The induction plasma chemical reactor: Part I. Equilibrium model

A mathematical model is presented for the numerical simulation of the flow, temperature, and concentration fields in an rf plasma chemical reactor. The simulation is performed assuming chemical equilibrium. The extent of validity of this assumption is discussed. The system considered is the reaction of SiCl4 and NH3 for the production of Si3N4.

T形微通道中互不相溶两相流数值模拟

采用摄动有限体积(PFV)算法和水平集(level set)技术对T形微通道内互不相溶两相流动进行了数值模拟研究。考察了两相界面张力和微通道壁面润湿性对流动的影响,精确地捕捉到了油水两相流动的界面。对一些典型的T形微通道油水两相流动进行了数值计算,模拟结果和实验结果吻合较好。分析总结出了微通道内两相流动过程中的一些基本规律,为微通道内的液液两相流动实验设计和工业应用提供了新的数值预测手段.

变截面流化床理论模型及数值模拟

基于双流体模型,在一定假设的条件下推导得到了用于描述变截面床流化过程的局部平衡模型。对于局部平衡模型,空间导数项的离散采用五阶精度的WENO有限差分格式,时间导数项的离散采用TVD Runge-Kutta型的离散格式,对流量突变后的瞬态过程进行了模拟,得到固相体积分数在整个变化过程中沿床高的分布以及床高变化规律和床层表面颗粒速度变化曲线。对于流量突增过程,在床内不同位置形成了一系列的连续波,当所有的连续波到达床面整个变化过程结束。而对于流量突然减小过程,将会有固相体积分数间断在分布板处形成,当所有间断到达床面时,塌落过程结束。

超声速燃烧的湍流流场数值模拟

选择了6个有代表性的湍流模型，对超声速燃烧湍流流场开展了数值模拟。采用的模型包括5个线性涡粘性模型和1个非线性模型，在非线性模型中同时引入了可压缩修正。数值结果表明，本文发展的数值方法可以成功地应用于求解可压缩、含化学反应的多组分N—S方程。同时引入可压缩性修正的二阶涡粘性模型给出的结果较好。

带有相变的三维温度场数值模拟

以激光熔凝表面强韧化处理为背景，应用空间的弹塑性有限单元和高精度的数值算法、同时考虑材料组织性能的变化来模拟材料的温度场。主要研究激光熔凝加工中瞬时温度场数值模拟，同时考虑相变潜热的影响，为第二步热应力场及残余应力的数值模拟做准备。最后用算例验证了模型的正确性，并给出了不同时刻温度场的分布。

高寒草甸生态系统陆地生物圈模式研究及应用

改进了适合于高寒草甸生态系统的陆地生态圈模式，分析了模式中温度变化与水分运动分层的物理原因，说明了气候状况对地表面能量交换的影响，给出了净辐射和蒸散量新的计算方法，提出了有很差分计算中具有二阶精度的Euler隐式格式，介绍了中国科学院海北高寒草甸生态站的气候概况和野外观测情况。最后利用本模式对高寒草甸生态站地区的土壤-植被-大气间水热交换过程进行了数值模拟，模拟值与实测值吻合较好。

航天器贮箱气液自由界面追踪数值模拟

主要讨论了航天器贮箱在轨道航行时的微重力状态下其液体推进剂在贮箱内的形态分布及控制．文中采用VOF方法，加入了表面张力的效应，追踪气液两相流的自由界面，对液面在微重力条件下的位形变化进行了数值模拟．通过比较不同重力加速度及接触角下的两相流的相图，分析了影响贮箱中液体推进剂位形变化的主要因素及对其有效的控制方法．

航天运载器尾舱高空热环境数值分析

航天运载器在70km以上高空高速飞行，火箭发动机的喷流是影响其尾舱热环境的主要因素之一。采用代数方程和偏微分方程相结合的多块网格生成方法，达到热流计算中对近壁面网格的正交性和分布上的要求；通过改进的NND有限体积法高超程序，数值耦合求解多组分NS方程、湍流方程、热辐射方程和非平衡化学反应方程，提高了壁面热流计算的精度。计算结果与飞行遥测及地面实验结果对比分析表明，所采用的计算方法及得到的结果是正确有效的。

激光微弯曲成形机理的数值研究

利用自行研制的含热传导、冲击动力学大、变形有限元程序，模拟了小尺寸梁在脉冲激光加热条件下的变形过程。在此基础上，利用商用程序模拟了冷却及残余应力的产生，研究了激光参数（强度及分布）等对于微弯曲的影响。数值模拟结果与文献中的实验观察相吻合。

快速凝固/粉末冶金高阻尼铝合金挤压成形过程的数值模拟

采用有限元分析软件ANSYS,分析了快速凝固/粉末冶金(Rapidly Solidified/Powder Metallurgy,RS/PM)高阻尼铝合金FMS0714/10(Zn-30Al)的挤压成形过程,研究了模具与坯料间的摩擦条件和挤压比对阻尼铝合金成形过程的影响,探讨了挤压过程材料表面产生裂纹的机理,进行了成形工艺优化.研究结果表明:挤压过程中FMS0714/10(Zn-30Al)阻尼铝合金材料的流动与变形不均匀,导致了应力应变分布的不均匀:材料表面应力应变较大,芯部应力应变较小;表面过大的应变和轴向拉应力是表面裂纹的诱因;减小模具和坯料间的摩擦,增大挤压比,可以减小材料表面应力,使应变分布趋于均匀,从而减少材料表面损伤,优化材料表面质量,提高成品合格率.数值模拟的研究结果将为FMS0714/10(Zn-30Al)阻尼铝合金材料挤压工艺的制订以及新材料的设计和研制提供有益的参考.

气相爆轰波数值模拟中化学反应模型研究

基于改进的时-空守恒元解元算法对气相爆轰波数值模拟中3种常用化学反应模型(二步模型,基元反应模型和Sichel的二步模型)进行了考察。对平面爆轰波和具有胞格结构的爆轰波进行了数值模拟,并对数值结果进行了比较和讨论。结果表明:3种化学反应模型得到的爆轰参数准确性有所差异,但得到的胞格结构均能和实验结果较好吻合。3种化学反应模型在爆轰波数值模拟中各有优缺点,应视具体问题决定使用哪种化学反应模型。

氢氧混合气体爆轰波的真实化学反应模型数值模拟

采用高精度的ENO格式和基于基元化学反应的真实化学反应模型求解氢氧混合气体一维爆轰波的精细结构。采用直接起爆方法得到稳定传播的爆轰波，计算的爆轰波阵面参数和实验相当符合。对爆轰波反应区化学反应的研究表明，参与反应的不同组分具有不同类型的变化特征。网格尺寸影响的研究表明，计算结果的精度随着网格尺寸的增加而增加，并能保持较好的收敛性。移动网格研究结果表明，网格运动速度和爆轰速度接近时，两者的相互作用对计算结果产生一定影响。

水中悬浮隧道在冲击载荷作用下的计算模型与数值模拟

建立了水中悬浮隧道在冲击载荷作用下的简化计算模型。用等效质量法将圆柱壳分布质量折算成冲击点处的集中质量,模型中考虑流体附加质量和系统阻尼的影响。根据碰撞过程中的动量守恒、变形过程中的能量守恒以及结构的位移与内力关系,得到问题的解析解。为验证解析解,在ANSYS/LS-DYNA中建立了动态冲击有限元分析模型。通过算例分别考察了在忽略和考虑流体附加质量两种情况下,冲击点位置和冲击速度对冲击点处最大径向位移的影响,将解析解与数值解进行对比,结果吻合较好。然后采用数值模拟方法得到了系统阻尼对计算结果的影响规律。数值模拟过程中还可以得到冲击点处的最大Mises应力。

突扩圆管内液-固两相流固体颗粒运动特性的DPM数值模拟

采用考虑颗粒碰撞的欧拉-拉格朗日数值模拟方法(DPM),对水平突扩圆管中液固两相流固体颗粒的碰撞过程进行了数值计算。在模型中,对液相采用欧拉法建立控制方程,对离散颗粒采用拉格朗日方法模拟。采用硬球模型描述颗粒间的碰撞作用。计算结果表明,该模型可以真实地模拟液固两相流中固体颗粒运动的动态变化过程以及颗粒的非均匀分布特征,从单颗粒层次上提供颗粒的运动信息,这有助于深入研究液固两相流中固体颗粒的运动规律

外部流场对激光加热运动目标影响的数值模拟

考虑激光与运动目标相互作用的基础上。利用有限元方法分析了亚声速条件下运动目标在激光辐照全过程的温度场和热应力场的分布与演化规律。结果表明：高速流场的存在，导致了明显的冷却效应；加热过程中目标材料出现了屈服，导致激光熄灭后结构内出现残余应力和变形；激光辐照区边缘产生很高的温度梯度和应力梯度，并且由于气流影响，受辐照区域前后两端应力分布不对称。