针盘式粉碎机圆柱齿钉二维绕流数值模拟

为了分析针盘式粉碎机静圆柱齿钉的气动力学特性,利用计算流体力学(diesel engine emission experiments,CFD)方法,对粉碎机中二维单圆柱齿钉的绕流问题进行研究。在进行计算之前,采用均匀来流中的圆柱绕流问题对计算模型进行验证,并且对数值计算中的网格和时间步长独立性均进行了算例考核。结果表明:在雷诺数小于200的范围内,流动出现3种不同的流态;在稳定分离区中圆柱齿钉上的附着涡最大长度约等于齿钉直径,且附着涡随雷诺数增加出现了消亡的现象;在不稳定泄涡区流动只在较小的雷诺下呈现出周期性,圆柱齿钉上受到流体周期性的升力和阻力均很小,在较大雷诺数下,流动的无量纲频率增加,且不再由单个频率主导,出现了一个频带;在不稳定泄涡区的无量纲频率比均匀来流中的圆柱绕流情况小一个数量级。该文为研究粉碎机圆柱齿钉在高雷诺数下的受力情况提供了参考。     

排气催化转化器气流分布的数值模拟和试验

运用计算流体动力学对汽车排气催化转化器气流特性开展数值模拟。对4种不同的催化转化器结构的气流特性和压力损失特性进行对比，采用平滑过渡的引流结构，压力损失最小。对不同排气流速的气流场分布和压力损失进行了模拟和分析。研究表明排气流经催化转化器的压力损失主要是由排气流进和流出载体通道时产生的，由于载体通道入口对气流的阻碍作用，使得气体流入载体各通道的流速趋向一致。通过试验证明采用计算流体动力学开展催化转化器气流分布、压力损失的优化是可行的。     

坐水播种时耕层土壤水分入渗的二维数值模拟

描述了坐水播种时土壤水分入渗的物理过程，根据非饱和土壤水运动理论，对其建立了二维数学模型，用交替隐式差分法进行了求解，并用室内试验验证了数值模拟结果。通过对模拟结果的分析，说明了回土量、较低土壤初始含水率以及种沟宽度对入渗过程的影响，由此提出了坐水播种实践中控制回土量的3个条件。     

枸杞真空冷冻干燥动力学的数值模拟及分析

为探究枸杞真空冷冻干燥过程中的热质迁移,克服应力应变现象不能直观获取的问题。该研究通过对鲜枸杞切片试验图像二值化处理,建立了鲜枸杞真空冷冻干燥的热-质-结构耦合的物理模型,对真空冷冻干燥过程中枸杞温度变化、水分变化以及其内部的应力应变进行了热-质-力耦合分析,并对分析结果进行试验验证。模拟分析结果表明,预冻结过程中,细胞始终在膨胀,当细胞完全冻结时细胞所受应力达到最大,而干燥阶段热质传递对应力影响较小。提高真空冷冻干燥过程中的升温速率,在一定程度上能够缩短冻干所需时间,并且真空冷冻干燥过程中的枸杞样本的含水率下降速率随干燥时间的增大而减小,该变化趋势与Wang and Singh模型更加贴合（R2为0.983）。同时试验验证结果表明,该研究建立的模型能够较好反映并预测真空冷冻干燥过程枸杞样本的温度及应力应变的变化趋势（R2为0.857）。研究结果可为真空冷冻干燥系统优化和工艺参数的科学制定提供参考。     

旋流泵无叶腔内部流场数值模拟

简要介绍了旋流泵国内外的研究历史和现状。对型号为WQX20-16-2.2的旋流泵内部流道进行了三维造型,应用非结构化网格生成技术,首次把旋流泵无叶腔和叶轮作为一个整体,对其内部三维不可压湍流场进行数值模拟。采用工程实际中广泛应用的湍流模型即基于雷诺时均方程和 双方程湍流模型,用SIMPLE算法来求解,给出了旋流泵无叶腔内部速度和压力分布图,并对计算结果进行了分析和研究。结果表明了旋流泵无叶腔内部流动确实存在较强的纵向旋涡和轴向旋涡,不仅验证了前人提出的流动模型的正确性,而且为今后进一步改进和完善旋流泵设计理论提供了一定的依据。     

沼肥采运车储罐动力学数值模拟与相似模型试验

为满足沼肥采运车的工作效率,设计12 t大型车载式沼肥采运储罐,并针对大型沼肥采运车运输沼肥遇紧急制动时,储罐内部沼肥剧烈晃动对壁面产生的冲击可能导致储罐及连接支撑结构损坏,为安全运输带来隐患的问题。该文采用VOF(volume of fluid)多相流模型对采运车紧急制动时不同充料比下储罐内沼肥晃动进行分析和数值模拟,得出采运车的最佳运输充料比范围0.8~0.9;利用CATIA有限元分析模块在储罐三维模型上建立各零部件间具有联接和力传递关系的有限元模型,根据采运车工况,施加约束及储罐前封头和前防浪板所受冲击载荷峰值最大时的载荷边界条件后进行计算,依据计算结果调整储罐设计并优化结构,重新计算得到储罐的变形和应力分别为6.25 mm、136 MPa;运用相似理论量纲分析法确定储罐模型的几何尺寸及试验参数,模型试验中前防浪板迎峰面所受的冲击力计算值与原型中的数值模拟值存在近似1:64的比例关系,模型试验结果可推广至原型。研究为大型沼肥采运车储罐设计提供了可行的解决方案,同时也为类似运输罐车的研究提供参考。     

脉动气流喷雾干燥的数值模拟

利用CFD模型对脉动气流喷雾干燥过程进行了数值模拟，得到了干燥过程中干燥室气体流场和颗粒运动轨迹、气体局部湿度和温度变化及不同初始直径颗粒在干燥室内干燥情况的详细信息， 解决了由于难以动态测量上述参数而不能清楚了解该干燥过程的难题。模拟结果表明脉动气流喷雾干燥具有干燥时间短，蒸发速度大等特点。     

应用颗粒分析法还原土壤流失量的方法

对于不适宜布设径流池的坡度较大的山区和丘陵地区,当降雨强度大或融雪水量较大,土壤流失监测点径流筒里的水集满而不能及时进行分流处理时,部分粒径较小的颗粒物质便随水流出径流筒,最终使得所测样方土壤流失量比实际流失量要小。采用颗粒分析法还原土壤流失量,能较合理地确定监测点土壤流失的实际情况。     

分步型流域“降雨-流出”过程数值模拟方法的研究

流域地表流出的计算是水文学的一个重要研究课题。本研究以黄土高原北部的六道沟流域为流域模型,在确定试验流域地形和土壤物理性质的基础上,利用运动波理论和拟河道网开发分布型流域的"降雨-径流"过程的数值计算方法,对观测流量数值模拟结果的分析表明,该计算方法适用于北部黄土高原的实际,研究结论为该区域的地表水资源的推求提供了一种有效的数值计算方法。     

激光粒度仪与沉降一吸管法测定褐土颗粒组成的比较

土壤颗粒组成是土壤的基本物理属性之一,沉降—吸管法是传统土壤颗粒分析的主要方法,激光粒度仪法是近年来新兴的粒度分析方法。为了研究二者的差异,选取了23个黏粒含量差异较大的褐土样品,采用上述两种方法对土样进行了分析。结果表明:激光粒度仪检测<0.002mm颗粒含量低于吸管法,但二者有较好的相关性,决定系数为0.97;在检测<0.02mm颗粒含量时两者比较接近,并且相关性很好,决定系数为0.99;检测<0.05mm颗粒含量时两者也比较接近,决定系数为0.91。激光粒度仪检测结果通过转换模型修正后,可以较好地反映褐土土壤颗粒组成情况。