液态Au和Ag冷却过程的分子动力学模拟

采用反映原子多体相互作用的FS势模型,通过分子动力学方法研究了贵金属Au、Ag在温度2000~300 K之间的冷却过程,考察其结构变化特点,给出了冷却过程微观结构转变的重要信息.     

双头部燃烧室两相燃烧流场数值研究

本文在贴体坐标系下对双头部火焰简内三维两相紊流燃烧过程进行数值模拟,采用代数雷诺应力模型模拟紊流粘性、EBU-二阶矩模型模拟燃烧反应速率、六通量辐射模型考虑热辐射对燃烧流场及火焰筒壁温的影响.分别运用颗粒轨道模型与颗粒随机轨道模型研究燃烧室内气液两相流动与燃烧过程,将所得出口温度分布与实验结果进行比较,均较为相符.     

液态包层流动通道插件三维MHD效应数值模拟

用直接数值方法对高效液态锂铅包层内的金属流体三维MHD效应进行分析。用投影法对包含洛仑兹力源项的不可压Navier．Stokes方程求解,用相容守恒格式计算电磁力。研究了不同材料的流动通道插件（FCI）对金属磁流体流速、MHD压降和电流流线分布的影响。主要分析了以下三种情况：无FCI插件的通道内的流动状况;加入绝缘材料...     

喷雾冷却过程的数值模拟方法探索

喷雾冷却是一种高效的热控技术，为了探索形成喷雾冷却技术设计流程，文章研究了喷雾冷却过程的数值模拟方法.针对单相模式和相变模式的喷雾冷却数值模拟，利用发展成熟的内燃机燃油喷雾油膜模拟方法来模化喷雾冷却液膜的相变与传热，开展了基于计算流体动力学的模拟计算.同时建立了喷雾冷却实验台，开展了稳态喷雾冷却实验.计算结果与实验对比表明，基于内燃机燃油喷雾的油膜模拟方法能够较准确地计算单相传热模式下的喷雾冷却性能，而会显著低估相变传热模式下的喷雾冷却性能.      

超临界甲烷及含氢甲烷在水平圆管内冷却换热的数值模拟

在超临界甲烷及含氢甲烷的冷却换热研究中,由于其截面上温度的不均匀性导致物性的不均匀,从而影响其流动及换热,这些现象在实验中很难发现,计算机数值模拟为此提供给了便利。文中应用标准k-ε湍流模型对超临界气体在水平圆管内的冷却传热进行了数值模拟,研究了质量通量、热流密度、入口压力以及氢气含量对传热系数的影响。结果表明,换热系数随质量通量的增大而增大,随热流密度变化不明显,随入口压力的增大而减小,氢气含量增大时对流换热系数的峰值往低温方向移动。     

突扩燃烧室中气-固两相湍流相互作用与颗粒弥散的数值模拟

一、前言 突扩流动中流体和颗粒的湍流相互作用对流动、燃料与空气的混合和燃烧效率影响很大。文献[2]的测量表明:在大突扩比,即小的R_1/R_2(R_1为进口半径,R_2为燃烧室半径)下,在近壁回流区中,颗粒湍流度大于气相,在正流区中小于气相;在其它两种突扩比,即较小突扩比下,在回流区中颗粒相的湍动能小于气相。这些测量结果不能用轨道模型或基     

纳米通道内液态微流动密度分布特性数值模拟研究

微通道内流动因表面积/体积比值极大, 造成许多微尺度效应, 进而使微通道内出现完全不同于宏观流动的流体密度分布特性. 本文以纳米通道内液态Poiseuille流为对象, 采用非平衡分子动力学模拟方法研究了流体原子间相互作用强度ε_LL, 流体原子间平衡距离σ_LL以及壁面原子与流体原子间平衡距离σ_LS对通道内流体密度分布的影响规律. 数值模拟中, 统计系综取微正则系综, 势能函数选用LJ/126模型, 壁面设为Rigid-atom壁面, 温度校正使用速度定标法, 牛顿运动方程的求解则采用Verlet算法. 模拟结果表明, 随ε_LL的减弱, 近壁面区密度分布的振荡幅度则逐渐增大; 而σ_LL 则同时影响流体原子的存在形态和密度分布, 较大的σ_LL 会造成流体原子在整个通道内呈现面心立方结构的类似固体排列, 较小的σ_LL会使得流体原子呈现不断变化的 "团簇" 结构; 随σ_LS的变大, 近壁面区流体密度振荡幅度增大, 且流体密度分布起点离壁面越远. 另外, 本文还从近壁面区流体原子的 "俘获-逃逸" 行为角度, 初步解释了原子间相互作用强度对密度分布的影响规律. 关键词： 纳米通道 微流动 密度分布 分子动力学     

双侧进气突扩燃烧室中三维湍流有施回流两相流动的数值模拟

双侧进气突扩燃烧室中三维湍流有施回流两相流动的数值模拟周力行，林文漪，廖昌明（清华大学工程力学系北京１０００８４）关键词：湍流两相流，数值模拟为提高整体式冲压发动机双侧进气突扩燃烧室火焰稳定能力，我们提出了进气管内装设有切向导角的中心管。流场显示及Ｌ...     

聚合物充填过程中裹气现象的数值模拟

针对聚合物充填过程中的裹气现象,采用一种有限元（FEM）-间断有限元（DG）耦合算法对其进行数值模拟。对于自由运动界面,采用水平集（Level Set）方法进行捕捉;用XPP（eXtended Pom-Pom）本构模型来描述黏弹性流体的流变行为。采用有限元-间断有限元耦合算法求解统一的流场方程,并采用隐式间断有限元求解XPP本构方程、Level Set及其重新初始化方程。数值结果与文献中的实验结果及模拟结果吻合较好,验证了数值方法的稳定性及准确性。分析带有非规则嵌件型腔内,注射速度及浇口尺寸对裹气现象的影响,裹气容易出现在较高注射速度及较小浇口的情形。     

高压下液态硝基甲烷的分子动力学模拟

 对高压下液态硝基甲烷的性质进行经典和基于第一性原理计算的Car-Parrinello分子动力学（CPMD）模拟。利用经典势的分子动力学（MD）模拟研究了高压压缩状态下液态硝基甲烷的结构和热力学性质,得到了高达14.2 GPa压力下的理论Hugoniot数据。对于一些热力学函数,如总能和粒子速度,经典势模拟给出了很好的总趋势,基本特征和实验观测一致。但是在给定的密度下,经典模拟预言的Hugoniot压力偏高。在几个选定的密度下,进行了CPMD模拟,得到了二体相关函数、速度自相关函数、振动光谱和其它的热力学性质,并与经典模拟结果进行了比较。对二体相关函数的分析表明经典势的短程部分的刚性可能太强,从而导致了比实验值高的理论压力值。对于某些二体相关函数,CPMD模拟和经典模拟结果差别很大,可以归结为量子效应。当压力增高时,量子模拟得到的振动光谱向高频部分移动的现象与实验观测相符合。     

激光治疗PWS中制冷剂喷射冷却过程的数值模拟

本文采用有限容积法对制冷剂喷射冷却(Cryogen spray cooling,CSC)过程进行了数值分析,研究了皮肤组织温度场随时间、空间的分布规律,初步分析了喷射过程中可能发生的冷损伤.探讨了不同喷嘴距离对于喷射换热过程的影响.结果表明:本文的模拟结果定性符合文献中的试验结果;由于制冷剂喷射不均匀性带来的冷保护不足问题可以通过适当延长冷却时间(如大于80 ms)加以避免;低温制冷剂带来的冷损伤仅局限于浅表皮层,不会对人体造成伤害;喷射距离对于整个换热过程的影响非常有限,可以较为自由地布置喷嘴位置.     

微通道内冰晶生长过程的相场模拟

为研究微通道内冰晶生长的微观机理以便提出相应的防结冰措施,建立了微通道内结冰过程的相场模型,模型中引入了实际边界条件的影响(取为第三类边界条件),相场计算中采用随机方法生成晶核。基于有限差分法对相场模型进行了数值求解,对不同边界条件影响强度(以努塞尔数Nu表征)下冰晶生长过程进行了系统研究。研究结果表明：边界对微通道内的冰晶生长影响显著,Nu越大,微通道内冰晶生长第一阶段(冰晶未扩展到边界时)结晶速率越大,使得充分结晶(定义为结晶百分数达到80%)所需总时间越短;同时应在结冰初始阶段对其进行及时干预才能有效防止结冰。     

发汗冷却换热过程的实验研究与数值模拟

本文对水平矩形槽道内湍流对流换热与发汗冷却进行了实验研究和数值模拟。实验结果表明:随着冷却气体流量的增加,发汗冷却壁面温度、局部对流换热系数和Nu数都迅速下降;在注入率为1％时,壁温下降了约40％,对流换热系数降低至50％左右。随着注入率的增大,壁面热流先是增加,在F=0.7％-0.8％左右时达到一个最大值,随后下降。St/St0随着注入率的增大而降低; St／St0的实验值与由已有关联式以及数值计算得到的值基本吻合。     

主动脉夹层血液两相流动数值模拟分析

本文从血液两相流动的角度出发,针对通过CT扫描图像逆向重构得到的主动脉夹层三维几何模型,应用计算流体力学(CFD)软件进行血液两相流动数值模拟,得到血管壁面压力、壁面剪切应力、血液流速等血流动力学参数,并与血液单相流动的模拟结果进行比较。通过对比发现两个模型计算得到的血管壁面平均压力和平均剪切力变化趋势相似,两相流模型计算得到的壁面平均剪切应更小、血流情况更复杂。同时两相流模型可获得红细胞的分布情况,弥补了单相流模型的不足,这为进一步研究主动脉夹层发病机理提供了理论支持和帮助。     

管线中气—液两相流动数值模拟

石油、天然气开采和输运过程中大量使用管道输运。在天然气的输运过程中，常常会有凝析成份析出，构成气液两相流动。在海洋、沙漠边际油藏开采中，为了节省投资和运行费用，也倾向于采用油气混输方案。气液混输技术在石油工业中有着重要的发展前景。为了发展具有我国自主知识产权的稳态、非稳态管线气—液两相流动数值模拟软件，我们使用双流体模型，建立了一维气—液两相流动的非线性数学模型，并使用时间相关法求解了非线性方程组，对若干算例进行了数值模拟。     

横流中气固两相射流的数值模拟

为研究横流中气固两相射流的穿透性和扩展宽度,采用数值模拟方法研究了射流速度比率为2.68,颗粒与气流质量流率比为5～15的横流中圆管气固两相射流。基于射流直径的雷诺数为14047,基于颗粒直径的最大雷诺数为45.6。模拟结果获得的射流中心轨迹以及射流扩展宽度与试验结果基本一致。另外,数值模拟结果揭示了射流近场的颗粒弥散规律,同时发现越大的颗粒与空气质量流率之比能获得越深的射流穿透度和更大的射流扩展宽度。     

两相混合层中颗粒运动的数值模拟

本文采用离散涡方法对平板混合层流动进行了数值模拟,得到了与实验完全定量符合的速度场。再用单向耦合方法模拟了混合层流场中颗粒的运动。分析了混合层流动中大尺度涡结构及Ｓｔｏｋｅｓ数对颗粒扩散的影响。与前人工作中所采用的每个时间步一个颗粒在固定的位置进入计算域的方法不同,本文中每个时间步有多个颗粒在入口处以随机的横向位置进入计算域。因此,在不需增加太多计算量的基础上,计算域中可以包含足够多的颗粒以获得较精确的统计结果。采用本文方法得到的颗粒速度场与实验结果定量符合得很好。     

偏滤器微纳表面冷却通道的过冷流动沸腾数值模拟

为模拟偏滤器水冷模块微纳米结构化表面的传热特性,结合微纳表面可视化微观观察实验数据,在现有气泡参数模型的基础上,对接触角、气泡脱离直径、气泡脱离频率、汽化核心密度等参数模型进行修改,提出可模拟微纳表面过冷流动沸腾传热效果的计算模型。用该模型对压力为4MPa、速度为10m·s-1、进口温度为423K的偏滤器水冷结构中的过冷流动沸腾进行计算,得到常规水冷通道与微纳表面水冷通道各结构的温度与气相体积分布。计算结果表明,微纳表面的平均传热系数提高约一倍;在无氧铜与铬锆铜的许用温度范围内,微纳表面通道偏滤器承受的稳态热流密度可达14MW·m-2。     

In-Zinerater液态包层输运燃耗数值模拟

Z-Pinch惯性约束聚变是未来一种有竞争力的能源候选方案。Z-Pinch驱动的聚变裂变混合堆可高效地嬗变反应堆乏燃料中分离出的超铀元素。对美国Sandia国家实验室提出的In-Zinerater混合堆概念进行了中子学分析和数值模拟。在三维输运燃耗耦合程序MCORGS中增加了处理在线添加燃料与去除裂变产物的功能,实现了对液态燃料燃耗过程的模拟。增加6Li丰度和燃料初装量保持寿期初反应性不变,可以减缓寿期内反应性下降趋势。逐步增加包层内超铀元素装量,可以控制整个寿期内反应性基本恒定。聚变功率取20 MW,通过反应性控制,5年内包层能量放大倍数在160～180之间,氚增殖比在1.5～1.7之间,优于In-Zinerater基准设计方案。