混凝土氯离子扩散理论模型的研究Ⅱ——基于有限大体的非稳态齐次与非齐次扩散问题

针对Ⅰ维大平板、Ⅱ维长方柱体和Ⅲ维长方体等有限大扩散介质,以综合考虑氟离子结合能力、氯离子扩散系数的时间依赖性和结构微缺陷影响的实际混凝土氟离子扩散新方程为基础,在常数边界条件下推导出混凝土构件的氯离子扩散理论齐次模型,可以作为自然扩散法的计算模型使用。同时,在指数函数的边界条件下获得了Ⅰ维大平板、Ⅱ维长方柱体、Ⅲ维长方体和正交各向异性Ⅲ维长方体等混凝土构件的氯离子扩散理论非齐次模型,满足实际混凝土结构的多种体形和复杂边界条件。并用大量的实测数据验证了有限大体的Ⅱ维和Ⅲ维氯离子扩散理论齐次模型,探讨了有限大扩散和无限大扩散对混凝土结构寿命的影响。     

混凝土氯离子扩散理论模型的研究I—基于无限大体的非稳态齐次与非齐次扩散问题

针对无限大的扩散介质,以综合考虑氯离子结合能力、氯离子扩散系数的时间依赖性和结构微缺陷影响的实际混凝土氯离子扩散新方程为基础,在常数边界条件下,推导出一维、二维和三维氯离子扩散理论的齐次模型.同时,根据指数函数的边界条件,在理论上导出了一维氯离子扩散理论的非齐次模型,能满足混凝土结构工程的实际边界条件.最后论证了引进氯离子结合能力、氯离子扩散系数的时间依赖性和劣化效应系数等参数对于描述混凝土氯离子扩散行为的必要性,探讨了采用多雏扩散理论模型的意义,并通过实验确定了混凝土的指数边界条件函数.结果表明,采用氯离子扩散理论非齐次模型有利于提高混凝土结构耐久性设计的安全性.     

矿物掺合料对混凝土氯离子扩散行为的时间依赖性的影响

通过自然扩散法,研究了掺加矿物掺合料的混凝土在高浓度环境溶液中的氯离子扩散行为,探讨了暴露时间对混凝土表观氯离子扩散系数的影响.结果表明,混凝土的表观氯离子扩散系数均随着暴露时间的延长而降低,其时间依赖性与矿物掺合料掺量有关.当粉煤灰掺量和硅灰掺量分别达到30％和15％时,粉煤灰混凝土和硅灰混凝土的表现氯扩散系数随时间的降低速度最快.因此,粉煤灰混凝土和硅灰混凝土具有比普通混凝土更好的长期抵抗氯侵蚀能力.     

贴壁二维方柱绕流对壁面摩擦应力的影响

利用TR–PIV与平行双丝热线,对平板边界层内的贴壁二维方柱绕流流场和壁面摩擦应力的关联进行了实验研究。主要关注方柱下游大尺度流动结构的运动对近壁面流向平均速度零点处摩擦应力的影响(基于方柱宽度与来流风速定义的雷诺数固定为1.1×10⁴)。研究表明,贴壁二维方柱绕流产生了2种典型的流动结构：一为向壁面靠近并接触壁面的近壁流动结构,本文称“I涡”;一为平行壁面沿流向运动的流动结构,本文称“Ⅱ涡”。Ⅰ涡、Ⅱ涡的出现改变了壁面附近流动速度的大小和方向,影响了测点壁面摩擦应力：增大了流向速度梯度,导致摩擦应力陡增;减小了流向速度梯度,导致摩擦应力锐减;改变了摩擦应力方向。本文研究结果可为理解表面冲蚀、污染物聚集、近壁面湍流耗散等问题的机理提供参考。     

基于层次分析法的桥梁承载力检算方法

在分析桥梁承载力检算方法现状的基础上,引进了变权原理及模糊描述,提出了基于无损检测信息的层次分析法承载力估算模型.基于实测强度的桥梁理论分析了承载力,并结合检测信息进行修正.修正内容包括截面折减及构件恶化,其中截面折减考虑混凝土截面折减及钢筋截面折减;构件恶化考虑了混凝土表观缺损状况、混凝土实际强度、钢筋锈蚀电位、氯离子含量、碳化深度及保护层厚度这6个因素.各因素的权重采用层次分析法,由专家调查的判断矩阵计算,并引进变权公式对状况较差的因素加大权重.最后以实桥为例进行承载力检算,计算结果与试验吻合良好,表明所提方法客观、全面且结果可靠.     

扩散角对汽车风洞扩散段流动的影响

传统的汽车风洞设计一般参考现有风洞的设计经验和沿用工程估算方法.扩散段是汽车风洞的主要部件之一,它的设计经验和估算方法通常基于均匀来流.笔者采用v2f湍流模型研究两种非均匀来流工况下,不同扩散角对扩散段流动的影响.模型风洞扩散段出口速度分布的数值模拟结果与试验结果的一致性表明:使用v2f湍流模型能够真实反映扩散段流动特性.与均匀来流相比,非均匀来流大幅度增加扩散段总压损失因数,约增加420%.壁面摩擦损失和流动分离损失的相互作用使风洞扩散段在某一扩散角下存在最小总压损失因数,且扩散段进口速度不均匀度越大,最优扩散角越大.     

DSMC算法气体壁面相互作用模型

研究了二维非结构网格高超声速稀薄流DSMC方法中气体与壁面相互作用的数值模型。发展了一种基于辐射平衡的壁面温度边界条件,与恒温壁面边界条件相比,该温度边界条件可以克服恒温壁面边界条件的自身缺陷并且能够在流场模拟中适时给出更贴近真实情况的壁面温度;采用了由完全漫反射和纯镜面反射模型组合而成的Maxwell壁面反射模型,该壁面反射模型能够更好地描述气体模拟分子在壁面散射的真实情况。采用本文方法对钝头体外形进行了数值模拟,结果表明本文采用的气体壁面相互作用模型能够提高钝头体背风面后部流场对温度变化的敏感度,并且随着飞行高度提升,敏感度有减弱的趋势。     

φ5m立式风洞结构设计

φ5m立式风洞是我国第一座大型立式风洞.开口单回流形式且垂直布置的大尺寸风洞结构是该风洞的显著特点,也是该风洞与常规低速风洞结构的重要区别,笔者针对φ5m立式风洞垂直布置的结构特点主要介绍了该风洞的结构设计概况.该风洞采用钢结构、玻璃钢结构和砼结构相结合的混合结构形式,较好地解决了洞体整体稳定性、洞体悬臂结构的支撑、第一扩散段悬置、大型结构构件的安装、定位和联接、大型设备(特别动力电机)维护保养等问题.     

基于流固热耦合低温风洞扩散段热力学特性分析

低温风洞降温过程中,温度变化范围大,容易在结构内部引发较大热应力,影响设备运行安全。以中国空气动力研究与发展中心0.3m跨声速低温风洞扩散段为研究对象,基于流固热耦合方法,采用多物理场数据交换接口MpCCI,联合结构有限元软件Abaqus和计算流体动力学软件Fluent,建立扩散段的流固热耦合仿真模型,分析低温内流场的换热特性,计算低温风洞结构的温度及应力分布。通过低温风洞试验发现,流固热耦合仿真结果接近于实际的测量结果,能够准确反映低温风洞结构的热力学特性,可为低温风洞的结构安全性能优化提供可靠的仿真分析方法。     

正交异性矩形板组成的水池结构的静力分析

采用结构力学方法分析正交异性矩形板组成的水池结构的静力问题.对每块板根据弯曲挠度的微分方程建立一般解析解.这种解采用双正弦级数解可得出适用于任意载荷作用下的特解;同时采用单正弦级数解可得到能满足四边为任意边界条件的齐次解.适当选取各种齐次解和特解组成的一般解即可求解组合板的弯曲问题.由全部板的独立边界条件和相连板边的连续性条件可以确定全部积分常数,进而求得板的挠度.以顶边为自由,底边为固定的四块板组成的矩形水池为例进行了分析.     

湍流扩散火焰的流场计算

本文采用修正的k-ε湍流模型以及实验测得的初始条件,计算了冷态和湍流扩散火焰的流场。结果令人满意。     

高层建筑火灾时烟气在横向疏散通道内的扩散

通过建立高层建筑内烟气流动的数学模型,采用κ-ε双方程3维紊流模型对高层建筑火灾时烟气在横向疏散通道内的扩散进行了数值模拟,对火灾分别发生在第3,4和8层的烟气扩散的温度场、环境场、速度场和浓度场进行了分析,结果显示温度、速度与浓度在横向疏散通道内的变化跟高层建筑楼层有关系,发生火灾的楼层离中性层越远,变化越大,越快。     

B2-RuAl合金中原子扩散的第一原理计算

采用第一原理赝势平面波方法,计算B2-RuA l合金中Ru和A l在不同情况下的扩散,用扩散激活能有效地表述和研究其化学反应的难易。计算发现:在空位扩散时,A l原子要比Ru原子容易扩散,即Ru原子比A l原子更稳定一些;当考虑不同扩散浓度和周边原子影响的情况时,也是A l原子要比Ru原子容易扩散,但其扩散激活能不同,所以在对B2-RuA l合金的原子扩散能计算时,周边的原子影响较大,我们应该考虑模型的尺寸效应。而比较不同扩散浓度下的扩散激活能,高浓度的扩散要难于低浓度。     

带干扰的双二项风险模型的破产概率

将文献[3]的双二项风险模型推广为带干扰的一种新模型,并运用鞅论的方法得出破产概率满足Lundberg不等式和一般表达式。     

钢的相变超塑性扩散焊研究

通过金相观察、电子探针分析和显微硬度测试，研究了碳钢的相变超塑性扩散焊焊接接头的金相组织、碳的分布和显微硬度的变化，以及热循环中最高加热温度、压应力和热循环次数等主要工艺参数对Ｔ８／Ｔ８焊接接头强度的影响。结果表明，相变超塑性能加速固态扩散焊焊接过程；热循环中最高加热温度、压应力和热循环次数对焊接接头的强度有重要影响。文中还对相变超塑性能加速固态扩散焊焊接过程的机理进行了进一步的探讨。     

氧在熔融SiO2中扩散的分子动力学模拟

在高温干燥的氧气环境中,SiC材料将氧化生成SiO₂氧化膜,影响材料性能。SiO₂在SiC上的生长由氧气通过氧化物的扩散控制。由于温度条件限制,传统实验方法很难测定氧气在高温氧化物中的扩散。本文采用分子动力学研究不同温度下氧在熔融SiO₂中的扩散行为。基于Morse、L-J等势函数及其参数,模拟了高温下的无定形SiO₂结构,计算获得了氧在950、1 100、1 200、1 300及1 400 ℃温度下的均方位移曲线及扩散系数,分析了温度对气体扩散的影响作用,拟合了温度相关的Arrhenius公式。研究结果可为SiC基及其复合材料的氧化行为研究提供参考。     

Convective Instability and Appearance of Structured Flows for Diffusion in Multicomponent Gas Mixtures

The main objective of this article is to investigate the behavior of gaseous systems with two and more in- dependent gradients or thermodynamic forces exhibiting complicated behavior, when the convective flows occur. The existence of structural formations in these systems is shown by the schlieren method and the fast-response transducers. The linear analysis of stability can explain reasons of the appearance of convective instability in multi component gas mixtures.     

共析钢的相变超塑性扩散连接

根据高温扩散和空洞蠕变闭合理论，在恒温超塑性扩散连接基础上建立相变超塑性扩散连接数学模型，可确定各工艺参数，诸如循环上限温度、压力、循环次数以及升、降温速率等对连接的影响，作为选择合适工艺参数的依据。经过对T8共析钢相变超塑性扩散连接试验研究，证明该理论模型与试验结果吻合较好。     

白噪声参激余维2分岔系统奇点分析及最大Lyapunov指数

在随机动力系统中,最大Lyapunov指数是定义随机分岔系统概率1意义分岔的重要指标.为了分析白噪声参数激励对三维中心流形上一类余维2分岔系统的影响,本文基于一维扩散过程的奇点理论,通过L Arnold的摄动方法,针对不同的噪声作用项系数矩阵讨论了相应的奇异边界分类情况和最大Lyapunov指数渐近分析式.     

离子镀TiN膜层扩散壁障作用的试验研究

利用离子镀方法在基体与耐热涂层之间予先沉积一层ＴｉＮ膜层，作为扩散壁障（中间阻挡层），进行了高温阻扩散试验研究，并应用光镜、电镜、Ｘ射线衍射仪及电子探针等手段对试样氧化区域进行了分析。结果表明，有ＴｉＮ中间层试样、其高温抗氧化性明显提高，ＴｉＮ层在一定温度范围内有良好的稳定性和阻扩散作用；在本试验范围内，ＴｉＮ中间层厚度增加阻扩散效果增强。