Y型微通道两相流内部流动特性刘

利用显微粒子图像测速技术、高速度数码显微系统及数值模拟方法研究了Y 型微通道内液滴的形成. 主要考虑了Y 型角度（45°,90°,135°,180°）、两相流量大小等因素的影响. 发现在挤压机制中,Y 型微通道内分散相液滴的形成主要受到来自连续相的剪切作用,Y 型角度越小,分散相所受到的剪切作用越大. 在液滴生成过程中,连续相速度剖面呈非对称抛物线型分布. 当Y 型角度小于180°时,角度的变化对液滴直径大小影响较小,但角度的减小会加快液滴的生成时间. 当Y 型角度为180°时,生成的液滴体积最大且生成时间最长. 毛细数对液滴直径和生成时间的变化同时产生影响,连续相毛细数的增大使得连续相在两相交汇位置处对分散相的作用力更集中,导致分散相更易破裂.     

一种投影浸入边界法的快速直接求解方法

根据投影浸入边界法分步投影求解的特点,同时针对压力泊松方程离散后的大型稀疏线性方程组是非奇异非对称的特点,结合开源函数库UMFPACK,在传递线性方程组的系数矩阵和右端向量时,采用函数库Eigen将系数矩阵的数据结构改写优化,大大降低了存储空间,实现对高维大型稀疏线性方程组的快速求解,同时求解保持良好的稳定性。本文首先利用一具有解析解的数值算例验证了求解泊松方程数值方法的准确性和网格依赖性,进而利用VC++编写投影浸入边界法的数值计算程序,以单圆柱绕流为基准数值算例,通过与其他文献和实验结果的对比,验证了投影浸入边界法数值计算结果的可靠性,并进一步分析了不同雷诺数下圆柱绕流的流场结构特征和尾涡结构的动态演化过程。     

大转动曲边柱壳非线性3-D动力学建模及分析

对曲边柱壳受轴向非均匀内压作用下的大转动几何非线性3-D动力学行为进行了研究,给出了一套高效三维动力学建模与数值求解方法.基于结构静动态变形关系,采用Lagrange方程推导建立了曲边柱壳多自由度三维动力学方程,通过线性化和降阶处理获得了曲边柱壳3-D动态膨胀数值解,与LS-DYNA有限元方法求解结果一致.计算结果表明:曲边柱壳动态响应行为与内压载荷轴向分布形式关系紧密,可以通过改变内压轴向分布形式来控制结构的动态变形模式;同时发现时间步是影响论文方法计算精度的重要因素.论文研究为后续含曲边柱壳复杂系统动力学响应研究提供了参考.     

钝圆柱头质量对简支梁的弹性次碰撞研究

该文采用赫兹碰撞理论、三维动力有限元方法和自行研制的次碰撞实验装置,研究了钝圆柱头质量一次坠落碰撞简支钢梁过程的次碰撞现象、次碰撞过程的持续时间和次碰撞发生的条件.实验测试和数值模拟均清楚地观察到了复杂的次碰撞现象.研究结果表明:(1)当梁初始处于静止状态时,将实验测试和数值模拟结果与理论分析结果对比后发现,首个次碰撞过程由局部接触变形主导,并可以采用Hertz弹性碰撞理论来描述;(2)实验和数值模拟结果展现了与首个次碰撞过程特征迥异的后续次碰撞过程,后续次碰撞过程的持续时间出现大范围的随机变化;(3)进一步分析发现,后续次碰撞过程由局部接触变形和梁的整体变形运动共同主导,梁的整体变形运动使得碰撞力响应变得异常复杂;(4)通过数值计算结果发现,当出现次碰撞现象时,碰撞位移响应中的一阶模态幅值占比会突然降低,相位角发生明显的变化;(5)数值计算结果表明,次碰撞发生的条件与质量比、碰撞初速度、碰撞动量、碰撞位置、测试梁长度和厚度等有关;(6)次碰撞发生的条件若用质量比来度量,则发现存在一个质量比阀值.上述研究表明,局部接触变形和梁的整体变形运动相互作用,产生了复杂的耦合效应,使得次碰撞现象呈现了丰富的力学行为.因此,进一步通过理论、实验和数值仿真研究复杂的次碰撞现象,对于深入理解柔性结构的碰撞行为很有必要.     

Assessment of a discontinuous Galerkin method for the simulation of vortical flows at high Reynolds number

This paper focuses on the assessment of a discontinuous Galerkin method for the simulation of vortical flows at high Reynolds number. The Taylor–Green vortex at Re = 1600 is considered. The results are compared with those obtained using a pseudo‐spectral solver, converged on a 512³ grid and taken as the reference. The temporal evolution of the dissipation rate, visualisations of the vortical structures and the kinetic energy spectrum at the instant of maximal dissipation are compared to assess the results. At an effective resolution of 288³, the fourth‐order accurate discontinuous Galerkin method (DGM) solution (p = 3) is already very close to the pseudo‐spectral reference; the error on the dissipation rate is then essentially less than a percent, and the vorticity contours at times around the dissipation peak overlap everywhere. At a resolution of 384³, the solutions are indistinguishable. Then, an order convergence study is performed on the slightly under‐resolved grid (resolution of 192³). From the fourth order, the decrease of the error is no longer significant when going to a higher order. The fourth‐order DGM is also compared with an energy conserving fourth‐order finite difference method (FD4). The results show that, for the same number of DOF and the same order of accuracy, the errors of the DGM computation are significantly smaller. In particular, it takes 768³ DOF to converge the FD4 solution. Finally, the method is also successfully applied on unstructured high quality meshes. It is found that the dissipation rate captured is not significantly impacted by the element type. However, the element type impacts the energy spectrum in the large wavenumber range and thus the small vortical structures. In particular, at the same resolution, the results obtained using a tetrahedral mesh are much noisier than those obtained using a hexahedral mesh. Those obtained using a prismatic mesh are already much better, yet still slightly noisier. Copyright © 2013 John Wiley & Sons, Ltd.     

水中爆炸激波对水泥试样作用的数值模拟分析

通过对水中爆炸激波在水泥净浆试样中传播的数值模拟,再现了爆炸激波的传播过程,采用对典型单元受到的激波作用和应力进行分析的方法,得出了水泥试样各个区域损伤破坏的成因,数值模拟结果和实验现象吻合。     

环形浅池内硅熔体中的热流体波

为了了解工业Czochralski炉内硅熔体表面轮型的基本特征,对环形浅池内硅熔体的热毛细-浮力对流进行了三维数值模拟,硅熔池内径为15 mm,外径为50 mm,深度为3 mm,熔池外壁被加热,内壁被冷却,底部固壁和顶部自由表面均绝热或者允许一个垂直方向的传热。模拟结果表明,当径向温差较小时,熔池内会产生稳定的单胞热毛细-浮力流动,随着温差的增大,流动将转变为三维振荡流动,在熔体自由表面会出现沿周向运动的轮型,小的垂直方向的热流密度(3W/cm2)对这种振荡流动没有大的影响。同时,讨论了流动和温度波动的特征,并确定了振荡流动的临界条件。     

中心有刚体质量的环形薄板的非线性强迫振动

本文研究中心带有刚体质量外部固定铰支或活动铰支的环形薄板的非线性强迫振动。考虑板的弯曲变形、面内位移和几何非线性，用哈米尔顿原理建立板的运动方程，用Ｋａｎｔｏｒｏｖｉｃｈ平均法消去时间变量，然后用数值积分求得非线性振动的振幅随激振力的大小及激振力的频率而变化的关系。求解过程中用打靶法逐步改进未知参量，以保证边界条件的满足。最后讨论薄膜力、激振力的分布、板的内外半径比等因素对响应的影响     

锌空电池气体扩散电极浸液量对放电性能的影响

锌空电池气体扩散电极在存放和放电过程中,电解液会在毛细力的作用下不断浸入电极。电解液在气体扩散电极中的浸入量与分布情况决定了气体扩散电极中的化学反应活化区,从而影响放电性能。通过实验测量了气体扩散电极开始浸液的4天内浸液量与放电性能的关系,并借助拓扑网络数值模拟电解液浸入多孔介质的过程帮助理解该实验现象。结果表明,随着放电过程的进行,浸液量和分布情况不断变化;气体扩散电极放电性能变化主要分为3个阶段:浸液饱和度为39.4%时放电性能最佳;浸液开始2~24小时进行迅速,浸液饱和度达到81%,放电性能小幅下降;24小时之后浸液增速大幅减缓,放电功率随浸液量增加大幅下降。     

电动桥式起重机负载升降过程的系统动力学模拟

从系统的角度考虑电动桥式起重机起升机构工作过程中的动力学模拟问题。首先,由系统的拉格朗日函数、约束条件和电机的磁共能定义修正的拉格朗日函数;随后,应用Hamilton原理和三相感应电机瞬态模型得出起升机构工作过程中电动桥式起重机系统的运动方程。为验证模型的效果,本文还进行了转子串电阻速度控制系统控制下的32t电动桥式起重机吊运额定负载下降过程的数值模拟,分析了高速浮动轴扭转刚度以及制动过程中转子电阻的配置方案对系统动力响应的影响。模拟结果表明,制动过程中起升机构高速浮动轴所受载荷远大于起动过程中所受载荷,制动开始时在电机转子电路中增加一级较大的外串电阻有利于减小下降制动阶段系统中的动载。