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Chinese Journal of Chemical Engineering 2021年第4期34卷 241-252页

作者： Zhijian Zuo Shuguang Gong guilan xie School of Mechanical Engineering Xiangtan UniversityXiangtan 411105China

Discrete element method(DEM)simulations of particle mixing process in an intensive mixer were conducted to study the influence of structural and process parameters on the mixing performance and power consumption.The DEM model was verified by comparing the impeller torque obtained from simulation with that from experiment.Impeller and vessel torque,coordination number(CN)and mixing index(Relative standard deviation)were adopted to qualify the particle dynamics and mixing performance with different parameters.A method based on cubic polynomial fitting was proposed to determine the critical mixing time and critical specific input work during the mixing process.It is found that the mixing performance and energy efficiency increases with the decrease of impeller offset.The mixing performance is improved slightly with the increase of blade number and the impeller with 3 blades has the highest energy efficiency due to its low input torque.Results indicate that the energy efficiency and the mixing performance increase with the decrease of filling level when the height of granular bed is higher than that of blade.

关键词： Intensive mixer Particle mixing DEM Mixing performance Power consumption

An Improved Graphics Processing Unit Acceleration Approach for Three-Dimensional Structural Topology Optimization Using the Element-Free Galerkin Method

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Computer Modeling in Engineering & Sciences 2021年第9期128卷 1151-1178页

作者： Haishan Lu Shuguang Gong Jianping Zhang guilan xie Shuohui Yin School of Mechanical Engineering Xiangtan UniversityXiangtan411105China

We proposed an improved graphics processing unit(GPU)acceleration approach for three-dimensional structural topology optimization using the element-free Galerkin(EFG)method.This method can effectively eliminate the race condition under parallelization.We established a structural topology optimization model by combining the EFG method and the solid isotropic microstructures with penalization model.We explored the GPU parallel algorithm of assembling stiffness matrix,solving discrete equation,analyzing sensitivity,and updating design variables in detail.We also proposed a node pair-wise method for assembling the stiffnessmatrix and a node-wise method for sensitivity analysis to eliminate race conditions during the parallelization.Furthermore,we investigated the effects of the thread block size,the number of degrees of freedom,and the convergence error of preconditioned conjugate gradient(PCG)on GPU computing performance.Finally,the results of the three numerical examples demonstrated the validity of the proposed approach and showed the significant acceleration of structural topology optimization.To save the cost of optimization calculation,we proposed the appropriate thread block size and the convergence error of the PCG method.

关键词： Topology optimization EFG method GPU acceleration race condition preconditioned conjugate gradient

Synthesis of TiO_2 nanoparticles by propane/air turbulent flame CVD process

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Particuology 2009年第3期7卷 204-210页

作者： Hongyong xie guilan Gao Zhen Tian Naici Bing Lijun Wang School of Urban Development and Environmental Engineering Shanghai Second Polytechnic University 2360 Jin Hal Road Pudong Shanghai 201209 China

Synthesis of TiO2 nanoparticles by the oxidation of titanium tetrachloride （TiCI4） in high-strength propane/air turbulent flame is investigated tentatively for mass production of TiO2 nanoparticles. Effects of reactor heat flux varying from 247 to 627 kJ/m^2 s, initial TiO2 number density from 2 × 10^20 to 1 × 10^21 m^ 3, and apparent residence time of TiO2 nanoparticles in reactor from 0.06 to 0.9 s, on particle morphology, phase composition, UV absorption and photoluminescence （PL） spectra are studied. The TiO2 nanoparticles synthesized, with mean size of 30-80 nm and futile mass fraction from 0.155 up to 0.575, exhibited a strong PL signal at the wavelength of 370-450 nm, with a wide peak signal at 400-420 nm, reflecting significant oxygen vacancies on the surface of the TiO2 nanoparticles.

关键词： CVD Turbulent flame TiO2 nanoparticles PL spectra

桅杆长径比对有限长锥台形捕能柱涡激横向摆动特性的影响

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振动与冲击 2023年第9期42卷 261-267,303页

作者：龚曙光徐凡业谢桂兰卢海山湘潭大学机械工程学院湖南湘潭411105

无叶片风力机是利用捕能柱的风致横向摆动收集风能并将其转换成电能的装置。通过引入桅杆结构并将其与有限长锥台型捕能柱构成一个捕能系统,在建立有限长锥台型捕能系统简化模型的基础上,推导了与捕能系统几何形状相关的无量纲结构系数... 详细信息

无叶片风力机是利用捕能柱的风致横向摆动收集风能并将其转换成电能的装置。通过引入桅杆结构并将其与有限长锥台型捕能柱构成一个捕能系统,在建立有限长锥台型捕能系统简化模型的基础上,推导了与捕能系统几何形状相关的无量纲结构系数计算式,探讨了桅杆长径比对有限长锥台型捕能柱涡激摆动特性及捕能效率的影响。所得结果表明,桅杆结构的引入能有效地提升有限长捕能柱的涡激横向摆幅峰值及捕能效率,且其均随桅杆长径比的增大呈现先增大后减小的趋势。与无限长捕能柱结构相比,在桅杆长径比为6.67时有限长捕能柱的能量收集效率提升了44.8%;增大桅杆的长径比会使锁频区间增宽,但捕能系统的固有频率会减小;对于给定的捕能系统存在一个与其相匹配的最佳桅杆长径比。所得结论对于无叶片风力机的设计与实际工程应用具有重要的指导作用。

关键词：无叶片风力机涡激摆动锥台形捕能柱桅杆有限长长径比

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配重对拓宽无叶片风力机捕能区间的影响研究

机械工程学报 2023年第4期59卷 265-273页

作者：龚曙光王翔谢桂兰卢海山徐凡业湘潭大学机械工程学院湘潭411105

为提高无叶片风力机的捕能效率,基于调谐捕能柱固有频率原理,提出采用配重方式拓宽无叶片风力机捕能区间的方法,推导添加配重后捕能柱固有频率的计算式,建立捕能柱涡激振动分析的仿真模型并进行了验证,探讨配重质量占比、配重块移动距... 详细信息

为提高无叶片风力机的捕能效率,基于调谐捕能柱固有频率原理,提出采用配重方式拓宽无叶片风力机捕能区间的方法,推导添加配重后捕能柱固有频率的计算式,建立捕能柱涡激振动分析的仿真模型并进行了验证,探讨配重质量占比、配重块移动距离对捕能柱风速锁定区间与捕能效率的影响。所得结果表明,施加配重块后理论计算固有频率接近且大于捕能柱获得最大摆幅所对应的频率;配重块移动与其固定不动相比,捕能柱的捕能功率和风速锁定区间可显著提高,风速锁定区间长度增大了16.3倍;随着配重质量占比值的增大,捕能柱获得最大摆幅的风速锁定区间也增大,且区间长度与配重质量占比之间满足二次函数关系。这意味着当来流风速发生变化时,可通过调整配重块的位置,实现风能捕获最大化。

关键词：无叶片风力机配重法风速锁定区间固有频率捕能效率

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无叶片风力机捕能柱涡激摆动特性及捕能效率

太阳能学报 2022年第1期43卷 21-28页

作者：龚曙光吴兴豪卢海山谢桂兰张建平湘潭大学机械工程学院湘潭411105

针对无叶片风力机捕能柱的涡激摆动特性,构建捕能柱系统简化的质量-阻尼-弹簧振动模型,推导其固有频率与捕能效率的计算式,并结合k-ωSST湍流模型和动网格方法,建立捕能柱涡激摆动的仿真模型并进行验证,探究捕能柱质量比、系统阻尼比和... 详细信息

针对无叶片风力机捕能柱的涡激摆动特性,构建捕能柱系统简化的质量-阻尼-弹簧振动模型,推导其固有频率与捕能效率的计算式,并结合k-ωSST湍流模型和动网格方法,建立捕能柱涡激摆动的仿真模型并进行验证,探究捕能柱质量比、系统阻尼比和固有频率对其涡激摆动特性与捕能效率的影响。结果表明:捕能柱涡激摆动最大摆幅与捕能效率均发生在频率比f*≈1即锁频之处;减小捕能柱质量比与系统阻尼比可增大无叶片风力机的捕能效率;当风速增大时可通过提高系统固有频率,以增大捕能柱的摆动幅度和捕能效率,且雷诺数越大则捕能柱的最大摆幅越大。

关键词：涡激振动固有频率阻尼比无叶片风力机捕能效率质量比

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无叶片风力机捕能柱涡激摆动气动噪声分析

噪声与振动控制 2022年第5期42卷 1-5,20页

作者：龚曙光李志谢桂兰卢海山湘潭大学机械工程学院湖南湘潭411105

针对基于涡激振动无叶片风力机的气动噪声问题,建立捕能柱涡激横向摆动的仿真模型并进行验证,结合SST湍流模型和声类比法,探讨来流风速对捕能柱横向摆动噪声及远场噪声辐射的影响。结果表明,捕能柱涡激摆动产生的噪声为低频噪声,且噪声... 详细信息

针对基于涡激振动无叶片风力机的气动噪声问题,建立捕能柱涡激横向摆动的仿真模型并进行验证,结合SST湍流模型和声类比法,探讨来流风速对捕能柱横向摆动噪声及远场噪声辐射的影响。结果表明,捕能柱涡激摆动产生的噪声为低频噪声,且噪声大小与其摆动角度和频率有关;捕能柱涡激摆动的气动声源为偶极子声源;最大噪声位于捕能柱中段位置,且捕能柱底部的噪声要大于其顶端;辐射噪声声压级与漩涡脱落频率存在对应关系;当来流风速处于锁频风速区间时噪声最大,且其衰减率小于非锁频风速。所得结论可为无叶片风力机的设计与安装提供指导。

关键词：声学无叶片风力机涡激横向摆动气动噪声摆动频率远场噪声

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基于物质点法弹丸侵彻靶板的仿真与结构优化

弹道学报 2023年第2期35卷 46-52页

作者：谢桂兰左立来宋慕清肖芳昱侯昆湘潭大学机械工程与力学学院湖南湘潭411105

为了避免有限元法模拟侵彻时因材料大变形导致的网格畸变及其他问题,基于物质点法建立了弹丸侵彻靶板的数学模型,利用FORTRAN编写程序对案例进行仿真,通过与已有文献中有限元法仿真结果进行了对比和分析,验证了物质点法模拟弹丸侵彻靶... 详细信息

为了避免有限元法模拟侵彻时因材料大变形导致的网格畸变及其他问题,基于物质点法建立了弹丸侵彻靶板的数学模型,利用FORTRAN编写程序对案例进行仿真,通过与已有文献中有限元法仿真结果进行了对比和分析,验证了物质点法模拟弹丸侵彻靶板的可行性。通过该方法对弹丸侵彻三层蜂窝夹芯靶板的过程进行了模拟仿真,结果表明同等质量的蜂窝结构三层夹芯靶板的抗侵彻能力显著提高。采用优化后的蜂窝夹芯靶板结构,对相同入射速度的弹丸侵彻不同蜂窝胞元壁厚、不同厚度蜂窝板的蜂窝夹芯靶板进行了模拟,分析蜂窝结构参数对靶板抗侵彻能力的影响规律,发现随着蜂窝胞元壁厚和蜂窝板厚度的增加,蜂窝夹芯靶板的抗侵彻能力先上升后趋于平缓。研究结果为弹丸侵彻蜂窝夹芯靶板的研究提供了新的研究方法,对装甲防护结构的选取和研究提供了一定思路,同时扩展了物质点法的应用范围。

关键词：物质点法结构优化蜂窝夹芯靶板数值模拟侵彻

基于物质点法的射弹侵彻双层隔板充液结构的数值模拟

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高压物理学报 2023年第1期37卷 117-126页

作者：谢桂兰宋慕清龚曙光侯昆左立来肖芳昱湘潭大学机械工程与力学学院湖南湘潭411105

在充液结构内设置双层隔板空气夹层可以有效减弱水锤效应带来的危害。为了研究双层隔板间距及位置对水锤效应的影响机理,通过已发表的试验数据对数值模拟方法进行验证后,基于物质点法开展了射弹侵彻双层隔板充液结构的数值模拟,分析了... 详细信息

在充液结构内设置双层隔板空气夹层可以有效减弱水锤效应带来的危害。为了研究双层隔板间距及位置对水锤效应的影响机理,通过已发表的试验数据对数值模拟方法进行验证后,基于物质点法开展了射弹侵彻双层隔板充液结构的数值模拟,分析了空穴形成过程、射弹剩余速度、固定点液体压力峰值、出入射壁及双隔板壁变形等情况。结果表明:随着双层隔板间距增大,充液结构的变形程度呈先减轻后加重的趋势;双层隔板位置越靠近入射壁,对压力冲击波传导的阻碍作用越强,充液结构的抗侵彻能力越好。

关键词：充液结构侵彻水锤效应物质点法

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变径变螺距螺旋轴参数化模型及性能仿真

机械工程学报 2008年第5期44卷 131-136页

作者：邱爱红龚曙光谢桂兰许岚湘潭大学机械工程学院湘潭411105

在保证料流均匀的条件下,建立变径变螺距螺旋轴参数化设计的计算模型,给出螺旋轴参数化设计的工程应用实例。然后根据基于面积平均加权函数的混合理论,建立在所设计螺旋轴驱动下物料流动的三维分析模型,通过数值模拟与分析,研究螺旋轴... 详细信息

在保证料流均匀的条件下,建立变径变螺距螺旋轴参数化设计的计算模型,给出螺旋轴参数化设计的工程应用实例。然后根据基于面积平均加权函数的混合理论,建立在所设计螺旋轴驱动下物料流动的三维分析模型,通过数值模拟与分析,研究螺旋轴工作转速、螺径/螺距比对物料三维流动和混合均化效果的影响,探讨螺旋轴工作转速与物料输送性能之间的关系,得到螺旋轴流场的面积平均加权函数的分布云图及相应的结论,为变径变螺距螺旋轴的结构设计提供了理论依据。另外利用本研究内容所生产的变径变螺距螺旋轴已在企业中得到应用。

关键词：螺旋轴变径变节距混合效果参数化模型性能仿真