一种新型螺旋内槽管的气液固三相流数值模拟研究

针对一种新型螺旋内槽管,采用先进的计算流体力学(CFD)数值模拟方法,对管内的气(天然气)-液(水)-固(水合物)三相流流动特性进行了模拟研究。模型采用欧拉-欧拉-欧拉三流体模型结合颗粒动力学的理论,考察了不同的表观速度(0.3 m/s,0.5 m/s,0.7 m/s),水合物粒径(500μm,750μm,1000μm),气泡大小(10μm,100μm,1000μm),螺距(400mm,800mm),螺纹头数(12,20)及螺纹旋向对于管内三相流动特性的影响。通过数值计算,由于气液固三相间的密度差,在螺旋内槽的作用下,水合物和天然气在管中心位置聚集,同时管壁处的含量减小。流体表观流速和气泡越大,壁面处的水合物和天然气的体积分数越小;由于天然气的密度小于水合物和水的密度,天然气更多集中在管中心,越靠近管壁含量越少;颗粒的粒径越大,壁面处的水合物含量越少,而对于天然气的分布则影响不大;螺距越小,螺纹头数越多,螺旋流强度越大,气液固三相分离效果越好,壁面处的水合物和天然气的含量越小;同时,螺纹旋向的改变对于三相的分离效果影响较小。     

初始压力对多孔介质中气体水合物生成的影响

利用自制的一维天然气水合物生成与开采模拟实验系统,实验研究多孔介质中天然气水合物生成时不同初始压力对生成量、生成时间的影响.分别用相同气水比注入、相同注气量不同注水量、相同注水量不同注气量三种方式来控制初始压力.结果表明:在砂粒粒径300μm～500μm,盐水质量浓度2%,系统温度为2℃、初始压力为5MPa～9MPa的条件下进行水合物的等容生成实验时,初始压力越大,生成的水合物量越多,水合物开始生成的时间越早;但初始压力越大,实验系统中水合物生成最终稳定所需的时间越长.本实验系统采用的三种不同的控制初始压力的方式都可以得到上述结果.由此,可以为今后室内进行天然气水合物的生成实验提供科学指导.     

复杂凸多面体随机紧密堆积组构性能的数值研究:形状参数的影响

颗粒材料的宏观物理力学性能依赖于颗粒堆积体系的细观组构性能,研究颗粒堆积体系的组构性能有重要意义。然而,当前对颗粒堆积体系组构性能的研究集中于球、椭球和正则多面体等规则几何体,还未有对复杂凸多面体颗粒堆积体系组构性能的系统研究。本文基于旋转椭球面黄金螺旋网格构造了一组复杂凸多面体颗粒模型(Poly_κ-ngs),然后基于松弛算法获得了Poly_κ-ngs多面体的随机紧密堆积结构,最后研究了几何形状参数对Poly_κ-ngs多面体随机紧密堆积体系组构性能的影响。结果表明,长径比κ和顶点数量n_gs均对堆积体系的组构性能有影响,κ是主要影响因素。Poly_κ-ngs多面体随机紧密堆积结构中颗粒的位置分布均匀,长径比κ越接近1,顶点数量n_gs越大时,堆积结构表现出更强的位置长程有序性;颗粒方向分布不均匀,长径比κ越远离1,不均匀程度越高;最高堆积分数随长径比κ的增大先增大后减小,在κ=1时达到峰值;配位数分布服从高斯分布,平均配位数随形状参数的变化和堆积分数不同;面-面接触数量随长径比κ的增大先增大后减小,和堆积分数变化规律一致。本研究为复杂凸多面体颗粒的随机紧密堆积提供了数值模拟方案,得出的结论对含有凸多面体颗粒材料的设计和性能优化具有参考意义。     

圆管内粗糙壁面处微细颗粒沉积规律研究

针对固体颗粒在圆管中的沉积问题,本文采用DEM(Discrete-Element Method)描述颗粒与壁面的碰撞特征,采用湍流雷诺应力模型结合拉格朗日随机轨道模型对0.01μm~50μm的微细颗粒在壁面的沉积特性进行了研究。考查了颗粒粒径、重力、壁面位置、雷诺数Re、有效表面能、弹性模量对沉积速率的影响。结果表明:下壁面的沉积速率最大,上壁面的最小;颗粒在下壁面的沉积速率随量纲为一的弛豫时间呈V型曲线变化;当空气平均流速为0.5m/s时,颗粒小于1μm时即可忽略重力的影响,并且随着空气流速的增大,需要考虑颗粒重力的临界直径会逐渐增大;颗粒的粘附/反弹特征对沉积有很大影响,有效表面能越大,沉积速率越大;有效弹性模量越大,沉积速率越小;当颗粒小于10μm时,沉积速率随雷诺数Re的增大而增大;当颗粒大于等于10μm时,沉积速率随雷诺数Re的增大而减小。     

海底天然气水合物绞吸式开采绞刀切削力特性

根据绞刀头结构和工作原理以及天然气水合物沉积物的物理特性,建立切削天然气水合物沉积物的有限元模型,运用ANSYS/LS-DYNA仿真软件和Drucker-Prager材料模型模拟绞刀切削海底天然气水合物沉积物的过程,分析绞刀切削过程沿水平、竖直和转轴方向的受力特点,仿真分析绞刀横移速率、转速、下放角和切削区间角对切削力的影响规律。结果表明,增大横移速率会导致绞刀三个方向受力明显增大;转速提高会降低绞刀三个方向的切削力,随着转速增加,绞刀切削力的减小趋于平缓;绞刀下放角的增大会使绞刀轴向受力急剧增加,影响采矿车工作平稳性;随着切削区间角的增大,绞刀X轴方向力先增大后减小,工作时采用较大的切削区间角,可提高切削效率和采矿车工作稳定性。     

近源堆沉积土石体细观结构与抗剪强度指标关联分析

细观结构是认知土石体力学行为本质的关键科学问题。本文通过引入物理学和数学等方法,借助颗粒物质力学理论,从几何排列与接触力的空间分布来定量刻画水平固结与山前坡地堆积两种典型环境下土石体的细观结构特征,并建立其与抗剪强度指标的关联。研究表明,（1）两种环境的土石体在细观结构上存在较大差异。在几何排列上,水平固结环境下的土石体具有长程无序和短程有序的特点,坡地堆沉积环境下的土石体表现出了无序的无定形结构;在接触力与单位接触向量的空间分布上,两者较为相似,绝大多数接触力以小于均值接触力的形式存在,其概率密度曲线P（f）呈幂函数衰减;90%以上接触方位角集中在40°~160°和220°~340°范围内。（2）基于径向分布函数、接触力概率密度和单位接触向量分别定义细观结构的特征量K_a,K_s和K_o,发现三个特征量的增大对内摩擦角呈线性促进作用,对黏聚力呈非线性削弱作用。     

Havelock型格林函数振荡项数值积分的稳定性研究

Havelock型格林函数的传播项被积函数是高频振荡且奇异的复变函数,文献[4]引入变量代换获得了一种兼具积分效率和精度的积分方法, 本文研究了该方法的积分稳定性,发现该方法仍存在如下的积分困难: (1) θ=γ时复函数中分母为零引起的计算溢出;(2) θ=π/2是复函数在y及z方向偏导数的无穷间断点;(3) 场点与源点横坐标相同时伪奇异点变为真奇点。针对这些积分困难,采用极限公式计算θ=γ处复函数的值避免计算溢出;在保证积分精度的前提下采用截断方法略去θ=π/2邻近区域的积分消除无穷间断处的奇异;针对(3)采用分区法处理以避开原被积函数的高频振荡,并消除奇异性。伪奇异性存在的条件是场点必须在点源传播波的传播范围内,伪奇异点最多为2个。     

用格子Boltzmann方法模拟液滴撞击固壁动力学行为

首次用格子Boltzmann方法中的伪势模型对液滴撞击固壁的动力学行为进行了数值模拟.详细研究了液滴在壁面上的流动状态以及各种因素对撞击过程的影响.通过数值模拟得到:壁面的可润湿性越小,液滴越容易发生反弹,液滴的回缩速度越快;液滴的撞击速度越大,所得到的相对直径越大,回缩速度越快;液滴的粘性越小,所得到的相对直径越大;液滴的表面张力越大,液滴越容易发生反弹现象.另外,液滴的最大相对直径与We数满足一定的线性关系,这些结果与前人的理论预测和实验结果完全吻合.     

双柱状颗粒在线性剪切流场中的动力学分析

为研究柱状颗粒在线性剪切流场中的运动状态和受力情况,本文以颗粒长径比为2,颗粒之间的初始距离ΔS_Py=4D为例,基于直接力浸入边界法数值模拟了双柱状颗粒在三维线性剪切流场中的运动过程。根据模拟结果分析了柱状颗粒周围流场参数分布,在考虑壁面对颗粒的影响和颗粒之间相互影响的条件下,研究了颗粒的受力和运动的变化,探索了流体曳力导致柱状颗粒迁移和转动的规律。研究结果表明,双柱状颗粒在线性剪切流场中易向速度大的流体区域运动;前后两颗粒运动状态和轨迹不同,颗粒之间距离较近时,曳力会产生较大的波动;只有当颗粒在壁面附近时,滞后颗粒才能追上领先颗粒,两颗粒发生牵引、翻滚和分离过程。     

不同水合物饱和度下注热水开采实验研究

为研究不同水合物藏饱和度对注热开采动态的影响,采用自制的一维天然气水合物(NGH)开采模拟实验装置,模拟地层多孔介质的条件,首先在填砂模型中生成不同饱和度的NGH,然后进行注热盐水分解实验。结果表明:不同饱和度的NGH注热分解产气都可划分为三个阶段,不同的是NGH饱和度越高,水合物分解阶段的产气速率越大,且该阶段持续的时间越长;NGH饱和度越高,注热分解阶段电阻率增大的幅度越大,系统各测点温度升高的幅度越小。注热分解过程中产水速率围绕注水速率而上下波动,且NGH饱和度越高,产水速率波动幅度越大;在实验研究范围内,随初始水合物饱和度的升高,注热开采的能量效率逐渐升高。因此,从能量效率来说,高饱和度的水合物藏更适宜于注热开采。     

The 7th International Conference on Fluid Mechanics May 24-27,2015,Qingdao,China

正http://www.icfm7.org First Announcement and Call for PapersThe objective of International Conference on Fluid Mechanics(ICFM)is to provide a forum for researchers to exchange new ideas and recent advances in the fields of theoretical,experimental,computational Fluid Mechanics as well as interdisciplinary subjects.It was successfully convened by the Chinese Society of Theoretical and Applied Mechanics(CSTAM)in Beijing(1987,     

INFORMATION FOR CONTRIBUTORS

Contributions： The Journal, Acta Mechanica Solida Sinica, is pleased to receive papers from engineers and scientists working in various aspects of solid mechanics. All contributions are subject to critical review prior to acceptance and publication.     

Preface

This special issue of PARTICUOLOGY is devoted to the first UK-China Particle Technology Forum taking place in Leeds, UK, on 1-3 April 2007. The forum was initiated by a number of UK and Chinese leading academics and organised by the University of Leeds in collaboration with Chinese Society of Particuology, Particle Technology Subject Group （PTSG） of the Institution of Chemical Engineers （IChemE）, Particle Characterisation Interest Group （PCIG） of the Royal Society of Chemistry （RSC） and International Fine Particle Research Institute （IFPRI）. The forum was supported financially by the Engineering and Physics Sciences Research Council （EPSRC） of United Kingdom,     

基于鲁棒滤波的捷联导引头视线角速度估计方法

针对捷联导引头无法直接获取视线角速度等信息的问题,研究了鲁棒滤波在大气层外飞行器捷联导引头视线角速度估计中的应用。为了建立非线性滤波估计模型,考虑目标视线角速度的慢变特性,采用一阶马尔科夫模型建立了状态方程;推导了视线角速度的解耦模型,并建立了量测方程;考虑到实际应用中存在系统噪声统计特性失准的问题,基于Huber-Based鲁棒滤波方法,设计了视线角速度滤波器,并完成了基于Huber-Based滤波方法和扩展卡尔曼滤波方法的数学仿真。仿真结果表明Huber-Based滤波方法的视线角、视线角速度及视线角加速度估计精度分别达到0.1140'、0.1423'/s、0.0203'/s2,而扩展卡尔曼滤波方法的视线角、视线角速度及视线角加速度估计精度仅分别为0.6577'、0.6415'/s、0.0979'/s~2。仿真结果证明了该方法可以有效地估计出相对视线角速度等信息,并且在非高斯噪声的条件下,依然可获得较高的估计精度,具有一定的鲁棒性。     

Guide for authors

正Each of the sections below provides essential information for authors.We recommend that you take the time to read them before submitting a contribution to Acta Mechanica Sinica.We hope our guide to authors may help you navigate to the appropriate section.How to prepare a submission This document provides an outline of the editorial process involved in publishing a scientific paper in Acta Mechanica     

Use specification of multiscale materials for life spanned over macro-, micro-, nano-, and pico-scale

Multiscale material intends to enhance the strength and life of mechanical systems by matching the transmitted spatiotemporal energy distribution to the constituents at the different scale, say—macro, micro, nano, and pico,—, depending on the needs. Lower scale entities are, particularly, critical to small size systems. Large structures are less sensitive to microscopic effects. Scale shifting laws will be developed for relating test data from nano-, micro-, and macro-specimens. The benefit of reinforcement at the lower scale constituents needs to be justified at the macroscopic scale. Filling the void and space in regions of high energy density is considered.Material inhomogeneity interacts with specimen size. Their combined effect is non-equilibrium. Energy exchange between the environment and specimen becomes increasingly more significant as the specimen size is reduced. Perturbation of the operational conditions can further aggravate the situation. Scale transitional functions and/or f_j/j+1 are introduced to quantify these characteristics. They are represented, respectively, by , and (f_mi/ma,f_na/mi,f_pi/na). The abbreviations pi, na, mi, and ma refer to pico, nano, micro and macro.Local damage is assumed to initiate at a small scale, grows to a larger scale, and terminate at an even larger scale. The mechanism of energy absorption and dissipation will be introduced to develop a consistent book keeping system. Compaction of mass density for constituents of size 10⁻¹², 10⁻⁹, 10⁻⁶, 10⁻³ m, will be considered. Energy dissipation at all scales must be accounted for. Dissipations at the smaller scale must not only be included but they must abide by the same physical and mathematical interpretation, in order to avoid inconsistencies when making connections with those at the larger scale where dissipations are eminent.Three fundamental Problems I, II, and III are stated. They correspond to the commonly used service conditions. Reference is made to a Representative Tip (RT), the location where energy absorption and dissipation takes place. The RT can be a crack tip or a particle. At the larger size scales, RT can refer to a region. Scale shifting of results from the very small to the very large is needed to identify the benefit of using multiscale materials.