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混沌对流下的半固态A356铝合金初生相形貌演变研究

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金属学报 2016年第2期52卷 177-183页

作者：刘政张嘉艺罗浩林邓可月江西理工大学机电工程学院赣州341000 江西理工大学材料科学与工程学院赣州341000

研究了半固态A356铝合金熔体中混沌对流的表征,及电磁场诱发的混沌对流对半固态A356铝合金熔体中初生相形貌演变的影响.通过Fluent软件研究了电磁场作用下A356铝合金熔液中微粒的流动轨迹,计算了这些流动轨迹的Kolmogorov熵和分形维数,... 详细信息

研究了半固态A356铝合金熔体中混沌对流的表征,及电磁场诱发的混沌对流对半固态A356铝合金熔体中初生相形貌演变的影响.通过Fluent软件研究了电磁场作用下A356铝合金熔液中微粒的流动轨迹,计算了这些流动轨迹的Kolmogorov熵和分形维数,证明了施加适当的电流频率能在合金熔体中产生混沌运动.结合实验研究,对不同电流频率及工艺参数的实验结果进行对比.研究结果表明,A356铝合金熔体在650℃浇注,电流频率为30 Hz的电磁场中搅拌15 s,并在590℃保温10 min,此时凝固系统的Kolmogorov熵为6829.5 nat/s,分形维数为2.2439,初生相的平均等积圆直径为59.86 mm,平均形状因子为0.71,此时晶粒最圆整细小,组织形貌最佳.

关键词：半固态A356铝合金混沌对流 Kolmogorov熵分形维数电磁搅拌

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扭曲流道内混沌对流及传热特性研究

低温与超导 2023年第9期51卷 45-52页

作者：叶元鹏何宇尹本浩詹小斌中国电子科技集团公司第二十九研究所成都610036 华中科技大学机械科学与工程学院武汉430074

采用数值方法对两种扭曲流道(平面流道和曲面流道)进行了研究,分析了扭曲流道和平直流道在雷诺数处于20~1000范围内时的混沌对流、传热和流阻特性,对比了流道的综合传热性能。结果表明:两种扭曲流道具有混沌特征,雷诺数越大,混沌对流强... 详细信息

采用数值方法对两种扭曲流道(平面流道和曲面流道)进行了研究,分析了扭曲流道和平直流道在雷诺数处于20~1000范围内时的混沌对流、传热和流阻特性,对比了流道的综合传热性能。结果表明:两种扭曲流道具有混沌特征,雷诺数越大,混沌对流强度越高;流道的传热性能随着雷诺数增大而提高,平面流道传热略优于曲面流道,显著优于平直流道;流道的摩擦系数与雷诺数近似成反比,两种扭曲流道摩擦系数均高于平直流道,曲面流道略低于平面流道。不同流道的综合传热性能在不同的雷诺数范围下具有优势,当雷诺数取1000时,曲面流道强化传热评价指标值约为1.55,比平面流道高约4.3%,曲面流道倾向于在较高的雷诺数下取得更好的综合性能。

关键词：混沌对流庞加莱截面李雅普诺夫指数传热流阻

混沌对流中不同稀土元素对半固态铝合金初生相形貌研究

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机械工程学报 2016年第16期52卷 77-85页

作者：刘政张嘉艺江西理工大学机电工程学院赣州341000 江西理工大学材料科学与工程学院赣州341000

研究不同半固态稀土铝合金熔体混沌对流的表征及在不同电磁搅拌频率和时间下诱发的混沌对流对加入相同量La及Yb的半固态A356铝合金初生相形貌演化的影响。用Fluent流体力学软件模拟电磁场作用下A356铝熔液中微粒的流动轨迹,计算流动轨... 详细信息

研究不同半固态稀土铝合金熔体混沌对流的表征及在不同电磁搅拌频率和时间下诱发的混沌对流对加入相同量La及Yb的半固态A356铝合金初生相形貌演化的影响。用Fluent流体力学软件模拟电磁场作用下A356铝熔液中微粒的流动轨迹,计算流动轨迹的混沌特征量Kolmogorov熵,发现只要适当施加电磁场,Kolmogorov熵值随电磁搅拌频率及时间的增大而增加。结合试验,添加两种等量不同稀土对A356铝合金初生相形貌影响,并施加不同搅拌频率及时间的试验参数后,两者都在搅拌频率30 Hz、搅拌时间15 s时,初生相形貌最理想,晶粒细小圆整且Kolmogorov熵值达到最大。但A356-Yb铝合金的初生相形貌优于A356-La铝合金初生相形貌。通过模拟和试验,混沌看似无规则但其中暗含着规律,加入的稀土和施加的磁场频率及时间都互相影响混沌对流下的合金初生相形貌。

关键词：混沌对流 Kolmogorov熵半固态铝合金稀土电磁搅拌

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混沌对流强化传热的场协同分析

郑州大学学报（工学版） 2011年第3期32卷 6-9页

作者：王永庆董其伍刘敏珊王丹郑州大学河南省过程传热与节能重点实验室河南郑州450002

基于采用周期性计算模型得到的混沌对流流道内的流体流动与传热数值计算结果,应用场协同原理,对混沌对流内强化传热进行分析.分析了混沌流道截面上流场与温度场的协同关系,讨论了流道内不同雷诺数下Nusselt数与平均流速与温度梯度矢量... 详细信息

基于采用周期性计算模型得到的混沌对流流道内的流体流动与传热数值计算结果,应用场协同原理,对混沌对流内强化传热进行分析.分析了混沌流道截面上流场与温度场的协同关系,讨论了流道内不同雷诺数下Nusselt数与平均流速与温度梯度矢量积和平均协同角的对应变化趋势,并与普通直流道内层流下的流动与传热场协同情况进行了对比.结果表明,混沌流道改变了流体在流道内速度场的分布,流场的变化影响了温度场的分布,使得两场的协同效果得到明显的改善,从而强化传热.在整个流道内,混沌对流的Nusselt数与速度和温度梯度两矢量的点积具有相同变化关系,混沌对流强化传热的根本机理是改善了两场的协同关系.

关键词：混沌对流场协同原理传热强化层流

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混沌对流中扩散性的数值计算及应用

石油机械 2009年第8期37卷 4-7页

作者：王永庆董其伍刘敏珊华东理工大学机械与动力工程学院郑州大学河南省过程传热与节能重点实验室

根据混沌对流的流动特点,基于混沌动力学中的李雅普诺夫指数的数值计算,提出了混沌对流中扩散性的数值计算方法。将此法应用于混沌结构与普通结构的混沌对流与普通流中,分析了2种流体的扩散指数,并对照其传热特性,讨论了各流态中的流体... 详细信息

根据混沌对流的流动特点,基于混沌动力学中的李雅普诺夫指数的数值计算,提出了混沌对流中扩散性的数值计算方法。将此法应用于混沌结构与普通结构的混沌对流与普通流中,分析了2种流体的扩散指数,并对照其传热特性,讨论了各流态中的流体扩散特性对传热强化的影响。结果认为,混沌结构流道内的流体扩散强度随着Re的增大而线性增大,同种混沌结构内流体的扩散性随流体流速线性增大,相对于普通层流,混沌对流的扩散性提高了流体宏观运动能携带热量的能力,强化了流体间的传热。

关键词：混沌对流扩散性传热强化李雅普诺夫指数

半固态铝合金—稀土初生α相在混沌对流中的凝固形貌演化规律

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半固态铝合金—稀土初生α相在混沌对流中的凝固形貌演化规律

作者：张嘉艺江西理工大学

学位级别：硕士

半固态技术发展至今虽然仅有短短几十年的历史,但它拥有广阔的应用前景与独道的技术优势使之在国内外得到飞速的发展。半固态成形的关键技术之一就是半固态合金熔体制备技术,所以熔体流动状态对合金元素的传输、晶粒的长大、温度场的分... 详细信息

半固态技术发展至今虽然仅有短短几十年的历史,但它拥有广阔的应用前景与独道的技术优势使之在国内外得到飞速的发展。半固态成形的关键技术之一就是半固态合金熔体制备技术,所以熔体流动状态对合金元素的传输、晶粒的长大、温度场的分布、最终的合金组织形貌,以至于能否获得合格的半固态浆料影响极大。本文将混沌理论与半固态技术相结合,主要研究了熔体混沌特性对半固体合金凝固组织形貌的影响。本研究将实验与模拟相结合,采用Fluent软件中的MHD模块和标准k-ε模型,在电磁场作用下,模拟结晶器内部熔体的温度场及熔体微粒质点的运动轨迹,得知在电磁搅拌参数为30Hz、15s时,熔体温度场分布最均匀,其微粒运动轨迹最复杂。通过Lyapunov指数、分形维数和Kolmogorov熵三个混沌特征量的计算与判断,得知电磁搅拌时间和搅拌频率是影响凝固系统混沌程度的两个重要因素。在施加适当的电磁搅拌下,其熔体内部能诱发混沌对流。计算得出了分形维数和Kolmogorov熵值随着搅拌频率的增加而增大,也随着其搅拌时间的延长而增加,所以混沌并非是混乱的现象,其内部依然具有可控因素。同时,在电磁搅拌参数为30Hz、15s时,熔体内部的混沌程度最大,其分形维数为2.240,Kolmogorov熵值为6722.4nat/s。结合实验,选择A356铝合金为基体原料,通过低频率电磁搅拌诱发的混沌对流,探究在其作用下不同电磁搅拌频率、时间及不同稀土元素La和Yb对半固态A356铝合金初生a相的影响。得出了在低过热度浇注下,在电磁搅拌参数为30Hz、15s时合金凝固组织形貌达到最佳。此时,半固态A356-Yb合金初生相平均等积圆直径为60.28μm,平均形状因子为0.78;而半固态A356-La合金初生相平均等积圆直径为65.36μm,平均形状因子为0.75,可见稀土Yb比稀土La影响混沌对流所表征出的初生相更为细小圆整。再利用30Hz、15s的搅拌参数,添加不同比例的二元稀土元素La和Yb,探究了稀土元素在电磁场诱发的混沌对流下对凝固组织形貌的规律及影响因素。得出了当稀土添加量为0.8%La+0.5%Yb时,合金组织形貌达到最优,其初生αα相的平均等积圆直径为62.47μtm,平均形状因子为0.72。通过实验研究,获得了制备半固态A356铝合金浆料合适的工艺参数。本文的创新之处：借助混沌理论,详细的探讨了电磁场作用下混沌对流在半固态铝合金熔体中初生α相形貌的演变行为和理论,以及在电磁场作用下稀土扩散和分布规律的表征方法,同时在该理论和方法的指导下,为探索工业制各高性能半固态铝合金的新工艺及其高效经济的控制理论与技术打下基础。

关键词： A356铝合金混沌对流电磁搅拌稀土元素初生α相

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燃料电池N型扰流式冷却流道设计及传热分析

电源技术 2023年第9期47卷 1188-1192页

作者：刘增鹏刘祯湖北文理学院纯电动汽车动力系统设计与测试湖北省重点实验室湖北襄阳441053 湖北文理学院汽车与交通工程学院湖北襄阳441053

质子交换膜燃料电池的功率密度越高,同体积下产生的废热越多,但冷却流道的体积却没有因此增加,甚至还有所减少。为了提升质子交换膜燃料电池内部冷却流道的传热性能,设计出一种N型扰流式冷却流道,采用数值模拟的方法,将扰流式流道与常... 详细信息

质子交换膜燃料电池的功率密度越高,同体积下产生的废热越多,但冷却流道的体积却没有因此增加,甚至还有所减少。为了提升质子交换膜燃料电池内部冷却流道的传热性能,设计出一种N型扰流式冷却流道,采用数值模拟的方法,将扰流式流道与常规直流道进行对比分析。仿真结果表明:采用扰流式流道的燃料电池,在冷却水流速相同时有着更低的温度和更小的温差;冷却水流速增加,温度和温差降幅更大,但压降也更大。扰流式流道在低雷诺数条件下出现混沌对流,导致部分区域冷却水流向与温度发生突变,减小了场协同角,增强了传热能力。扰流式流道内冷却水能更快地吸收更多的热量,占用体积不变但传热性能更好,且结构简单,为冷却流道的设计提供一定的参考价值。

关键词：质子交换膜燃料电池 N型扰流式传热场协同角混沌对流

聚焦型反馈振荡微反应器高通量可控制备钙钛矿研究

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聚焦型反馈振荡微反应器高通量可控制备钙钛矿研究

作者：施祖纯湖南大学

学位级别：硕士

金属卤化物钙钛矿（MHP）具有良好的电学和光学性能,已被广泛应用于太阳能电池、发光二极管、激光和光催化。传统制备MHP的工业方法通常基于间歇式釜式反应器,其传质传热效率较差,制备的MHP平均尺寸较大,尺寸分布宽,形貌不均匀,且在不... 详细信息

金属卤化物钙钛矿（MHP）具有良好的电学和光学性能,已被广泛应用于太阳能电池、发光二极管、激光和光催化。传统制备MHP的工业方法通常基于间歇式釜式反应器,其传质传热效率较差,制备的MHP平均尺寸较大,尺寸分布宽,形貌不均匀,且在不同批次之间表现出较大的质量波动。为了解决这些问题并连续生产高品质的MHP,均匀的反应环境（即晶体成核和生长的浓度场和温度场都均匀）至关重要。近年来,微反应器因其传热传质效率高、可连续生产等优点,在微纳米粒子的合成中引起了广泛的关注。本论文从改变入口结构的角度对微反应器混合性能进行结构优化,基于优化后的反应器制备了不同尺寸的磷酸铁纳米颗粒及不同形貌尺寸的CsBiX（X=Cl,Br,I）、FAPb Br钙钛矿,研究了CsBiBr光催化苯甲醇选择性氧化的性能。利用多种测试技术手段,对所制CsBiBr、FAPb Br的物化性质进行分析表征,并探究了CsBiBr形貌尺寸对光催化性能的影响。本文主要研究内容和创新性如下:1.设计了一种基于混沌对流的反馈振荡微反应器（OFM）,采用流体可视化剂实验和CFD模拟研究了流体的混合机理,并对其混合性能进行了评价。发现“聚焦型”OFM（FOFM）的混合性能优于“Y型”OFM（YOFM）,对OFM存在的三种特征二次流（涡流、反馈流和振荡流）进行了定量表征,发现高效的入口微通道预混性能对于强化流体混合至关重要。Villermaux-Dushman实验结果表明,FOFM可以在0.34毫秒内实现流体完全混合。利用FOFM可以合成质量良好的Fe PO纳米颗粒,并且只需简单地调节总流速或反应物浓度即可控制粒径。2.利用Villermaux-Dushman实验对两种反馈管结构（对称,非对称）OFM的微观混合性能进行定量表征。结果表明非对称结构反馈管的混合性能优于对称反馈管,其在0.0058毫秒内可以实现流体完全混合。将非对称OFM首次用于高通量制备CsBiX（X=Cl,Br,I）、FAPb Br,探究了流速、温度、反溶剂量、浓度对其形貌尺寸的影响。结果表明,调节反应物的初始浓度可以得到CsBiX纳米片/纳米粒子以及不同形貌的FAPb Br（棒状、颗粒状、片状）。此外,小尺寸的CsBiBr纳米粒子对光催化苯甲醇选择性氧化的性能优于大尺寸纳米片。

关键词：反馈振荡微反应器混沌对流入口结构高通量钙钛矿

内置阻流体无阀压电混合泵的数值模拟分析和实验研究

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内置阻流体无阀压电混合泵的数值模拟分析和实验研究

作者：王宇东北电力大学

学位级别：硕士

随着近些年微加工技术的快速发展,国内外对压电泵和微混合器的研究也随之深入,其应用的范围也越来越广泛。作为主动微混合驱动方式之一,压电泵驱动通过被施加的正弦驱动信号产生振动,相比于其他混合方式,其具有响应性好、输出可以精准... 详细信息

随着近些年微加工技术的快速发展,国内外对压电泵和微混合器的研究也随之深入,其应用的范围也越来越广泛。作为主动微混合驱动方式之一,压电泵驱动通过被施加的正弦驱动信号产生振动,相比于其他混合方式,其具有响应性好、输出可以精准控制等优点。但是,对于二者的结合使用的研究不多,为数不多的研究只是简单的串联结合,这样的混合结构较复杂,整体上不密切。所以,如何将压电泵与微混合器更好的结合在一起,成为压电泵发展的一个方向。本文提出了一种流道及腔体内置阻流体的无阀压电混合泵。由于内置两种阻流体的非对称性,产生了流量差,而其又可以改变流体方向来增强横向传质,通过这种泵腔和流道结构的设置,实现了无阀压电泵既泵送又混合的目的。本文采用了基于ANSYS Workbench软件中Fluent模块的数值模拟仿真分析与混合泵性能实验相结合的方法,具体研究内容如下:首先,对提出的流道及腔体内置阻流体的无阀压电混合泵工作机理进行了分析,证明了其具备可靠的泵送和混合效果。采用Fluent对混合泵进行了仿真。结果表明:新型混合泵具有良好的混合和泵送功能。其中流道内三棱柱形阻流体对混合泵单位时间内的泵送液体量影响更大,随着其个数的增加,流速也增大;而随着阻流体与流道侧壁间距的增加,流速减小。泵腔内半圆柱形阻流体对混合泵混合能力影响更大,其中半圆柱形阻流体对混合能力的影响更大;随着其个数的增加,混合能力增强。对应仿真制作了混合泵的样机,搭建了性能测试平台,对混合泵进行了泵送与混合实验。实验结果表明:在电压70V、频率为10Hz的正弦信号的驱动下,混合泵流速达到5.26ml/min;并采用MATLAB软件对混合图像进行处理,量化分析出其混合效果良好。且两种阻流体和其结构变化对混合泵性能的影响规律与仿真结果一致。此外,还对本文提出的混合泵进行了驱动电压幅值和频率对混合泵的影响实验。实验的结果表明:其随着驱动电压频率的增加,流速先增大后减小,峰值出现在频率10Hz时,峰值处单位时间内泵送液体量为5.26m L/min,其工作频率范围为7-12Hz;而其混合能力随着频率的增加而变强。混合泵随着驱动电压幅值的增加,其流速也随之增大,当在83.3V、10Hz的正弦电压驱动下流速可以达到12.26m L/min;而随着幅值的增加,其混合能力基本无变化。综上可知:本文提出的混合泵具有良好的泵送和混合能力,能更好的适用于医疗、化工等需要微流体混合的相关领域。

关键词：压电无阀混合泵内置阻流体流量差混沌对流动网格