真实人体鼻腔三维重建和气流特性的数值模拟

为研究人体鼻腔内的气体流动和颗粒沉积状况,基于19岁男志愿者的螺旋CT医学图像,采用医学有限元方法和逆向工程技术,重构了真实人体鼻腔的三维几何模型.采用RNG k-ε湍流模型和有限差分数值方法对志愿者在Q=15 L/min(人体平静时刻)、Q=30 L/min(小负荷运动时刻)、Q=60 L/min(大负荷运动时刻)三种呼吸强度下的鼻腔内的气体流动特性进行了数值模拟与分析,得到了呼吸时鼻腔内的压力和气流分布规律,并在拉格朗日框架下跟踪了颗粒的运动和沉积.以3μm粒径颗粒为研究对象,可视化显示了其在鼻腔内的沉积位置.本研究对呼吸时人鼻腔中气体流动特性、气雾剂治疗等问题深入探讨具有参考价值.     

单颗粒无烟煤着火特性典型影响因素研究

为理解不同典型参数对无烟煤着火特性的影响,本文建立了单颗粒煤粉着火模型。基于主要的总包非均相反应和气相反应及相应的对流和传热传质规律,模拟O_2/N_2燃烧方式下煤粉颗粒的着火过程,研究了不同的气流温度、O_2浓度、对流条件等关键因素对无烟煤颗粒着火的影响特征,结果表明气流温度增加时煤粉颗粒着火延迟时间在不同对流条件下普遍变短,且温度较高时着火延迟时间对对流强度变化的响应有所减弱;在相同气流温度和O_2浓度条件下,气流对流强度处于较低水平时,其变化对着火延迟时间的影响相对明显;当气流的温度和对流条件一定时,O_2浓度增加则着火延迟时间变短,但影响较小。模型得到文献数据的有效检验。     

二次气流速度对水平输送管速度场的湍流扰动影响研究

本文对气力成栓的浓相气力输送中二次气流对输送主管的管内气固两相流动进行数值研究。考虑了二次气流的气流速度对主输送管流场的湍流扰动影响,在给出了在二次气流速度作用下,输送主管的气相场、颗粒相场的压力、速度、浓度分布的基础上;考虑了不同的二次气流对输送主管速度场的湍流扰动作用,分别给出高二次气流速度和低二次气流速度时对输送主管流场压力、气相和固相速度的扰动结果;得出二次气流速度参数对气相速度和固相速度的影响不同的结论。气流场采用修正的κ-ε湍流模型进行计算,采用相间滑移数值方法(IPSA)求解全流场的N-S方程;模拟结果与文献试验比较吻合一致。研究结果为浓相气力输送设计提供了重要的理论依据。     

射流影响下气固两相流动试验的定量分析

为了研究受限空间内的射流影响下的气固两相流动,本文采用数码颗粒图像测速仪（DpIV）系统测量颗粒分布,并开发了一套用于处理DPIV颗粒图片的算法,可用于准确地定量分析通道内的颗粒分布。使用该算法能够获得颗粒在拍摄平面内的二维相对浓度数据,定量分析该数据发现,在同样的流场条件下,射流对气流场和不同粒径颗粒的影响区域存在明...     

固体颗粒与通道壁面相互作用的实验研究

本文通过实验研究了在一个水平直通道和三个倾斜通道内固体颗粒沿着主气流的方向运动,与通道壁面发生碰撞及和主气流掺混的特性。实验采用了PIV测试技术,获得了在流道中固体颗粒及气流的大量的瞬态及对应的时均流场数据。测量采用流场可视化技术,再现了流场的动态细节。在对实验数据分析的基础上,总结了有关颗粒扩散及与固壁碰撞的一些规律,定量阐述了固体颗粒与壁面碰撞的规律,提出了恢复系数为粒子入射速度与角度函数的模型。     

脉动流化床内球柱形颗粒流动行为研究

本文结合离散单元模型和计算流体力学方法对脉动流化床内气固流动特性进行数值模拟.结果表明,脉动气流的波形和振幅对球柱形颗粒的流动行为有明显的影响.方波脉动气流作用下的时均颗粒总平动和旋转动能最大,其次是正弦波脉动和三角波脉动,恒定气流下的最小.功率谱分析结果可以发现方波气流下主频幅度最大,其次是正弦波、三角波和恒定气流....     

石灰石闪蒸改性及脱硫性能的试验研究

本文对3种不同产地的石灰石进行了闪蒸改性处理,对改性石灰石颗粒的孔径分布进行了测定,研究了压力、温度等参数对石灰石闪蒸改性的影响。并在气流反应器上对闪蒸后的样品进行了硫化试验。结果表明,在一定的压力和温度下,闪蒸处理能够增大石灰石颗粒的微孔孔径,并使石灰石样品的脱硫性能得到较大提高。     

不同气流环境下氟化氘激光对45~#钢靶的辐照效应

通过表面形貌观察、温度场分析,研究了切向空气气流、切向氮气气流、自然对流3种环境下氟化氘(DF)激光对45#钢靶的辐照效应,结果表明:切向空气气流环境下,钢靶烧蚀效果最显著,靶板后表面中心温升最高;切向氮气气流环境下,钢靶有一定的烧蚀,但温升最低;自然对流环境下,烧蚀效果最差。实验结果表明:切向气流可移除部分熔化物,特别在切向空气气流环境下剧烈的氧化反应可促进钢靶温度升高,显著增强激光对钢靶的烧蚀,停止激光辐照后切向气流的冷却效应起主要作用。根据实际物理问题建立了相应的数值计算模型,模拟了不同气流环境下激光对钢靶的辐照效应,其中,利用"生死单元"的方法,模拟了切向空气气流环境下激光对钢靶的烧蚀,并考虑了氧化放热的影响。模拟结果与实验结果基本相符,解释了气流在激光辐照效应中的作用。     

不同气流环境下氟化氘激光对45#钢靶的辐照效应

通过表面形貌观察、温度场分析,研究了切向空气气流、切向氮气气流、自然对流3种环境下氟化氘（DF）激光对45#钢靶的辐照效应,结果表明：切向空气气流环境下,钢靶烧蚀效果最显著,靶板后表面中心温升最高;切向氮气气流环境下,钢靶有一定的烧蚀,但温升最低;自然对流环境下,烧蚀效果最差。实验结果表明：切向气流可移除部分熔化物,特别在切向空气气流环境下剧烈的氧化反应可促进钢靶温度升高,显著增强激光对钢靶的烧蚀,停止激光辐照后切向气流的冷却效应起主要作用。根据实际物理问题建立了相应的数值计算模型,模拟了不同气流环境下激光对钢靶的辐照效应,其中,利用生死单元的方法,模拟了切向空气气流环境下激光对钢靶的烧蚀,并考虑了氧化放热的影响。模拟结果与实验结果基本相符,解释了气流在激光辐照效应中的作用。     

入射速度对颗粒/平板撞击过程影响的实验研究

以燃煤锅炉积灰为背景,对不同入射速度条件下SiO_2颗粒与光滑表面撞击特性进行实验研究。实验采用高速摄像机得到了颗粒法向的入射速度和反弹速度,重点研究了颗粒载体与撞击平台温差相同时,入射速度对粒径约为20μm颗粒的撞击特性影响。结果表明,不同温度场内颗粒法向恢复系数随法向入射速度的增大先急剧增大后平缓最后减小;颗粒入射法向速度相同时,法向恢复系数随平台温度的升高而减小;临界捕集速度随平台及气流的温度升高而增大。     

高速气流对C/SiC复合材料激光烧蚀行为影响的实验研究

为了明确高速气流对C/SiC复合材料激光烧蚀行为的影响机制,开展了不同环境下强激光对C/SiC复合材料的烧蚀对比实验研究。利用激光器与高速风洞联合实验平台,完成了静态以及Ma 1.8,Ma 3.0,Ma 6.0气流环境下2D与3DN C/SiC复合材料激光烧蚀实验。结果表明,与静态环境相比,高速气流对C/SiC复合材料的激光烧蚀行为产生了显著的影响,气流的冲刷使得烧蚀坑呈现出更宽、更深、更光滑的变化趋势。随着气流速度的增长,线烧蚀速率与质量烧蚀速率逐渐增大,主要原因为当地静压降低引起的升华速率增大,以及动压增大引起的剥蚀速率增大。此外,通过实验对比了不同构型对C/SiC激光烧蚀行为的影响。结果表明：2D C/SiC复合材料由于厚度方向更低的导热能力、更低的孔隙率等原因,其在不同环境条件下抗烧蚀能力均强于3DN C/SiC复合材料。     

竖直槽道中稠密气粒两相流动的瞬态结构

本文采用流动显示方法对竖直槽道中稠密气粒两相流动的瞬态结构进行了研究,发现当表观气速高于管道流态化的最小临界速度但低于节涌状态向湍动状态过渡的临界速度时,槽道中没有明显的气泡出现,而是形成一条穿过颗粒密相区的气流通道。当表观气速较低时,气流通道始终偏向槽道一侧。表现气速较高时,气流通道在槽道两侧摆动。在湍动状态下,槽道中的流态和管道中的流态相似。在快速流态化情况下,当颗粒循环量在一定范围时,槽道壁面附近会出现准静止的大尺度颗粒团。     

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.     

湿压缩机械特性研究

湿压缩过程中水滴的喷入对压气机性能具有较大影响,并会改变压气机的机械特性。为了研究喷水对压气机机械特性的影响,对不同喷雾量和颗粒尺寸下的湿压缩过程进行了数值模拟。结果表明,水滴运动主要受气流拖拽力的作用,在叶片前缘与叶中之间波动较为剧烈;滑移速度对水滴受力破碎影响较大,雷诺数与韦伯数均较小,最可能发生振荡破碎;水滴主要撞击叶片的压力面,造成转子的附加扭矩;较小水滴颗粒情况下适当增大喷雾量有助于低湿压缩过程中叶片的负载和输入功率。     

气体-颗粒掺混的数值模拟研究

通过数值模拟方法研究了圆管内湍流气体和压力旋流雾化喷嘴产生的液滴群的掺混规律.定义了掺混度、不均匀浓度因子和无量纲颗粒浓度定量评价掺混水平,根据这些特征参数,获得了掺混度曲线和截面等浓度线.分析了不同水气比、喷嘴雾化角度和颗粒直径情况下颗粒群对横向气流的影响以及气相对颗粒群掺混过程的作用.结果表明:颗粒群的加入使气相产生了尺度不同的涡,促进了气相湍流发展;近喷雾区,大尺度的涡造成了颗粒局部浓度较高,掺混度较低,但是经过较短的距离就能充分掺混,此时掺混度值较高,同时初始的喷雾形态和壁面处的较大速度梯度使得颗粒存在趋壁现象;水气比1:1、中等雾化角度90°和较大的颗粒更有利于掺混.     

能量回收烟气透平气动设计的几个问题与试验结果分析

带有固体微粒的气流进入烟气透平,在静止与旋转叶列槽道内,除极细小颗粒基本上随气流一起运动造成比单纯燃气有较大的粘性作用与粘性损失外,较大一些的颗粒必然会有不同于主气流的速度,在叶片槽道内有特定的三元运动轨迹,通过动量及热量交换,影响气流作功能力,并且由于在槽道内碰撞弹跳,对叶片和壳体进行冲蚀磨损。叶片的磨损速率和许多因素有关,如机体与微粒材料性质、微粒的大小、形状、浓度与速度、碰撞弹跳方向和撞击几率等。如果微粒运动轨迹使叶片某一部位有较大撞击几率,这一部分的磨损会加剧。另一现象是随着叶片通道中气流的转弯、加速、二次流和涡流的产生、冷却     

杆状颗粒流化特性的DEM-CFD数值模拟研究

本文采用离散元气固耦合数值模拟方法(DEM-CFD)对不同长径比的杆状颗粒在气相中的流化过程进行了数值模拟研究。本文在宏观上分析了杆状颗粒的流动结构和床体的压降特性,并从微观上探究了杆状颗粒取向角的变化规律。结果表明,在气泡边沿处,杆状颗粒的主轴和气泡轮廓趋向一致。同时,长径比越大,床体发生流化所需的最大压降就越小,但也越加难以流化。另外,随着气流速度的增加,不同长径比下颗粒平均取向角间的差异逐渐减小。     

临近声速气流条件下电子束空气等离子体特性

为了研究高速动态气流中的电子束等离子体特性,建立了一个由蒙特卡罗模型、多组分等离子体模型与计算流体力学模型组成的多阶段耦合数值模型,在临近声速气流条件下,对1.33104 Pa空气电子束等离子体特性进行了研究。结果表明,电子束能量沉积具有极强的空间不均性,电子束激发下的风洞流场呈现不同的性质,亚声速流场下游边界区密度减小,而在超声速流场中可诱发弱激波;相比于静止气体,在动态气流中等离子体密度下降,且存在额外的输运行为,使其向气流下游输运,但在临近声速条件下,气流速度大小对气流下游等离子体分布的影响不大;电子束入射角对等离子体空间分布和大小均有影响。     

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.     

激励电压对沿面介质阻挡放电特性的影响分析

近年来,沿面介质阻挡放电(SDBD)用作大气压下气流控制的等离子体激励器因其众多的优点受到了广泛的关注.然而,国内外对沿面介质阻挡放电及其应用的研究尚处于探索阶段,对其放电特性的影响因素缺乏规律性的认识.因此,对SDBD相关特性和影响因素进行研究具有重要理论意义和应用价值.本文使用频率5～20 kHz,峰值电压0～30 kV的可调正弦交流电源激励大气压环境下的SDBD装置.通过调节激励电压大小,研究了其与SDBD放电特性之间的关系,对等离子体放电电流、放电形貌、功率损耗、诱导气流以及机械效率进行了分析.实验结果表明,SDBD消耗功率、放电强度和诱导气流均会随着激励电压的增大而增大,但机械效率存在先增大后减小的趋势,说明等离子体流动控制中研究中存在最佳效率点.