铝粉颗粒在20 L球型罐内的分散情况,对比了不同铝粉颗粒粒径在罐内的沉降时间。结果表明:粉尘沉降的时间段随粉尘粒径的增大而减小,颗粒大小超过一定尺寸时,铝粉将不能在密闭空间内均匀扩散。

     

颗粒分层过程三维离散元法模拟研究

采用软球干接触模型对球形及非球形颗粒的分层过程进行了三维离散元法模拟研究,从颗粒间作用力、转动力矩和能量变化的角度分析了颗粒分层机理,讨论了颗粒的粒度比对分层速度的影响规律.结果表明,分层过程中,大颗粒比小颗粒活跃,非球颗粒由于具有较高的动能而比球颗粒活跃,在一定程度上弥补了颗粒形状对分层过程的影响.大颗粒间的平均法向、切向作用力、平均力矩及平均动能均大于小颗粒.颗粒分层速度随着粒度比的增加而显著增大,当粒度比大于临界粒度比3时,分层速度的增幅减缓.     

旋流扩散燃烧中旋流数对热NO生成的影响

本文对旋流扩散燃烧进行了数值模拟,研究旋流数对热ＮＯ生成的影响,其中对湍流采用Ｒｅｙｎｏｌｄｓ应力方程模型,对燃烧采用ＥＢＵ－Ａｒｒｈｅｎｉｕｓ模型,对热ＮＯ生成采用设定ＰＤＦ的模型。预报了不同旋流数下轴向和切向的平均和脉动速度、温度和ＮＯ浓度,指出随着旋流数的增大,计算得到的出口平均ＮＯ浓度首先升高然后下降。这一趋势和本文作者最近的实验结果的趋势一致．随着旋流数的增大,湍流脉动首先下阵然后升高,而进口附近的温度上升,二者综合效果造成上述趋势、因此在实际燃烧器中,完全靠改变族流数来控制ＮＯ生成是不现实的。应该采取其他方法来降低ＮＯ的生成。     

不同振动模式下颗粒分离行为的数值模拟

利用三维离散元法对垂直方向上的直线、圆和椭圆振动模式颗粒分离过程进行了数值模拟研究,对直线振动时上层大颗粒的波动及圆和椭圆振动时出现的聚集、循环等现象的形成机理进行了分析,并讨论了振动强度对各振动模式下颗粒分离形态的影响规律. 研究表明,综合运用空隙填充、侧面驱动的颗粒运动和能量非均匀分布三种机理,并结合颗粒群的速度矢量分布情况能够较好地解释各振动模式下的颗粒分离行为. 振动强度对圆和椭圆振动模式的分离形态具有显著的影响,并在振动强度约为3时,各种振动模式均具有良好的颗粒分离效果和稳定的颗粒运动状态.关键词：振动模式颗粒分离离散元法数值模拟