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关键词： 晶格Boltzmann方法   数值模拟   异构表面   润湿性   液滴弹跳  

摘要： 对液滴弹跳的认识在喷墨打印、药物输运、微流控等技术领域中发挥着重大的指导作用，因此受到人们的广泛关注。具有渐变间距的凹槽结构表面形成的润湿梯度使得撞击其上的液滴呈现复杂的不同方向的弹跳行为，数值模拟是研究该现象的有效方法。本文采用基于化学势模型的晶格Boltzmann方法，对液滴撞击相同间距和渐变间距的凹槽表面所产生的弹跳行为进行建模并对比分析，通过进一步分析液滴在弹跳过程中的接触角、接触线、受力、内部动量以及速度矢量的变化讨论导致反向弹跳的原因。结果表明，液滴在不对称凹槽上会产生一系列不对称形变，在韦伯数为42.4时，液滴完成铺展，收缩后趋向于亲水方向进行顺润湿梯度弹跳，而当液滴韦伯数增大到53时，浸入凹槽中液体更深的且不对称性更为显著，这导致右侧接触线扎钉，由此产生的迟滞力促使界面上的部分液滴收缩后重心向右迁移，最终导致液滴逆表面润湿梯度反弹。该研究可能对设计操纵液滴运动的微结构表面具有指导作用。

关键词： 双极板   液压成形   正交试验   数值模拟   回弹  

摘要： 鉴于风冷质子交换膜燃料电池的双极板在成形过程中发生了严重减薄且流道高度不均匀，采用ABAQUS软件对316L钢双极板液压成形过程进行了数值模拟，研究了液压压力、流道深度、圆角半径、摩擦因数对双极板成形质量的影响。此外，为优化最大减薄率和平均回弹率，进行了正交试验。结果表明：双极板优化的最大减薄率和平均回弹率分别降至31.63%和1.46%；流道深度对双极板成形质量的影响最大，而摩擦因数的影响最小；优化的液压压力、流道深度、圆角半径和摩擦因数分别为250 MPa、0.4、0.3 mm和0.15；回弹补偿后双极板的平整度标准差从4.23×10-3降至4.31×10-4。

关键词： 轴流泵   泵装置   固液两相流   压力脉动   数值模拟  

摘要： 为研究轴流泵输送含沙水流时的压力脉动特性，基于Euler多相流模型、RNG k-ε湍流模型与SIMPLEC算法，对轴流泵装置内固液两相流动进行数值模拟。重点分析轴流泵装置在清水工况下不同位置的压力脉动特性，对比分析了设计工况下清水介质、固液两相流的压力脉动特性。结果表明：在清水介质工况下，轴流泵装置叶轮进、出口处压力脉动呈现明显周期性，幅值从轮毂到轮缘逐渐递增，叶轮出口脉动幅值小于叶轮进口；导叶中间处脉动幅值比叶轮进、出口处幅值小，沿着径向压力脉动幅值先减小后增大，导叶出口处压力脉动幅值沿径向分布不规律。清水工况和固液两相流工况下叶轮进口压力脉动幅值无明显差异，但两相流工况下的压力脉动波形相位比清水工况时滞后0.04 s左右，在导叶中间及出口处压力脉动分布规律差别较大，固液两相流工况下压力脉动幅值较大。当水流含沙时，导叶中间截面漩涡强度分布比清水工况复杂，且强度也较大。研究结果可为轴流泵装置的优化设计提供一定参考。

关键词： 石油烃污染土壤   阴燃峰值温度   阴燃反应特性   处置效果   数值模拟  

摘要： 石油开采和运输过程中会产生大面积的石油烃污染地块，对环境危害高，亟须高效清洁的修复技术。本研究以石油烃污染土壤为研究对象，在每批次100 kg的阴燃中试装置中开展石油烃污染土壤修复实验，分析阴燃过程的温升特性及修复效果，并建立适用于阴燃过程温升规律准确描述的数值模型。结果表明：在石油烃污染土壤热值为1.56～1.80 MJ·kg-1、含水率8%和空气流量30 m3·h-1的条件下，中心区域阴燃峰值温度为500～700 ℃；阴燃后污染土壤中石油烃浓度由2.53×104mg·kg-1降低至212.60 mg·kg-1，平均修复率达99.10%；数值模拟与实验温升曲线总体吻合度较高，在中心区域处338～423 min和375～400 min反应温度段对应误差分别为1.01%和1.65%，为阴燃温升规律预测提供了理论依据。该研究结果可为阴燃技术在石油烃污染土壤的工程化应用提供理论指导。

关键词： 非线性超声   相控阵检测   共轴混频技术   材料早期损伤   数值模拟  

摘要： 基于非线性相控阵技术对重大装备中的材料早期损伤开展研究，对关键结构的健康检测及早期损伤评价意义重大。结合超声相控阵技术和非线性共轴混频检测的优点，有望实现材料早期损伤的精确定位和轮廓成像。该文主要基于数值模拟手段，首先研究基于超声相控阵原理的混频基波幅值调控方法，使其满足共轴混频谐波的激发条件，并对相控阵晶片排布进行优化；其次，厘清基于相控阵技术的非线性混频过程，并改进表征超声非线性程度的评价指标；最后，结合混频谐波定位原理及相控阵定点聚焦成像方法，提出针对损伤区域的精确定位和轮廓成像方法。该文研究结果可为材料早期损伤的有效评估提供参考和借鉴。

关键词： 调水调沙   叶绿素a   泥沙输运   生态模型   数值模拟   黄河口  

摘要： 为了研究2021年调水调沙期间黄河口水沙分布及生态环境变化，探讨调水调沙对河口地区水动力和生态环境的影响机制。本文基于非结构网格有限体积海洋模型（Finite volume community ocean model，FVCOM），建立渤海三维水动力模型和生态模型，并结合遥感资料，分析调水调沙期间黄河口冲淡水、悬浮泥沙、营养盐及叶绿素a质量浓度的时空变化特征。结果表明，调水调沙显著改变了黄河口冲淡水和悬浮泥沙的分布与扩散特征。调水调沙期间，黄河口海域悬浮泥沙和营养盐浓度明显增加，悬浮泥沙扩散范围在排沙期和排水期基本一致，但因入海径流量减少，排沙期扩散范围有所限制。陆源物质主要集中在河口南北两侧，南侧扩散范围大于北侧。同时，调水调沙期间氮磷比增大，营养盐输入促进浮游植物生长，导致叶绿素a质量浓度显著升高。然而，悬浮泥沙浓度上升引发光限制效应，部分抵消了营养盐增加对初级生产的促进作用。研究表明，将排沙期设置在调水期之后，对降低光限制效应和抑制有害藻华具有重要作用。本研究为优化黄河口调水调沙方案、有效防控藻华及维护生态环境提供了科学依据。

关键词： 激光电弧复合焊接   熔池形态   低碳钢   数值模拟   实验研究  

摘要： 激光电弧复合焊接技术作为集高能量密度、高效率与低变形等优势于一体的先进连接技术，在低碳钢结构制造领域具有重要应用价值。本文以Q235低碳钢为研究对象，采用数值模拟与实验研究相结合的方法，系统研究了激光电弧复合焊接过程中熔池的热流耦合特性。建立了综合考虑电弧压力、电磁力等多物理场耦合作用的三维瞬态数值模型。研究结果表明：数值模拟与实验结果具有良好的一致性，验证了组合热源模型的可靠性；复合焊接相比单一热源焊接可显著改善熔池形貌，提升焊接质量；通过正交实验优化获得最佳工艺参数组合（激光功率8000W、焊接速度0.03m/s、光斑半径1.5mm、焊丝直径1.5mm），该参数下熔池稳定性最佳，熔深与熔宽差值最小。本研究揭示了核心焊接参数与熔池动态演变的内在作用规律，为激光电弧复合焊接工艺的精准优化提供了科学依据，同时开发了具有实际应用价值的技术方案。

关键词： 贫油直喷燃烧室   旋流器   低排放   数值模拟  

摘要： 基于多点LDI径向分级技术对某型燃烧室进行改型设计，采用数值模拟方法研究了主燃级旋流器旋向及低工况下主燃级工作模式对燃烧性能的影响。研究表明：设计工况下主燃级旋流器旋向会影响到两级旋流器之间的剪切作用，会改变中心值班级的回流区尺寸与旋流强度，模型Ⅰ（主燃级与值班级旋向相同）的出口温度分布系数和NOx生成量均大于模型Ⅱ（主燃级与值班级旋向相反）；30%工况下对比了三种工作模式，不喷油的主燃级回流区径向尺寸缩小，与中心值班级接近，模式1（模型Ⅱ，同向主燃级工作）的回流区轴向尺寸最长，出口温度分布系数最小；模式0（模型Ⅰ，间隔主燃级工作）的中心值班级高温区轴向分布最长，主燃级低温区轴向分布最短，模式2（模型Ⅱ，反向主燃级工作）的中心值班级高温区轴向分布最短；NOx生成量上模式0最低，模式1最高，模式2的整体性能最优。

关键词： 高压圆盘气体轴承   共轭传热   混合域   数值模拟   卷吸气流  

摘要： 为深入研究高压圆盘气体轴承中的复杂共轭传热特性，构建了轴承内外混合域流场及被其包围的固体域的二维轴对称模型，并对其进行了共轭传热数值模拟。模型综合考虑了高供气压力下间隙流道内从亚音速到超音速的气流以及外部卷吸气流的影响。研究表明：相较于传统自然对流假设，混合域模型的计算更为精确。上、下圆盘外端面的对流换热系数均值分别达133.95 W/（m2·K）和102.31 W/（m2·K），上、下外圆柱面均值分别为225 W/（m2·K）和205 W/（m2·K），较自然对流假设(10 W/（m2·K）)提高10～22倍。间隙流道耦合面热流密度峰值降低38%，表明卷吸流对圆盘换热具有显著调节作用。基于能量守恒准则验证圆盘净热通量小于0.87 W（相对误差<1.12%），满足工程精度需求，为高压气体轴承的优化设计提供了理论支持。

关键词： 高压捕获翼   翼型   高速   数值模拟   气动特性  

摘要： 高压捕获翼构型作为一种在高速条件下具有巨大发展潜力的新型气动布局，其气动性能主要取决于捕获翼的几何形状及位置。该构型与常规布局差异显著，高速时机体激波将严重干扰捕获翼。然而，翼型对其气动特性的影响机制尚未明确。为此，本文基于高压捕获翼单翼概念构型，选取4种典型的高速翼型，通过计算流体力学数值模拟技术，分析了设计条件（来流马赫数为6）和非设计条件（来流马赫数为3）下翼型对该构型升阻特性和稳定特性的影响。结果表明，翼型对设计条件下的整机升阻特性影响较小，而在非设计条件下影响稍大，这种差异源于非设计条件下机体受到捕获翼前缘激波和反射激波的干扰。此外，四边形翼型在两种工况中均表现出最优的整机升阻比。稳定性分析表明，除三角形翼型压心和焦点位置在多数攻角下显著后移外，其余翼型间差异较小。因此，设计条件下捕获翼构型的气动特性对翼型选择并不敏感（除三角形翼型的稳定特性外），这为宽速域翼型设计提供了更广阔的优化空间。