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颗粒团聚对低浓度纳米流体热性质和热过程的影响

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机械工程学报 2009年第3期45卷 1-4页

作者：王补宣清华大学热能工程系北京100084

添加纳米颗粒的悬浮液正在成为迅速开发应用中的新型功能流体,并被命名为"纳米流体"。颗粒在液体中的随机布朗运动和颗粒表面的吸附促成了颗粒团聚成簇,改变了悬浮液的均匀性,引起悬浮液物性的变异,影响了热过程的特性。提出以纳米颗粒... 详细信息

添加纳米颗粒的悬浮液正在成为迅速开发应用中的新型功能流体,并被命名为"纳米流体"。颗粒在液体中的随机布朗运动和颗粒表面的吸附促成了颗粒团聚成簇,改变了悬浮液的均匀性,引起悬浮液物性的变异,影响了热过程的特性。提出以纳米颗粒团聚统计平均尺度的团簇表观特征量的解析计算方法,计算简易,物理含义清晰易懂。将悬浮液视作悬浮的开放型多孔结构,成功地按有效介质理论预测团簇分布不均匀的特性影响,这对有意识地筛选纳米流体的匹配具有实际指导意义。

关键词：纳米流体颗粒团聚团簇的宏观统计特征量纳米流体热物性的预测

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颗粒团聚过程准确碰撞检测快速算法

浙江大学学报（工学版） 2019年第6期53卷 1148-1156页

作者：王亚飞黄群星王飞池涌严建华浙江大学能源清洁利用国家重点实验室浙江杭州310027

碰撞检测的传统算法在应对大量颗粒碰撞团聚时往往执行效率低下,为此提出一种基于"包围球-最大检测区域"预处理的两步式准确碰撞检测快速算法.粗略筛选阶段:所有团聚体用更新成本低的包围球替代表示,并将包围球间的碰撞检测转变为求解... 详细信息

碰撞检测的传统算法在应对大量颗粒碰撞团聚时往往执行效率低下,为此提出一种基于"包围球-最大检测区域"预处理的两步式准确碰撞检测快速算法.粗略筛选阶段:所有团聚体用更新成本低的包围球替代表示,并将包围球间的碰撞检测转变为求解关于时间的一元二次方程问题,通过并行求解这些方程快速筛选出所有可能发生的碰撞;忽略最大检测区域外的碰撞检测以进一步缩短执行时间.精细确定阶段:采用离散碰撞检测快速确定碰撞发生的具体时间和位置;在该阶段,采样时间间隔是自适应的且逐渐减小.将模拟计算结果与未优化的传统算法结果进行对比后发现,在满足相同碰撞检测准确性的前提下,提出的算法将执行效率提升了10～30倍,表明此算法更加适用于大量颗粒团聚过程中的碰撞检测.

关键词：颗粒团聚碰撞检测包围球最大检测区域

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颗粒团聚对稀相气固流动脉动关联项的影响

过程工程学报 2019年第2期19卷 279-288页

作者：冯蘅李清海蒙爱红张衍国孔博清华大学热科学与动力工程教育部重点实验室二氧化碳资源化利用与减排技术北京市重点实验室清华大学-滑铁卢大学微纳米能源环境联合研究中心清华大学能源与动力工程系北京100084 美国能源部艾姆斯实验室美国ia500112230

研究了颗粒团聚对描述稀相气固两相流的气固相宏观控制方程中待封闭气固脉动关联项的影响规律并建立关键待封闭项代数模型。根据气相速度脉动与固相浓度关联项(漂移速度)控制方程,将漂移速度表达为固相非均匀程度和气固平均滑移速度的... 详细信息

研究了颗粒团聚对描述稀相气固两相流的气固相宏观控制方程中待封闭气固脉动关联项的影响规律并建立关键待封闭项代数模型。根据气相速度脉动与固相浓度关联项(漂移速度)控制方程,将漂移速度表达为固相非均匀程度和气固平均滑移速度的代数模型。分别采用两种基于颗粒动理学的欧拉-欧拉框架介尺度方法模拟三维周期条件且固相平均浓度为1%的稀相气固两相流动,第1种方法假设固相速度分布函数f为各项同性的双流体方法(TFM);第2种方法假设f服从各向异性高斯分布的积分矩法(AG)。网格分辨率为颗粒直径dp的1.75倍,气固间动量交换采用Stokes曳力模型,并与文献中采用相同参数设置的欧拉-拉格朗日(E-L)方法模拟结果进行对比。结果表明,AG方法的准确度优于TFM方法,气固平均滑移速度、气固脉动能等更接近E-L方法模拟结果。颗粒聚团的积分尺度小于气相脉动速度的积分尺度,两者均呈各向异性,竖直分量高于水平分量。模拟得到了气固速度脉动关联系数和漂移速度系数。

关键词：两相流数值模拟动力学理论颗粒团聚脉动关联项

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含铝固体复合推进剂颗粒团聚现象

航空动力学报 2023年第12期38卷 2912-2918页

作者：秦文瑾邵宇王利坡齐观超严俊娄永春赵瑜上海理工大学机械工程学院上海200093 上海交通大学密西根学院上海200240 上海航天动力技术研究所上海201109

含Al固体复合推进剂在燃烧过程中,燃烧表面存在Al颗粒团聚现象,其对火箭发动机性能产生重要影响。通过分子动力学算法建立固体复合推进剂三维颗粒微观模型,实现了模拟三维空间内AP颗粒和Al颗粒的随机分布特征。并建立了颗粒的团聚模型,... 详细信息

含Al固体复合推进剂在燃烧过程中,燃烧表面存在Al颗粒团聚现象,其对火箭发动机性能产生重要影响。通过分子动力学算法建立固体复合推进剂三维颗粒微观模型,实现了模拟三维空间内AP颗粒和Al颗粒的随机分布特征。并建立了颗粒的团聚模型,分析研究Al颗粒在随机填充模型中的团聚现象,得到了不同的临界分离距离下Al颗粒粒径分布规律,并将之与实验数据进行对比,最终总结出了合适的临界分离距离与Al颗粒直径的经验公式。然后总结出了Al颗粒在气固交界面发生团聚后粒径的分布规律,设计了Al颗粒在气固交界面的Rosin-Rammler概率分布函数,分析得到其均匀性系数与特征系数分别为1.4453与86.49,可用于数值模拟计算固体燃料燃烧面退移过程中表面Al颗粒喷射的初始粒径。

关键词：固体复合推进剂颗粒团聚分子动力学颗粒喷射固体火箭

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碰撞诱发颗粒团聚及破碎的力学分析

清华大学学报（自然科学版） 2002年第12期42卷 1639-1643页

作者：张文斌祁海鹰由长福徐旭常清华大学热能工程系北京100084

有别于以往对颗粒团聚问题宏观而粗略的研究,提出从微观受力的角度探索颗粒团聚及破碎的机理。对循环流化床内运动颗粒的全受力分析表明,一般流化条件下,影响颗粒团聚及破碎最主要的作用力为弹性力和vanderWaals力。通过建立基本的Newto... 详细信息

有别于以往对颗粒团聚问题宏观而粗略的研究,提出从微观受力的角度探索颗粒团聚及破碎的机理。对循环流化床内运动颗粒的全受力分析表明,一般流化条件下,影响颗粒团聚及破碎最主要的作用力为弹性力和vanderWaals力。通过建立基本的Newton运动学方程并结合材料力学可以推导出碰撞变形过程中弹性力和vanderWaals力随碰撞时间的变化规律;进一步对比两者在碰撞过程中的相对大小可对颗粒团聚和破碎的趋势进行力学解释。

关键词：颗粒团聚力学分析颗粒碰撞弹性力 vanderWaals力循环流化床颗粒破碎碰撞变形

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基于颗粒团聚理论的纳米制冷剂导热系数计算

上海交通大学学报 2006年第8期40卷 1272-1277页

作者：姜未汀丁国良王凯建上海交通大学制冷与低温工程研究所上海200030

用基于颗粒团聚理论的导热系数算法计算了2种铜-水纳米流体在不同配比下的导热系数并与实验数据对比,证明了算法的可行性.使用该算法计算了5种铜-R22纳米制冷剂在不同配比下的导热系数.计算结果表明,颗粒团聚理论和热阻网络法是进行纳... 详细信息

用基于颗粒团聚理论的导热系数算法计算了2种铜-水纳米流体在不同配比下的导热系数并与实验数据对比,证明了算法的可行性.使用该算法计算了5种铜-R22纳米制冷剂在不同配比下的导热系数.计算结果表明,颗粒团聚理论和热阻网络法是进行纳米制冷剂导热系数研究的有力工具.

关键词：纳米制冷剂导热系数颗粒团聚热阻网络法

一种基于透射比的纳米流体颗粒团聚定量分析方法

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上海交通大学学报 2007年第10期41卷 1648-1652页

作者：姜未汀丁国良王凯建高屹峰上海交通大学制冷与低温工程研究所上海200240 日本富士通将军空调技术研究所国际铜业协会上海代表处上海200020

为了得到简单易行的定量反映纳米流体颗粒团聚的方法,在分析纳米颗粒团聚与纳米流体透射比之间关系的基础上,提出团聚体平均颗粒数这一可以定量反映纳米流体内颗粒团聚状况的参数,并推导出基于纳米透射比的团聚体平均颗粒数的计算式.所... 详细信息

为了得到简单易行的定量反映纳米流体颗粒团聚的方法,在分析纳米颗粒团聚与纳米流体透射比之间关系的基础上,提出团聚体平均颗粒数这一可以定量反映纳米流体内颗粒团聚状况的参数,并推导出基于纳米透射比的团聚体平均颗粒数的计算式.所提出公式的计算结果与利用反映实验数据的三维DLCA模型得到的团聚体平均颗粒数吻合较好,反映了该计算式的有效性.

关键词：纳米流体颗粒团聚透射比定量检测方法

颗粒团聚行为对弥散型核燃料芯体失效的影响分析

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原子能科学技术 2024年第4期58卷 868-877页

作者：董颖璇吕俊男李群西安交通大学航天航空学院机械结构强度与振动国家重点实验室陕西西安710049 中国核动力研究设计院反应堆燃料及材料重点实验室四川成都610213

针对燃料颗粒团聚行为对弥散型核燃料芯体失效的影响,开发了弥散型核燃料元件代表性体元模型的参数化建模及数值计算脚本,综合考虑燃料-基体界面损伤层、燃料颗粒辐照肿胀以及环境压力等关键特征进行了数值建模,系统分析了燃料颗粒团聚... 详细信息

针对燃料颗粒团聚行为对弥散型核燃料芯体失效的影响,开发了弥散型核燃料元件代表性体元模型的参数化建模及数值计算脚本,综合考虑燃料-基体界面损伤层、燃料颗粒辐照肿胀以及环境压力等关键特征进行了数值建模,系统分析了燃料颗粒团聚体积分数、颗粒团聚位置、运行环境静水压力以及基体材料性质对弥散型核燃料芯体失效的影响规律,发现燃料颗粒团聚区域是弥散型核燃料芯体失效的起点,而运行环境静水压力对芯体应力集中有抑制作用,揭示了燃料颗粒团聚现象对弥散型核燃料元件力学性能的“短板效应”。团聚区域的燃料颗粒通过密集堆叠的方法进行几何建模,局部燃料颗粒团聚体积分数由最小颗粒间距定义。有限元计算结果表明,燃料颗粒团聚体积分数越大,弥散型核燃料芯体越容易失效。而包壳外的环境压力会降低芯体内燃料颗粒团聚区域的应力水平,但随着局部团聚程度的增加,环境压力对芯体中Mises应力的影响逐渐减小。此外,燃料颗粒团聚区域相对弥散型核燃料芯体厚度方向位置改变对芯体的最大Mises应力几乎没有影响;燃料颗粒团聚区域在弥散型核燃料芯体的面内分布位置和环境压力共同决定弥散型核燃料芯体的失效行为。本研究可为弥散型核燃料元件的失效条件预测、可靠性评估和结构优化设计提供分析方法和数值依据。

关键词：弥散型核燃料元件颗粒团聚强度分析短板效应基体失效

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颗粒团聚分布的复合材料数值模型

精密成形工程 2024年第4期16卷 79-86页

作者：翁琳吴爱中张镇国吴军梅上海工程技术大学城市轨道交通学院上海201620 西安航天动力技术研究所固体推进全国重点实验室西安710025

目的提出颗粒团聚分布的数值模型参数化建模方法,以高效建立颗粒有序分布的复合材料微观构型。方法以颗粒尺寸、颗粒团聚区域的半径以及团聚区域局部体积分数和整体体积分数的比值作为表征颗粒团聚结构的基本建模控制参数,首先建立了圆... 详细信息

目的提出颗粒团聚分布的数值模型参数化建模方法,以高效建立颗粒有序分布的复合材料微观构型。方法以颗粒尺寸、颗粒团聚区域的半径以及团聚区域局部体积分数和整体体积分数的比值作为表征颗粒团聚结构的基本建模控制参数,首先建立了圆形/球形区域内的Voronoi多胞元结构,其次编写基于Python语言的接口程序,根据角点坐标和几何拓扑关系将多胞元结构导入有限元软件中,并对每个胞元按团聚区域局部体积分数进行缩放,形成了圆形/球形区域的颗粒团簇,最后使用随机顺序吸附算法将团聚颗粒在代表单元内周期性随机投放,生成了颗粒团聚分布的复合材料二维/三维微观构型。结果使用不同控制参数进行数值建模测试,生成一个颗粒数目在1000以内的二维/三维颗粒团聚微观构型仅需要数分钟,验证了本文方法的有效性。使用二维模型对单轴拉伸进行数值模拟,结果表明,材料宏观塑性随着颗粒团聚程度的增大而降低。结论本文建模方法可以为复合材料结构设计提供有效的数值仿真支撑。

关键词：复合材料颗粒团聚 Voronoi结构有限元方法力学性能

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