胡桂林
,
李国能
,
张治国
,
郑友取
工程热物理学报
反应溅射沉积技术(RSDT)可以生成纳米大小的颗粒并有效溅射形成性能稳定的催化层,是一项崭新的催化层制备技术.为从理论上研究RSDT过程的复杂物理化学过程,本文提出了RSDT过程的三维综合数学模型,模型描述了流体流动、热/质传递,并与燃料气的化学反应和液滴的燃烧相耦合.RNGκ-ε模型用于描述湍动燃烧气流,液滴的跟踪和分析在拉格朗日框架下进行,并利用Monte Carlo方法生成了催化层的表面结构.计算结果可以为该技术的优化提供一定的参考.
关键词:
反应溅射沉积技术
,
数值模拟
,
RNGκ-ε模型
,
蒙特卡洛法
,
多组分反应
郑友取
,
李国能
,
胡桂林
,
张治国
,
许友生
工程热物理学报
为研究黏性应力与脉动流强化传热的相关性,编写了基于D2Q9格式的格子玻尔兹曼数值模拟程序,获得了雷诺数Re=120时脉动流中等温圆柱体当地努塞尔数和无量纲黏性应力的分布特性.格子玻尔兹曼数值模拟程序采用双概率密度函数模型,圆柱体曲边界采用二阶精度的外推方法处理.数值模拟结果显示,无量纲的黏性应力与脉动流强化传热效果具有正相关特性.脉动流通过增加圆柱体迎风面的黏性应力,从而实现强化传热.
关键词:
脉动流
,
圆柱体
,
强化传热
,
格子玻尔兹曼方法
樊建人
,
胡桂林
,
姚军
,
岑可法
工程热物理学报
本文运用谱元方法对气固两相圆柱绕流进行了直接数值模拟.在获得高精度计算流场信息基础上,进行颗粒扩散运动的研究.通过研究颗粒大小对颗粒扩散运动的影响来刻画气固两相圆柱绕流的物理特征.研究时发现,由于圆柱尾流独特的涡结构特征,颗粒在流场中心轴线附近区域的扩散机理主要是决定于吸力作用,该作用会驱使小颗粒卷吸进入圆柱尾部近壁区,甚至与圆柱后壁发生碰撞,这种扩散机理与混合层中颗粒扩散机理明显不同.
关键词:
谱元方法
,
直接数值模拟
,
气固两相
,
圆柱绕流
,
扩散
李文春
,
胡桂林
,
樊建人
,
岑可法
工程热物理学报
本文采用直接数值模拟(DNS)方法研究了气固两相混合层的涡量场和颗粒扩散,分析了湍流混合层中涡结构的卷起和配对过程,并讨论了大尺度涡结构的配对过程对平均速度、雷诺应力的影响.同时分析了混合层中不同Stokes数的颗粒在涡结构的作用下的混合和扩散.结果显示Stokes数为1的颗粒主要分布在流场大尺度涡结构的外边界,而Stokes数为0.01在涡结构的作用下,在流场中充分混合.
关键词:
直接数值模拟
,
气固两相混合层
,
涡结构
,
颗粒扩散
胡志军
,
林江
,
樊建人
,
胡桂林
工程热物理学报
基于人体医学CT扫描，重建得到“鼻腔咽喉主气管一六级支气管”三维几何模型；采用大涡模拟和离散相模型的描述颗粒运动，并在拉格朗日框架下跟踪颗粒。考察了四种气载放射性微粒在典型呼吸强度下的运动和沉积。结果表明：在各工况下，气载放射性颗粒在呼吸道内运动受流道变化、缩放效应、呼吸强度和阻流面等影响较大，均呈现出明显的积聚性和沉积的高度不均匀性，易形成局部沉积热点。在4个弯曲面、2个缩放管结构区域以及支管分叉面出现大量颗粒沉积。气载放射性颗粒的沉积热点区域将导致人体组织细胞的应激反应，造成组织和器官的辐射损伤。颗粒的沉积率随粒径和呼吸强度的增加而增加，但粒径小于0．5μm后，沉积率呈相反趋势。大颗粒在呼吸道内受流道变化、呼吸强度和阻流效应等影响较大，小颗粒受布朗运动和斯坦夫升力影响更显著。
关键词:
大涡模拟
,
六级支气管
,
放射性微粒
,
沉积
胡桂林
,
刘永江
,
樊建人
,
岑可法
工程热物理学报
本文发展了一个质子交换膜燃料电池的三维数学模型,用于研究整个电池内的传递现象,模型全面考虑了流体流动、热量传递、电化学动力学和多组分传递等物理化学过程.数值求解数学模型获得了电池内详细的温度、反应物浓度和电流等的空间分布情况.为验证模型的正确性,将估算的电池性能与文献中的实验数据进行了比较.
关键词:
燃料电池
,
质子交换膜
,
传递现象
,
数值模拟
郑友取
,
李国能
,
胡桂林
,
泮国荣
工程热物理学报
为研究次声频脉动流中圆柱体对流换热的特性,搭建了脉动流强化传热实验台架,研究了不同脉动频率(f=6～20 Hz)的脉动流横掠圆柱体的对流换热问题,脉动波的有效压力振幅prms固定为22 Pa.结果表明;低频小振幅的脉动流横掠热圆柱体时,对流换热相对努塞尔数随着频率的降低线性增大,最大值可达4.0以上;辐射热流率占总热流率的比例随着频率的降低而呈指数下降.
关键词:
对流传热
,
脉动流
,
次声频
,
圆柱体
林江
,
胡桂林
工程热物理学报
为了深入了解最直接危害人体健康的微细可吸入颗粒物在人体上呼吸道中的运动情况,建立了一个包括口腔、咽、喉、气管和支气管的完整的人体上呼吸道三维几何模型,并且基于该模型对人体在稳态呼吸状况下,呼气、吸气时微细颗粒在人体上呼吸道中的运动进行了数值模拟.气流场采用RNG k-ε湍流模型进行计算,在拉格朗日框架下追踪颗粒运动轨迹.模拟结果与文献实验数据进行了比较,吻合一致.研究结果揭示了微细颗粒在人体上呼吸道中的运动规律,可为进一步研究微细可吸入颗粒物的致病机理提供理论依据.
关键词:
人体呼吸
,
微颗粒
,
运动特性
,
数值模拟
林江
,
胡桂林
,
樊建人
,
潘登
工程热物理学报
为研究人体鼻腔内的气体流动和颗粒沉积状况,基于19岁男志愿者的螺旋CT医学图像,采用医学有限元方法和逆向工程技术,重构了真实人体鼻腔的三维几何模型.采用RNG k-ε湍流模型和有限差分数值方法对志愿者在Q=15 L/min(人体平静时刻)、Q=30 L/min(小负荷运动时刻)、Q=60 L/min(大负荷运动时刻)三种呼吸强度下的鼻腔内的气体流动特性进行了数值模拟与分析,得到了呼吸时鼻腔内的压力和气流分布规律,并在拉格朗日框架下跟踪了颗粒的运动和沉积.以3μm粒径颗粒为研究对象,可视化显示了其在鼻腔内的沉积位置.本研究对呼吸时人鼻腔中气体流动特性、气雾剂治疗等问题深入探讨具有参考价值.
关键词:
气流
,
颗粒沉积
,
鼻腔
,
数值模拟
胡志军
,
林江
,
张妍
,
胡桂林
功能材料
doi:10.3969/j.issn.1001-9731.2016.09.021
研究了氧化-偶联改性处理对碳纤维的表面形貌、电荷特性、分散性和成纸导电性的影响,并考察了碳纤维配比、碳纤维长度和炭黑加填对碳纸的透气性和孔径分布的影响.结果表明,KClO3/H2 SO4预氧化处理对纤维表面产生了刻蚀作用,在结晶缺陷部位产生凹坑,形成轴向沟槽.KH-550偶联剂以微粒形态粘附于沟槽中,碳纤维浆料的zeta绝对值明显增加,碳纤维间的静电斥力加强,分散性得到改善,碳纸的导电性也得到提高.碳纤维长度和炭黑加填能有效调节碳纸的透气性和孔径分布.
关键词:
碳纤维
,
表面改性
,
碳纸
,
孔径分布
,
透气性
