基于反馈定理的IB-LB方法(英文)

格子波尔兹曼方法(Lattice Boltzmann method,LBM)和浸入边界方法(Immersed boundary method,IBM)皆为近年来发展的可替代Navier-Stokes(N-S)方程求解复杂流体力学问题的数值模拟方法。本文采用浸入边界-格子波尔兹曼方法(IB-LBM),将IBM作为一种边界处理格式应用到LBM中,模拟了静止单圆柱及并排双圆柱绕流,与文献对比结果吻合良好,证明该方法具有模拟复杂边界物体绕流的能力。与采用虎克定理、直接力法计算体积力项的传统方法不同的是本方法运用反馈定理,即采用流场和流场内物体之间的速度、位移反馈来计算体积力项,使得该方法易于实施并具有优良的并行性。     

覆盖多孔介质的圆柱减阻特性和机理研究

多孔材料由于其独特的孔隙结构,可用于声学降噪以及流动控制领域。首先,采用大涡模拟（Large eddy simulation,LES）方法,开展了亚临界雷诺数条件下有、无覆盖多孔介质的圆柱绕流数值计算;其次,对比了两种不同工况的升、阻力系数大小,分析多孔介质的减阻控制效果;最后,结合气动力以及流场结构变化,揭示出多孔介质的减阻控制机理。研究结果表明：雷诺数为5.6×10⁴,圆柱表面后缘处铺设位置角为270°的多孔介质时,减阻效果可达到8.53%。由于多孔介质表面具有渗透性,一方面可提高多孔-流体交界面处的滑移速度,稳定圆柱表面的分离剪切层,降低涡脱落频率;另一方面,流体穿过多孔介质可产生类似微射流的作用效果,增强分离区圆柱表面的压力,降低圆柱上下游的压力差,从而显著减小圆柱表面的总阻力。     

一种模拟不可压流的节点间断有限元格子波尔兹曼方法

基于节点间断有限元方法,本文提出了一种求解格子波尔兹曼方程(Lattice Boltzmann equation,LBE)的新方法,即节点间断有限元-格子波尔兹曼方法(Nodal discontinuous Galerkin-Lattice Boltzmann method,NDGLBM)。在该方法中,LBE的碰撞过程和迁移过程被拆分成了两步:碰撞过程用LBM多松弛时间(Multiple relaxation time,MRT)模型进行求解,迁移过程则写成对流方程并采用节点间断有限元方法进行求解。其中,空间离散采用了非结构网格,时间离散采用了四阶、五步龙格-库塔格式。为了验证NDG-LBM的可行性,文中模拟了顶盖驱动方腔流、静止单个圆柱绕流、旋转-静止双圆柱绕流以及高雷诺数NACA0012翼型绕流。计算所得的数值结果与其他文献中的结果吻合度很好。     

圆主-平板角区湍流流动控制的风洞试验研究

角区流动中马蹄涡系的存在通常会造成不良影响.对圆柱-平板角区流动,在圆柱上游放置一倾斜的小圆棒能够改变角区流动结构.利用油流法和平板表面压力测量方法探讨了湍流流态下不同的小圆棒对平板表面的摩擦力线和压力分布的影响.油流实验揭示了倾斜棒能够改变角区的三维分离,新的分离线由倾斜棒和圆柱共同作用引起;倾斜棒对角区的作用可归类为两种不同的物理现象;倾斜棒能够引起圆柱侧面的分离线向下游发生极大的迁移,导致圆柱底部区域尾迹变窄.平板表面压力测量实验揭示附加的倾斜棒能够极大地改变压力分布情况,角区的逆压梯度相应减小;由此,逆压梯度引起的三维分离必然被削弱.     

高雷诺数下三圆柱的压力分布及气动力

给出了三种粗糙表面的单圆柱压力分布和五种风向角下三圆柱的压力分布，分析了各状态下圆柱绕流特征和气动力。结果表明：三圆柱间的干扰是严重的，各圆柱表面的压力分布不同于孤立单圆柱，相对于来流明显不对称，由此产生了很大的横向力，而且，局部表面的负压比孤立单圆柱要大。     

一种新的航空发动机气路监测方法

分析了气路中颗粒物的产生以及颗粒荷电的机理、气路静电监测方法的原理,并通过模拟实验对该方法进行了初步的研究.实验监测信号表明,气路中异常颗粒产生的感应信号幅值随着粒径的增加而增加,通过小波分析的方法将信号进行分解到不同的频段并获得相应的能量分布.结果表明异常颗粒产生的信号的能量分布集中在低频部分,为判断异常颗粒提供了依据.实验结果表明了基于颗粒静电监测方法能够有效地监测到异常颗粒,证明了该方法的可行性.     

Ni-SiC复合镀层电沉积机理的研究

本研究通过沉降实验、吸附分析以及流动电位的测量,确定SiC颗粒在Watt’s槽液中表面带电荷的情况。实验结果表明,在该镀液中SiC颗粒表面吸附Ni~(2 )而带正电荷,这是决定Ni-SiC共沉积的主要因素。认为SiC颗粒与Ni共沉积有三个主要步骤:1.通过液体流动以及颗粒沉降作用,把SiC颗粒输送到阴极表面附近;2.颗粒受静电作用被吸附而停留在阴极表面上;3.颗粒被嵌合在镍层中。     

润湿异性表面液滴定向运动研究进展

液滴在润湿异性表面的定向运动具有重要应用价值,如油水分离、水收集等,已成为表界面领域的研究热点.开展润湿异性表面液滴定向运动研究,对于理解固-液相互作用、开发高性能润湿异性表面具有重要意义.从楔形表面、沟槽阵列表面、亲水-疏水表面、非对称形貌表面和生物表面等角度,详细介绍了润湿异性表面液滴定向运动的最新研究进展,展示了...     

复杂固体边界流场的三维 PIV 测试技术：任意三维边界识别算法

针对复杂固体边界三维流场的 PIV 测试应用,以及流固耦合实验研究中流场和固体结构特征的瞬态同步测试需求,发展了一种基于双相机布置形式的任意三维边界识别算法以精确获取三维表面几何信息;并以基于MLOS-SMART 三维粒子场重构的 Tomo-PIV 算法计算三维速度矢量场,可同步获取三维表面结构运动／变形信息和三维瞬态速度场。这一边界识别算法基于 SURF（加速稳健特征）模式识别算法进行三维曲面重构,可以确定流场中三维物体结构的边界特征。论文采用双相机布置方式获取了三种不同曲率的圆柱曲面图像,验证了所发展的三维边界识别算法的准确性。最后以圆柱绕流 Tomo-PIV 数字合成粒子图像序列为验证对象,采用所发展的边界识别算法和 Tomo-PIV 算法分别高质量地计算出圆柱曲面信息和三维速度场。     

用柔性微型传感器阵列测量边界层分离点的实验研究

结合边界层分离点附近的剪应力变化规律,提出了在飞行器外表面贴附微型传感器阵列的分离点检测方法,并给出了相应微型剪应力传感器阵列的设计方案.同时提出了基于三极管恒流源电流镜驱动电源设计和滤波衰减电路设计方案,并在NAGA0012标准翼型上实现了边界层分离检测系统集成,最后,在低速风洞实验中对传感器阵列的性能和传感器阵列输出信号的处理判断方式进行验证,对实验结果的分析表明本研究制造的微型热敏传感器阵列能够实现对流体边界层分离位置的在线测量.     

基于Lattice-Boltzmann方法的多孔介质真空绝热特性

作为真空绝热板的芯材,多孔介质微尺度空间形貌结构及物性参数对其绝热性能影响较大。为研究多孔介质真空下的导热性能,选择颗粒状、纤维状和泡沫状3种典型多孔介质材料,并基于Lattice-Boltzmann(LBM)提出了一种随机构造多孔介质物理模型的方法。模型中重要参数结合多孔介质电镜扫描图像处理获取。采用D3Q15LBM模型进行数值模拟,并分析了真空度及颗粒/纤维/泡孔等效直径对导热系数的影响规律。模拟与实验的对比结果揭示了多孔介质真空下的导热系数随真空度及多孔介质物性参数的变化规律。     

PM2.5之争

i定义PM2.5PM是英文particulate matter(颗粒物)的首字母缩写。准确的PM2.5定义要在"直径"之前加一个修饰语"空气动力学",因为空气中的颗粒物并非是规则的球形,在测量其直径时,如果颗粒物在通过检测仪器时所表现出的空气动力学特征与直径小于或等于2.5微米且密度为1克/立方厘米的球形颗粒一致,那就称其为PM2.5。     

仿壁虎刚毛阵列的几何结构分析及制备

以JKR理论为基础,从刚毛缠结表面能的变化及弯曲变形角度分析,得到了仿刚毛阵列避免缠结的结构设计方法,得出了在材料性质确定的情况下,避免缠结的发生刚毛群几何结构须满足的关系.采用光刻制模真空浇铸的方法制备了4种结构尺寸的微米刚毛阵列.预期的设计与实际制造的刚毛阵列状态吻合,故证明该设计方法正确可行.     

航天器双圆柱薄壳结构的承载实验及结构优化

双圆柱筒薄壳结构作为一种特别的结构形式,在航天器主结构承载方面有特殊应用需求。本文从实验目的、原理、多方案比较、数据分析、实验与仿真计算结果比对及优化设计等方面,对双圆柱筒薄壳结构的承载形式进行了实验研究。实验结果表明双圆柱筒薄壳结构可以有效实现联合承载,通过对有限元仿真结果与实验数据的对比,验证了有限元计算模型合理有效,基于该计算模型开展了双圆柱筒薄壳结构的优化设计,为其工程实际应用奠定了基础。     

三圆柱绕流的时均压力分布和气动力

亚临界状态下绕等边三角形排列的三圆柱的流动,其中心距的变化范围为1.5～4.0d(d为圆柱直径)。测量了不同间距下各圆柱的压力分布并推算了气动力。结果表明,在小间距时,三圆柱间的干扰是严重的,圆柱表面的压力分布有相当大的改变,局部地区有很强的负压;除阻力之外,还产生了相当大的横向力。     

初始静剪应力和颗粒形状对南京砂液化特性的影响

基于南京砂的片状颗粒特殊性,采用循环空心圆柱扭剪仪,开展了扭剪受力状态下初始静剪应力和颗粒形状对南京砂液化特性的试验研究.结果表明:无论是在双向循环加载和单向循环加载,南京砂土在较大的初始静剪应力条件下都能达到完全液化状态.总体来看,在单向循环加载条件下,南京砂要达到完全液化状态所需的循环加载次数明显增加.随着初始静剪...     

强激光辐照下圆柱薄壳非线性振动分析

为了研究强激光辐照下的圆柱薄壳的动力响应,运用傅立叶级数展开法导出了强激光辐照下圆柱薄壳的温度场,在此基础上进行了圆柱壳的振动分析,计算中考虑了初始热应力与热软化对其固有频率和振动模态的影响,并与无激光束作用下的情形进行了比较。计算结果表明,激光照射区域产生的材料热软化是导致圆柱薄壳固有频率下降的主要原因。     

基于代理模型的麦克风相位阵列设计技术研究

气动声学风洞试验过程中，针对目标声源特性进行麦克风相位阵列改进时，为保证风洞试验效率，必须在较短的时间内完成阵列优化设计工作。为满足这一试验需求，最大限度提升麦克风相位阵列设计效率，引入了基于Kriging代理模型的优化设计方法。采用基于点扩散函数的计算程序进行阵列性能分析，获取阵列最大旁瓣水平和分辨率。通过对样本点响应值进行计算，建立Kriging代理模型，进而以计算速度极高的Kriging代理模型作为阵列性能分析方法开展优化搜索，避免了大量调用阵列性能计算程序导致计算耗时过高的问题，显著提升了麦克风相位阵列设计效率。该阵列设计方法能够有效改善麦克风阵列的测量性能，满足声学风洞试验的特殊应用需求。     

PDMS在使用软光刻技术制作微透镜阵列的转印效果分析

以微透镜阵列为例,分析了在软光刻技术中使用PDMS复制微结构的有效性。首先介绍了制作光刻胶微透镜阵列,使用软光刻技术通过两次转印制作PDMS凹微透镜阵列和凸SU-8微透镜阵列工艺流程;接着叙述了使用金相显微镜和白光干涉轮廓仪对微透镜阵列样品的表面轮廓进行测量的结果,并对样品不同尺寸、不同材料的微透镜阵列样品的测量值以及这些测量值与设计值之间差异进行了分析。分析结果表明,使用PDMS转印光刻胶上的微结构以及将PDMS薄膜作为模板把微结构转印到SU-8表面均是可行的、有效的。     

Cu_2O改性ZnO纳米阵列表面的润湿性与紫外响应行为研究

在ITO基底上采用电化学沉积法制备了Cu_2O改性的ZnO纳米阵列,通过场发射电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)和接触角测量仪等对其微纳结构和表面润湿行为进行了研究。实验结果显示,低表面能Cu_2O粒子的吸附增强了ZnO纳米阵列的超疏水性。很多材料表面对水滴有较高黏附力是因为材料表面微槽中密封的空气而产生的毛细管附着力,而ZnO纳米棒阵列表面对水滴的高黏附性是因为其表面的范德华力作用。改性后样品表面形成的ZnO-Cu_2O微纳分层结构减小了样品表面与水的接触面积。另外,加上Cu_2O自身的低表面自由能,共同导致范德华力减小从而使得表面对水滴的黏附小而具有很好的超疏水性。