回转窑多粒径颗粒流动与偏析的DEM模拟与实验研究

为明晰回转窑内颗粒的运动行为及偏析机理,以绿豆、黄豆和黑豆为颗粒介质,依次对3种装填顺序下的颗粒流动过程进行离散元模拟与实验研究,以颗粒质量分数和平均粒度为判据,对颗粒偏析进行评价。结果表明,回转窑内颗粒流动区可分为自由滚落区、渗流呆滞区以及窑壁携带区,自由滚落区颗粒流速最大,而渗流呆滞区流速最小。窑内颗粒沿轴向输运过程发生径向偏析,形成夹层结构,小颗粒受渗流作用在渗流呆滞区中心形成内核,大粒径和中等粒径颗粒集中在自由滚落区和窑壁携带区。窑内颗粒力链分布不均匀,强力链分布于近窑壁区,弱力链分布于自由滚落区和渗流呆滞区,且渗流呆滞区力链细而密集。当窑头附近不同粒径颗粒存在轴向速度差时,颗粒在轴向发生掺混,并产生径向偏析。     

明渠湍流边界层中颗粒的运动与分布

利用直接数值模拟、点球浸入边界法和颗粒离散元法相结合的方法, 模拟了颗粒在明渠湍流边界层中的运动, 并对颗粒的瞬时位置进行了Voronoi 分析, 定量研究了颗粒在湍流边界层中的运动和分布规律. 研究发现:颗粒的输运对湍流的统计特征有影响, 其运动与近壁区湍流拟序结构密切相关, 在"喷发"结构作用下被带离壁面, 在"扫掠" 结构和自身重力作用下回到壁面; 在湍流边界层中, 颗粒倾向于聚集在低流速带, 呈条带状分布;颗粒在大部分时间处于"簇"状态, 偶尔跳跃到"空" 状态, 但能够很快回到邻近低速区域.      

飞机环控系统气固两相流动力特性研究

飞机环控系统目前面临的主要问题之一是大气中颗粒物的危害,一方面影响环控系统的供气品质;另一方面会堵塞、磨损环控系统中的元器件。本文基于气固两相流动数值模拟方法,对飞机环控系统中颗粒物的动力特性进行了研究。通过与飞机环控系统中几条主管路颗粒沉降率的已有实测数据进行对比,验证了离散相模型对颗粒沉降模拟的有效性。在此基础上,对颗粒沉降特性影响因素进行了研究,发现:不同粒径的颗粒物沿管高度方向的速度分布基本一致,但浓度分布却差异显著;颗粒浓度对沉降率基本无影响;不同气流速度下,所获得的固相速度分布型式基本一致,属于极值分布的类型;管长影响出口颗粒浓度分布,管道越长,出口截面上颗粒分布越集中于管底;方管与圆管相比,管线上沉降了更多的颗粒。     

气固两相流场的湍流颗粒浓度理论模型

本文进行了气固两相流动颗粒湍流扩散现象的理论分析，提出了颗粒湍流扩散系数和气流弥散效应二个颗粒湍流模化新概念，在此基础上建立了气固两相流场湍流颗粒浓度模型。理论模型包括离心力和其它外加力场作用下颗粒运动和浓度分布的计算方法。运用湍流颗粒浓度模型，对直管气固两相流动、受限射流气固两相流动和９０°弯管气固两相流动等三种流动做了数值模拟，计算获得颗粒速度、颗粒浓度等主要流动参数。讨论了湍流颗粒浓度模型的适用性。     

用PDF方程法分析悬沙垂线浓度分布

从颗粒运动的PDF(概率密度分布函数)输运方程出发。建立颗粒相的质量、动量和脉动速度二阶矩方程．对于明渠二维恒定均匀流。利用垂向动量方程导出了新的泥沙扩散方程。表明颗粒脉动强度梯度、升力、重力沉降和紊动扩散都影响悬沙运动。说明了传统扩散方程的不足．理论分析了水沙两相物理属性和水流条件对泥沙扩散系数和浓度分布特征的影响。并通过细颗粒试验资料的分析进行了定量研究．     

基于两相紊流模型的非平衡输沙研究

基于雷诺平均的水沙两相流方程, 建立了一个非平衡全沙输移二维数学模型. 模型考虑相间相对运动以及多颗粒之间的相互影响, 通过相间作用力进行两相耦合.和传统的单相流模型以及低浓度两相流模型相比, 该模型摆脱了依赖经验公式给定床面边界条件的局限性. 针对明渠净冲刷问题, 在合理给定水相和泥沙相边界条件的前提下计算了泥沙浓度分布的沿程变化, 并利用物理模型实验的结果和理论解验证了数学模型的正确性,同时也分析了明渠净冲刷问题中紊动扩散和重力沉降现象的特征.      

稠密气固两相流各向异性颗粒相矩方法

基于气体分子动力学和颗粒动理学方法,考虑颗粒速度脉动各向异性,建立颗粒相二阶矩模型.应用初等输运理论,对三阶关联项进行模化和封闭.考虑颗粒与壁面之间的能量传递和交换,建立颗粒相边界条件模型.采用Koch等计算方法模拟气固脉动速度关联矩.考虑气体-颗粒间相互作用,建立稠密气体-颗粒流动模型.数值模拟提升管内气固两相流动特性,模拟结果表明提升管内颗粒相湍流脉动具有明显的各向异性.预测颗粒速度、浓度和颗粒脉动速度二阶矩与Tartan等实测结果相吻合.模拟结果表明轴向颗粒速度脉动强度约为平均颗粒相脉动强度的1.5倍,轴向颗粒脉动能大约是径向颗粒脉动能3.0倍.     

浮区Marangoni对流的浓度边界条件

对于浮区热和浓度毛细对流问题,溶化界面处可以有给定浓度或给定浓度通量两类边界条件,它们给出的液桥内浓度分布有很大差异。本文讨论了这两类边界条件所对应的物理过程,以及其物理含意。     

储氢高压容器钢壁中氢的浓度分布规律研究

储氢高压容器中的氢通过渗透会进入容器钢壁并在钢壁中扩散,最终透过容器外表面进入容器存放环境中.在容器钢壁中的氢会引起材料力学性能变化,从而引起容器承载能力变化.要认识这些变化,首先就要了解氢在钢壁中的渗透、扩散规律和浓度的瞬态分布规律.针对球形高压容器外表面满足一般传质边界条件的情况,建立求解容器壁中氢浓度的解析理论模型,导出了容器壁中瞬态氢浓度和渗透到环境中的氢累积量的理论公式.通过解析计算,给出了器壁中氢浓度和氢在环境中的累积渗透量随时间的变化曲线,分析了相应的变化规律.这些公式和规律性认识为后续的容器壁材料力学性能分析和容器承载能力评估提供了前提.     

壁湍流相干结构和减阻控制机理

剪切湍流中相干结构的发现是上世纪湍流研究的重大进展之一,这些大尺度的相干运动在湍流的动力学过程中起重要作用,也为湍流的控制指出了新的方向.壁湍流高摩擦阻力的产生与近壁区流动结构密切相关,基于近壁区湍流动力学过程的减阻控制方案可以有效降低湍流的摩擦阻力,但是随着雷诺数的升高, 这些控制方案的有效性逐渐降低.近年来研究发现, 在高雷诺数情况下外区存在大尺度的相干运动,这种大尺度运动对近壁区湍流和壁面摩擦阻力的产生有重要影响,为高雷诺数湍流减阻控制策略的设计提出了新的挑战.该文将对壁湍流相干结构的研究历史加以简单的回顾,重点介绍近壁区相干结构及其控制机理、近年来高雷诺数外区大尺度运动的研究进展,在此基础上提出高雷诺数减阻控制研究的关键科学问题.      

三组结构面状态下不同产状结构面的力学效应研究

本文分析了三组结构面产状模型力学实验结果, 揭示了这种组合条件岩体中产生压剪区、张剪区及结构面、结构体的多种变形成分, 也揭示了压剪区和张剪区形成机理、及三组结构面组合下结构面产状的力学效应。     

热弹性通解完备性的一个新证明

关于线性各向同性热弹性问题,M.A.Biot提供了一个通解表达式,A.Verruijt证明了这个通解式的完备性。但是此证明十分冗长.本文提供一个完备性证明,这个证明比[2]的证明要简明得多.     

一类二自由度系统振动的黄金分割率

作为数学史上一个重要的比例关系,黄金分割理论已在美学、建筑学甚至工程学中发挥了一定的作用. 为了研究一类二自由度系统振动的黄金分割效应,首先介绍了黄金分割的基本理论,然后分别分析了该类二自由度体系的自由振动特征,以及简谐载荷作用下受迫振动的共振机制. 结果表明,结构圆频率与层刚度和质量之比、两结构质点振幅之比都符合黄金分割率,结构在振动中具有和谐之美.     

混凝土疲劳分析方法综述

从探究物理机制的视角对混凝土疲劳研究进行了逻辑上的梳理,表明既有研究可分为3 类主要模型:基于疲劳试验分析的现象学模型、基于断裂力学的疲劳裂纹扩展模型和基于损伤力学的疲劳损伤演化模型. 通过解析具有典型性的研究,论述了不同类型研究的特点. 进而,从还原论的角度出发,阐明了速率过程理论可以作为解释混凝土材料疲劳损伤演化的物理基础. 注意到疲劳试验结果所表现出的显著随机性,阐述了应以物理随机系统思想研究混凝土疲劳问题的观点.     

CHARACTERIZATION OF POWDER FLOWABILITY USING MEASUREMENT OF ANGLE OF REPOSE

In response to the need in industry for a quick and reproducible method of measuring the flowability of powders in processes involving transport and storage, the apparently simple idea of measuring angle of repose has been revived. The simple tester first used has evolved over a number of years into the present version which is shown to be capable of handling quite small samples of powders that are even slightly cohesive. Experimental data are presented and results shown to compare consistently with the better known Hausner ratio.     

浮体平衡稳定性的研究和应用

本文研究了几种简单的浮体和船体模型的稳定性,并对船体模型能承受的最大外力矩作了分析和计算,然后将这些分析和计算方法推广到任意形状的实际船体。这对船舶设计提供了一定的参考。本文对浮体稳定平衡的6种判据作了比较,指出各自的优点和局限性,以及相互关系。这对澄清有关的基本概念,改进该领域的教学和研究,会有所助益。     

CHARACTERIZATION OF POWDER FLOWABILITY USING MEASUREMENT OF ANGLE OF REPOSE

In response to the need in industry for a quick and reproducible method of measuring the flowability of powders in processes involving transport and storage, the apparently simple idea of measuring angle of repose has been revived. The simple tester first used has evolved over a number of years into the present version which is shown to be capable of handling quite small samples of powders that are even slightly cohesive. Experimental data are presented and results shown to compare consistently with the better known Hausner ratio.     

数学规划加权残值法在非线性微分方程中的应用

本文研究数学规划加权残值法在非线性微分方程求解中的应用,利用数学规划加权残值法和ＬＰ模理论,把非线性微分方程边值问题转化为一个可微分的无约束非线性优化问题,从而运用成熟稳定的寻优方法求得问题的解。文中数字计算例子表明本文方法可以快速有效地求解非线性微分方程。