作者单位
摘要
1 南京航空航天大学航空学院飞机设计技术研究所,南京 210016
2 航宇救生装备有限公司,襄阳 441003
随着航天回收系统应用需求越来越广,回收物质量也越来越大,对翼伞面积的要求越来越高,超大型翼伞开始受到广泛的关注,然而目前国内外对超大型翼伞的研究较少。对此,文章以超大型连续翼伞和超大型组合翼伞为研究对象,分别对其进行物理建模。采用计算流体力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)的方法,基于k-epsilon湍流模型,分别计算在无下拉、单侧下拉、双侧下拉时超大型连续伞和超大型组合伞的气动特性。研究发现,超大型组合伞在组合处有很明显的气流补充,可以减缓流动分离的情况,增大失速迎角,更适合大攻角的飞行任务,适用范围更广。研究成果可以为以后超大型翼伞的选型提供一定的参考。
冲压式翼伞 超大型组合翼伞 超大型连续翼伞 气动特性 计算流体力学 parafoil oversize parafoil modular parafoil aerodynamic characteristics Computational Fluid Dynamics (CFD) 
航天返回与遥感
2024, 45(1): 65
作者单位
摘要
南华大学 核科学技术学院衡阳 421001
铅铋冷却环形燃料组件具有许多安全性优势,但在其运行过程中由于铅铋冷却剂的腐蚀作用,易发生堵流事故而导致传热恶化,从而危及第一道屏障的完整性,为此,亟须开展铅铋快堆环形燃料组件堵流事故研究。建立5×5单盒环形燃料组件模型,基于计算流体力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)软件Fluent对内外通道不同堵塞面积、堵块厚度,以及堵块轴向位置下的堵流工况进行模拟分析,分析了内外包壳温度分布、堵块附近流场的轴向速度分布、通道质量流量变化、堵塞处燃料元件径向温度分布以及热量分配,并与正常工况下计算结果进行对比。结果表明:随堵塞面积增加,堵塞区域包壳温度显著上升,回流区域范围扩大,燃料芯块最高温度点位置向堵块侧偏移,堵块侧热流密度减小;当堵塞份额较大时,随堵块厚度增加,各参数变化与上述结论类似;堵块位于入口处时包壳局部温升较堵块位于中心处时更小;且随堵塞面积、厚度的增加以及堵块位置向活性区入口的不断靠近,内通道流量损失程度明显增大,而外通道流量几乎不受影响,因此,内通道发生堵流事故时危害更为严重。
铅铋快堆 环形燃料 堵流事故 计算流体力学 Lead-bismuth cooled fast reactor Annular Fuel Flow blockage accidents Computational fluid dynamics 
核技术
2023, 46(11): 110602
作者单位
摘要
南华大学 核科学技术学院衡阳 421001
环形燃料采用紧密栅结构,燃料棒束内沿周向的温度分布存在明显不均匀性现象。本文基于ANSYS FLUENT建立了环形燃料组件计算流体力学分析模型,分析不同栅径比下正方形与六边形环形燃料组件流动换热特性,研究组件内环形燃料外周向温度分布不均匀性。研究发现:适当增大栅径比有利于环形燃料外周向温度的展平,正方形组件栅径比在1.07~1.09之间较为合适;六边形组件环形燃料外周向温度分布不均匀性略低于正方形组件,栅径比可选择在1.06~1.09之间。增大栅径比对棒间隙处温度的均匀性改善最明显,对近壁面处的温度均匀性改善次之。研究结果可为环形燃料的优化设计提供参考。
环形燃料 周向温度分布 栅径比 子通道分析 计算流体力学 Annular fuel Circumferential temperature distribution Pitch to diameter ratio Subchannel analysis Computational fluid dynamics 
核技术
2023, 46(9): 090601
作者单位
摘要
1 太原科技大学 材料科学与工程学院太原 030024
2 太原理工大学 机械与运载工程学院太原 030024
耐高温陶瓷材料氧化钇部分稳定的二氧化锆(Yttria Partially Stabilized Zirconia,YSZ)以其优异的隔热、抗高温氧化等特性,近年来在核电**、航空航天等领域得到关注。本研究基于计算流体动力学(Computational Fluid Dynamic,CFD)方法,建立了关于超音速喷涂(Supersonic Atmospheric Plasma Spraying,SAPS)等离子流场三维模型,分析了不同喷涂参数在拉伐尔喷嘴中产生的射流特性和飞行粒子的熔化和受力状态。当喷涂参数从71 kW降低到36 kW,喷涂功率降低了49.2%,等离子体射流的最高速度降低了8.5%,最高温度降低了22.2%;使用在线监测设备Spray Watch 2i(Osier,Finland)对飞行粒子的速度和温度进行在线实测,与模拟结果的对比表明:两者的相对误差在15%以内,模拟与试验结果得到了有效地相验证,这为核反应中的耐事故燃料包壳所需的高性能隔热涂层结构的精确控制提供理论指导。
核材料隔热涂层 超音速等离子体射流 飞行粒子 计算流体动力学 传质传热 Nuclear thermal barrier coatings Gradient supersonic jet Fluid dynamics In-flight particles Mass and heat transfer 
核技术
2023, 46(9): 090503
石岩 1,2,*魏登松 1,2
作者单位
摘要
1 长春理工大学机电工程学院,吉林 长春 130022
2 光学国际科技合作基地(光学),吉林 长春 130022
目前,基于激光粉末床熔融(LPBF)增材制造的成形件会不可避免地存在一定程度的气孔缺陷,为探究该缺陷的形成机理,以AlSi10Mg为研究对象,采用离散元法(DEM)和计算流体力学(CFD)对激光增材制造过程中单层和多层成形的熔池流场进行了数值模拟。通过调节激光功率和扫描间距,分析了加工参数对LPBF单道、多道和多层缺陷的影响机制。结果表明:低功率时,熔道易产生球化、扭曲、气孔等缺陷,而高功率时飞溅现象加剧;对于多道成形,扫描间距过大会使搭接区形成气孔缺陷,扫描间距过小将加剧积热效应。对于层间转角为67°、采用棋盘格扫描策略的多层打印,单棋盘格熔道两端的高度不同和道间沟壑是影响铺粉表面粗糙度的主要因素,凹凸不平的铺粉表面会影响铺粉层的厚度均一性,在激光能量不足时导致层间产生气孔,进而影响层间结合质量;适宜的能量输入有助于形成粗糙度小的铺粉平面和足够的熔深,减少层间气孔缺陷。
激光技术 激光粉末床熔融 缺陷 计算流体力学 离散元法 
中国激光
2023, 50(20): 2002303
作者单位
摘要
成都理工大学 核技术与自动化工程学院,成都 610059
为解决多维计算程序对铅铋堆主回路进行长时间模拟时所需计算资源庞大的问题,基于自主开发的一维CFD程序,将零维点堆动力学模型及二维燃料棒传热模型集成到其中,并进行多物理场耦合,开发了一款适用于池式铅铋堆的系统分析程序。使用OECD/NEA发布的加速器驱动次临界系统(ADS)失束事故国际基准例题,对所开发程序进行稳态以及瞬态验证,以确保模型准确性。验证结果表明,所开发程序在关键参数上与发布结果吻合较好,且所需计算资源明显小于多维程序,证明了该程序可以对池式铅铋堆进行初步的热工水力及安全分析。
池式铅铋堆 系统分析程序 多物理场耦合 计算流体动力学 程序验证 pooled lead-bismuth reactor system safety analysis program multi-physical field coupling computational fluid dynamics program verification 
强激光与粒子束
2023, 35(7): 076003
作者单位
摘要
长春理工大学 物理学院, 长春 130022
建立了原子层沉积 (Atomic Layer Deposition, ALD)反应腔室的三维模型, 利用ANSYS Fluent软件模拟分析了ALD过程中压强、前驱体脉冲时间、温度等工艺参数变化对前驱体分布的影响。模拟结果表明: 反应压强越低, Mg(Cp)2前驱体分子的扩散系数越高, 能更快且更均匀地分布在整个反应腔室之中; 前驱体脉冲时间越长, 在反应腔室内的分布越均匀; 当脉冲时间为250ms时, Mg(Cp)2在反应腔室内分布基本均匀, 反应腔室内各部位的前驱体质量分数基本一致; 当脉冲时间为200ms时, H2O基本均匀分布在反应腔室内。在MgO薄膜的ALD温度窗口内, 反应腔室内温度越高, Mg(Cp)2前驱体分子的扩散效应越强。
原子层沉积 计算流体力学 数值模拟 前驱体分布 atomic layer deposition computational fluid dynamics numerical simulation precursor distribution 
半导体光电
2023, 44(1): 81
Author Affiliations
Abstract
1 State Key Laboratory of Digital Manufacturing Equipment and Technology, School of Mechanical Science and Engineering, Huazhong University of Science and Technology, 1037 Luoyu Road, Wuhan, Hubei 430074, People’s Republic of China
2 Wuhan University of Technology, Wuhan, Hubei 430063, People’s Republic of China
3 School of Energy and Power Engineering, Huazhong University of Science and Technology, Wuhan, Hubei 430074, People’s Republic of China
4 College of Engineering, Swansea University, SA1 8EN Swansea, United Kingdom
5 State Key Laboratory of Material Processing and Die and Mould Technology, School of Materials Science and Engineering, Huazhong University of Science and Technology, Wuhan, Hubei 430074, People’s Republic of China
Surface modification for micro-nanoparticles at the atomic and close-to-atomic scales is of great importance to enhance their performance in various applications, including high-volume battery, persistent luminescence, etc. Fluidized bed atomic layer deposition (FB-ALD) is a promising atomic-scale manufacturing technology that offers ultrathin films on large amounts of particulate materials. Nevertheless, nanoparticles tend to agglomerate due to the strong cohesive forces, which is much unfavorable to the film conformality and also hinders their real applications. In this paper, the particle fluidization process in an ultrasonic vibration-assisted FB-ALD reactor is numerically investigated from micro-scale to macro-scale through the multiscale computational fluid dynamics and discrete element method (CFD-DEM) modeling with experimental verification. Various vibration amplitudes and frequencies are investigated in terms of their effects on the fluid dynamics, distribution of particle velocity and solid volume fraction, as well as the size of agglomerates. Results show that the fluid turbulent kinetic energy, which is the key power source for the particles to obtain the kinetic energy for overcoming the interparticle agglomeration forces, can be strengthened obviously by the ultrasonic vibration. agglomerate size in the FB. This is bound to facilitate the heat transfer and precursor diffusion in the entire FB-ALD reactor and the agglomerates, which can largely shorten the coating time and improve the film conformality as well as precursor utilization. The simulation results also agree well with our battery experimental results, verifying the validity of the multiscale CFD-DEM model. This work has provided momentous guidance to the mass manufacturing of atomic-scale particle coating from lab-scale to industrial applications.
atomic scale manufacturing fluidized bed atomic layer deposition (FB-ALD) computational fluid dynamics and discrete element nanoparticle agglomerates ultrasonic vibration 
International Journal of Extreme Manufacturing
2022, 4(2): 025101
作者单位
摘要
1 中国科学院上海应用物理研究所 上海 201800
2 中国科学院大学 北京 100049
液态燃料熔盐堆的堆芯流量分配设计是其热工水力设计中的重要一环,目的是实现堆芯流量分布与功率分布的匹配,消除堆芯内的热点,而堆芯的水力结构设计对堆芯流量分配起着决定性作用。本研究建立了液态燃料熔盐堆的1/12堆芯模型,使用ANSYS FLUENT16.0软件进行了三维流场数值模拟,通过调节上腔室高度、下降环腔宽度、下腔室结构和流量分配装置进行优化,最终实现堆芯流量分布与功率分布的匹配。结果表明:增加上腔室高度可以平衡内外通道的流量分布差异,改善流量分布均匀性;增加下降环腔宽度可以减缓环腔出口处的下腔室涡流,同时展平流量分布,使流量与功率更好的匹配;增设导流围筒的圆柱型下腔室结构可以更好的抑制下腔室涡流,同时使流量分布更趋于平缓。基于上述分析,最终确定了最优的半椭球型上腔室高度、下降环腔宽度、下腔室几何结构与尺寸等参数,并设置倾斜非均匀孔径分布的导流围筒。以上结果对液态燃料熔盐堆的工程优化设计具有参考价值。
液态燃料熔盐堆 流量分配 结构优化 下腔室结构 计算流体力学 Liquid fuel molten salt reactor Flow distribution Structure optimization Lower plenum structure Computational fluid dynamics (CFD) 
核技术
2022, 45(11): 110601
许晓波 1,2胡大鹏 1,*邓列征 2,*于洋 1[ ... ]金玉奇 2
作者单位
摘要
1 大连理工大学 化工学院,辽宁 大连 116024
2 中国科学院 大连化学物理研究所,化学激光重点实验室,辽宁 大连 116023
为解决气液分离问题,提出了粒径可控离心分离的设想,即通过某种雾化技术产生粒径可控的液滴,然后根据液滴的粒径确定气液分离所需要的离心力,在高速旋转的叶片所产生的离心力作用下液滴一边与气流发生反应一边完成气液分离。为验证这一思想,搭建了一台旋流喷雾式单重态氧发生器(TFA-SOG),并通过计算流体力学模拟和实验对这台TFA-SOG进行了研究。研究结果表明,模拟的气液分离效率与实验的相一致,粒径可控离心分离的设想是可行的。
化学激光 氧碘化学激光 单重态氧发生器 气液分离 计算流体力学 chemical laser chemical oxygen iodine laser singlet oxygen generator gas-liquid separation computational fluid dynamics 
强激光与粒子束
2022, 34(8): 081005

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