高炉渣熔融液滴撞击壁面行为特性实验研究

针对高温熔渣粒化技术的开发,本文通过可视化实验研究了高炉渣熔融液滴撞击不锈钢壁面的动态行为特性。结果表明:随液滴雷诺数增大,撞击过程液滴形态演变模式依次由铺展-回缩转变为铺展-回缩破碎和铺展-破碎-凝固;增大壁面粗糙度可减弱与壁面换热,抑制液滴铺展;减小壁面粗糙度促进液滴发生破碎;液膜回缩过程普遍出现回卷现象,壁面倾角越大,液膜回卷和液滴滚动现象越显著,且液滴铺展面积越大,在壁面停留时间越长;减小液滴雷诺数、减小壁面粗糙度并采用垂直粒化仓壁面有利于壁面防黏结。     

粒化仓中高温渣粒流动换热特性的数值模拟

针对离心粒化后的高温熔渣颗粒在粒化仓中的流动换热过程,本文采用离散相模型及DO辐射模型对粒化仓内的气固两相流动和换热进行了二维瞬态数值模拟。主要研究了不同渣粒流量、渣粒直径及风速下粒化仓内温度分布规律和气固换热效果。结果表明:粒化仓中空气温度沿径向方向逐渐升高,颗粒与壁面碰撞区域为空气温度最大区域;颗粒的换热主要以辐射换热为主;减小颗粒直径是强化换热最有效的手段。     

粒化仓内颗粒群流动换热的数值模拟

干式离心粒化余热回收工艺处理液态高炉熔渣时,通过粒化仓和余热回收装置分别实现高温渣液的粒化初冷和二次冷却.本文建立了粒化仓内风冷作用下熔渣颗粒群的流动换热模型,通过离散相模型和Realizable k-ε模型分别追踪颗粒群轨迹和处理湍流流动.模拟得到了颗粒群的运行轨迹、温度和速度演化以及温降等.进一步讨论了颗粒初始温度和粒径的影响,结果表明,增大渣粒初始温度和减小粒径都有利于颗粒群整体温降和平均冷却速率的提高,对仓内停留时间影响较小.但增大初始温度时应同时注意出口温度,以防实际会出现出仓颗粒群的黏结.     

铅锡合金熔融颗粒风冷相变换热特性实验研究

熔融颗粒相变冷却过程广泛存在于合金材料制造、高温熔渣余热回收和相变材料的储放热等领域。本文研究了铅锡合金熔融颗粒在沉降过程中的风冷相变换热特性和物相演变之间的关联。结果表明:风速越大、下落高度越高、颗粒直径越小,换热系数越大;风速越大、颗粒直径越小,合金过冷度越大;换热系数和合金过冷度越大时,形成的非稳态组织富锡相含量越高,且组织越细小致密。     

喷雾冷却中液滴冲击壁面的流动和换热

喷雾冷却中液滴冲击壁面的流动和换热强弱可用铺展系数和冷却效能的大小来反映.本文利用Volume-of-Fluid(VOF)方法,对初始直径在50～150 μm,初始速度在1.0～10.0 m/s之间的单个液滴冲击恒温发热表面的情况进行了数值模拟.模拟结果表明,增加液滴的初始速度和直径会扩大液滴的铺展范围,即铺展系数增大;液滴的初始直径越小、速度越大,则其冷却效能越大,即冷却能力越强.定量结果对喷雾系统的设计具有重要意义.     

液滴撞击壁面铺展及换热过程数值模拟

基于喷雾冷却时液滴撞击壁面现象,本文采用CLSVOF(coupled level set and volume of fluid)方法对不同工况下单液滴撞壁过程进行数值模拟,获得了单液滴撞击热壁面动态特性;分析了初始速度、液滴直径等初始参数对液滴撞壁后的动态铺展规律以及壁面换热特性的影响规律,获得了上述参数变化时液滴铺...     

气流床气化炉壁面熔渣行为模拟

本文对气流床煤气化炉内高温合成气和壁面渣层的流动与传热传质过程进行了分析,建立了渣层流动、传热传质和相变数理模型,采用VOF方法对渣层和气体之间自由界面进行追踪,采用射线追踪方法(DTRM)计算辐射换热,采用焓法计算渣层相变,熔融态渣滴在渣层表面的沉积通过源项引入.应用所建立的数学模型对实验室规模的Texaco煤气化炉进行了模拟.结果表明:气化炉壁面换热系数从上到下先增加再减少最后再增加;炉膛温度升高,固态渣层厚度减少;壁面温度升高,固态渣层厚度减少.     

气流床煤气化炉炉壁渣层流动与传热模拟

本文对气流床煤气化炉内高温合成气和渣层的流动、换热、相变过程进行了分析,在合理简化和假设的基础上建立了描述渣层流动、热质传递和相变的渣层数理模型.通过对气化炉内气固两相流和化学反应的模拟,得到灰渣颗粒在气化炉壁面的沉积率,进而对所建立的模型应用SIMPLE算法进行了求解,获得了气化炉壁面灰渣流动、传热和相变过程的数值模拟结果.结果表明:壁面温度对渣层厚度的影响较炉膛温度要大得多;当壁面温度不变时,炉膛温度增加,固态渣层厚度减少;炉膛温度不变时,壁面温度降低,固态渣层厚度增加.     

初始温度和冷却速率对金属团簇凝固行为的影响

用分子动力学结合嵌入原子势研究了含有531个原子的Co₅₃₁, Cu₅₃₁和Ni₅₃₁团簇从不同初始温度以不同冷却速率凝固到200 K时的凝固行为. 结果表明初始温度和冷却速率对团簇的凝固点有很大影响. 初始温度越高, 冷却速率越小, 团簇的凝固点越高. 凝固条件的改变会对三种团簇的凝固结构产生不同的影响. Cu₅₃₁和Ni₅₃₁团簇尽管在不同条件下的凝固点不同, 但凝固结构都是二十面体. 而Co 关键词： 金属团簇 凝固 分子动力学模拟     

风淬作用下液态熔渣的离心粒化

干式离心粒化余热回收工艺可用于处理液态熔渣,其装置简单、参数容易调节且得到的渣粒粒径小。针对该工艺粒化仓中的粒化环节,本文开展了液态熔渣含风淬作用的离心粒化数值模拟。通过剪切应力输运κ-ω模型处理湍流流动,VOF两相流模型追踪自由界面。模拟得到渣液含气淬作用的粒化过程,并进行有无气淬风作用下粒化情况的对比。发现气淬风的加入,可增加丝状分裂模式下的液丝数量,降低液丝长度。之后进一步开展了渣液黏度和流量的影响因素分析。结果表明,减小黏度,有利于增加小粒径渣粒的占比,但粒径分布会由正态分布转为M形分布;增加流量,会促进粒化模式由丝状分裂向膜状分裂转变,且粒径尺寸增大。     

驻波声场中单分散细颗粒的相互作用特性

利用外加声场促进悬浮在气相中的细颗粒发生相互作用,进而引起颗粒的碰撞和凝并,使得颗粒平均粒径增大、数目浓度降低,是控制细颗粒排放的重要技术途径.为探究驻波声场中单分散细颗粒的相互作用,建立包含曳力、重力、声尾流效应的颗粒相互作用模型,采用四阶经典龙格-库塔算法和二阶隐式亚当斯插值算法对模型进行求解.将数值模拟得到的颗粒声波夹带速度和相互作用过程与相应的解析解和实验结果进行对比,验证模型的准确性.进而研究颗粒初始条件和直径对相互作用特性的影响.结果表明,初始时刻颗粒中心连线越接近声波波动方向、颗粒位置越接近波腹点,颗粒间的声尾流效应就越强,颗粒发生碰撞所需要的时间就越短.研究还发现,颗粒直径对颗粒相互作用的影响取决于初始时刻颗粒中心连线偏离声波波动方向的程度.当偏离较小时,颗粒直径越大,颗粒发生碰撞所需要的时间越短;当偏离很大时,直径较小的颗粒能够发生碰撞,而直径较大的颗粒则无法发生碰撞.     

微细颗粒碰撞作用规律的数值模拟

通过实验和数值模拟方法,对微细颗粒（直径小于100 μm）碰撞规律进行研究.首先采用离散元模拟,基于改进的硬球模型,探索在流场作用下,微细颗粒的初始速度、表面能、尺寸、质量浓度和风速对微细颗粒之间的结合性碰撞及非结合性碰撞的影响,同时考虑微细颗粒团聚及沉降的物理运移过程,得出不同初始条件下微细颗粒碰撞频率的演化规律.最后进行物理实验,发现模拟得到的碰撞频率与实验得到的微细颗粒自沉降特征相一致.     

正冲击波后固壁表面颗粒的上升运动

为揭示固壁表面颗粒的冲击波夹卷本质,模拟垂直于固壁表面的正冲击波后单个颗粒的上升运动.假定颗粒初始时刻处于气载状态(因波的反射或碰撞离开壁面),受Saffman升力、气动阻力和重力作用.模型方程为波后定常气流边界层方程和颗粒运动常微分方程,分别用单参数法和四阶龙格库塔法求解.计算颗粒速度与轨迹表明:颗粒的冲击波卷扬动力...     

自悬浮定向流技术中铜纳米微粒的粒度控制研究

 采用自悬浮定向流技术制备了金属铜纳米微粒，根据TEM的行貌像对样品平均粒度进行标定，并结合样品制备的条件对制备工艺进行了研究。结果表明，自悬浮定向流技术可以方便地制备出不同粒度的金属铜纳米微粒，微粒平均粒径随熔球温度的降低而减小，随冷却气体流速的增大而减小；在1 200℃下微粒平均粒径随惰性气体压强的增大而减小，而在1 300℃时惰性气体压强对微粒平均粒径的影响不再具有规律性。     

A rumor spreading model with variable forgetting rate

A rumor spreading model with the consideration of forgetting rate changing over time is examined in small-world networks. The mean-field equations are derived to describe the dynamics of rumor spreading in small-world networks. Further, numerical solutions are conducted on LiveJournal, an online social blogging platform, to better understand the performance of the model. Results show that the forgetting rate has a significant impact on the final size of rumor spreading: the larger the initial forgetting rate or the faster the forgetting speed, the smaller the final size of the rumor spreading. Numerical solutions also show that the final size of rumor spreading is much larger under a variable forgetting rate compared to that under a constant forgetting rate.     

冷动力喷涂法制备钨和钨合金涂层 及其涂层的计算模拟

采用冷动力喷涂法以纯钨和钨-镍-铁合金为原料在铜合金基体上制备了钨涂层和钨-镍-铁涂层. 研究了冷喷涂过程中钨粉粒径、喷涂距离等因素对涂层性能的影响. 用扫描电子显微镜分析了涂层的表面、断面微观结构, 并用原子力显微镜测量了涂层的粗糙度. 此外, 计算了冷喷涂过程中粉末颗粒的实际速度, 并采用有限元分析软件ANSYS/LS-DYNA模拟了冷喷涂过程中颗粒撞击基体时的变形情况.     

DPTM simulation of aeolian sand ripple

Aeolian sand ripple and its time evolution are simulated by the discrete particle tracing method (DPTM) presented in this paper. The difference between this method and the current methods is that the former can consider the three main factors relevant to the formation of natural aeolian sand ripples, which are the wind-blown sand flux above the sand bed formed by lots of sand particles with different diameters, the particle-bed collision and after it the rebound and ejection of sand particles in the sand bed, the saltation of high-speed sand particles and the creep of low-speed sand particles, respectively. The simulated aeolian sand ripple is close to the natural sand ripple not only in basic shape and characteristic, particle size segregation and stratigraphy, but also in formation stages. In addition, three important speeds can be obtained by this method, which are the propagation speed of the saturated aeolian sand ripple and the critical frictional wind speeds of emergence and disappearance of sand ripple. Supported by the Key Project of the National Natural Science Foundation of China (Grant No. 10532040)     

激光熔覆中金属粉末粒子与激光相互作用模型

为了对同轴激光熔覆过程中运动的金属粉末粒子的速度和温度进行理论分析,并研究各工艺参量的影响,建立了运动中金属粉末粒子的运动模型和热模型.模拟结果表明,粉嘴几何尺寸、粒子直径以及气/粉两相流初始速度是影响粒子运动行为的重要因素;粉嘴几何尺寸、激光焦点位置、激光发散角、激光功率、粒子直径以及气/粉两相流初始速度是影响粒子热行为的重要因素.在相同的工艺参量下(粉嘴出口内径r=2 mm,粉嘴倾角α=60°,初始气流速度v0=0.8 m/s),基于数字粒子图像测速(DPIV)技术,对316L不锈钢粉末粒子运动模型进行了实验验证.结果表明,运动理论模型是可靠的.该模型是掌握同轴激光熔覆过程中金属粉末粒子运动行为的有效工具;同时,热模型也是分析粉末粒子温度随不同参量变化的重要工具.