铝液在多孔介质中渗流时气体反压力模型的研究

本文研究了铝液在多孔介质中快速糁流的特点,建立了在渗流法制备多孔泡沫铝合金时的型腔内气体反压力模型,该模型使计算结果更接近实际浇注情产况,研究表明气体反压力与多孔介质的透过率（即孔隙率和孔径）、渗流速度、渗流长度有关。通过对渗流过程的渗流和传热进行耦合数值计算,并经实际浇注验证,说明数值计算基本合理,对最终优化渗流工艺具有实际意义。     

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.     

高频输氧技术中的气体输运机理

本文介绍了高频输氧技术中气体输运机理的实验研究结果。用气管-支气管-肺模型来模拟人体呼吸系统,用热线和激光测速技术测量该模型内的气流。结果表明,整流效应和湍流扩散具有关键作用。     

混气电解加工中两相流音速及阻塞机理研究

着重分析研究气液两相流音速特性及其阻塞机理。通过测量由小药量电雷管爆炸而产生的压力波传播速度，然后修正到音速。试验结果表明，气液两相流音速与气泡率、当地压力及其流型有关。由于气液混合物强烈的压缩性，混气电解加工间隙中易于出现类似可压缩气体的阻塞现象。     

高体分SiCp/Mg复合材料真空压力浸渗制备工艺研究

进行了真空压力浸渗法制备高体积分数SiCp/Mg复合材料的工艺实验.结果表明,真空压力浸渗法具有良好的渗流条件,避免了气体和夹杂物的裹入等问题;在压力为300 kPa、温度为973 K及保压时间为5 min条件下,成功渗透了振实堆积的单一尺寸SiCp多孔体的最小粒径为32 μm;浸渗后的复合材料中SiCp体积分数达到了58.21%.经OM、XRD分析表明,镁液渗透均匀,复合材料内部组织致密,无明显的孔洞及夹杂等铸造缺陷.     

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。     

泄爆过程内外流场的压力测量

对可燃气体在密闭容器内点燃后的泄爆过程进行研究,测量了甲烷-氧气预混气在初始压力为0 10133MPa发生泄爆时容器内外流场的压力。实验结果给出了不同当量比的甲烷-氧气预混气和不同点火位置条件下泄爆容器内外的压力场,讨论了不同泄爆条件对泄爆容器内外爆炸发展的影响。     

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.     

旋射流气波制冷机实验研究及数值模拟

针对目前气波制冷机的接受管开口端存在较多熵增因素从而制约制冷效率进一步提高的缺点,借鉴了透平膨胀机制冷机理,将现有气体分配器改型,融入旋射流作功机理,加大出流偏角,使射向接受管气体射流反冲膨胀作功,减少熵增、降低入射气体的射流速度,从而有效改善接受管入口端射流气体的流动状况,达到降低工质速度、减小总焓及提高等熵效率的目的.利用Godunov格式建立了管内非定常流动与管壁传热数学模型,对接受管内激波的流动进行了数值模拟,计算结果与实验测量值趋势相同,可为气波制冷机的改造、设计及优化提供参考.     

催化效应对气动热环境影响的流动-传热耦合数值分析

鉴于高超声速飞行中高温气体效应带来的壁面催化反应可显著增加气动热载荷,在气动热环境与结构热响应的分析与预报中需充分考虑催化反应带来的影响。将简化原子复合催化模型和有限速率催化反应模型嵌入超高速流动-传热耦合分析模型中,建立超高速流动/催化反应/传热多场耦合分析模型。其中,通过高频等离子风洞的催化特性测试获得ZrB₂-SiC超高温陶瓷材料表面催化系数与温度的函数关系,对比分析耦合计算和非耦合计算、简化原子复合催化模型和有限速率催化反应模型对气动热环境的影响和适应性,结果表明材料表面催化特性对壁面总热流有重大影响。对于具有较高热导率材料的热响应,耦合传热分析能够有效避免非耦合计算带来的过度高估的结果,而有限速率催化反应模型可有效提高计算精度。在此基础之上,通过耦合传热分析,揭示了催化反应与壁面传热的内在关系,证明了在传热分析中考虑表面催化效应可提升结构热响应精度和防热系统精细化设计的能力。     

基于非光滑表面的直升机尾舱门减阻技术

为了研究凹坑形非光滑表面的减阻效果与流动控制机理,将半球形凹坑单元布置在直升机尾舱门外表面。采用基于k-ω剪切应力输运模型(k-ω shear-stress-transport,k-ω SST)的计算流体力学(Computational fluid dynamics,CFD)方法,对比分析了非光滑表面机身和光滑表面机身的阻力特性、后体局部流场和表面压力分布。根据凹坑单元内局部流场和压力分布的分析结果,得到了凹坑形非光滑表面的减阻机理:凹坑单元内形成的低速漩涡,能够延缓机身后体流动分离;半球形的凹坑造型和基本恒定的压力分布,可减小对阻力直接做出贡献的低压区面积,两者的共同作用降低了直升机阻力。     

紊流冲击射流数学研究中的壁面函数法(英文)

使用低雷诺数 k-ε模型、标准 k-ε模型和改进的 k-ε模型计算了半封闭圆形冲击射流的紊流流场 ,并将结果作了对比。其中 ,改进的 k-ε模型在其模化过程中重新考虑了 ε方程中的脉动压力扩散项。结果表明 :低雷诺数 k-ε模型、标准 k-ε模型的计算结果很差 ,而改进的 k-ε模型的结果却要好得多 ,特别是对紊动能的改进尤其明显。因此可以认为 :标准 k-ε模型的计算结果很差是由于它在模化中没有考虑脉动压力扩散项 ,而并不是文献中所认为的是由于在近壁区使用了壁面函数法。     

封闭空间中不同压力下火焰过孔板加速机理研究

爆震或超级爆震发生时总会伴随着湍流火焰-冲击波相互作用,对其开展研究是揭示爆震或超级爆震机理的关键,研究火焰加速产生压力波的过程是火焰-压力波相互作用研究的基础性前提。基于自主设计的定容燃烧弹和Converge三维数值模拟方法,对封闭空间中火焰过孔板加速机理及影响因素开展了研究,讨论了初始压力对火焰过孔板加速的影响。依据火焰传播形态与速度,将火焰过孔板加速过程分为3个阶段:层流火焰阶段、射流火焰阶段和湍流火焰阶段。通过分析火焰过孔板过程中的流场情况,发现在火焰未到达孔板前,孔板附近存在强射流,火焰受强射流的驱动而急剧加速;但当火焰穿过孔板之后,火焰锋面前的流场速度沿着远离火焰的方向而逐渐下降,说明开始由火焰驱动未燃气体运动。比较不同压力下的火焰过孔板过程,发现湍流火焰传播速度和缸压振荡均随着初始压力的提高而升高。     

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。     

基于逆高斯过程的加速退化试验失效机理一致性判定

针对加速退化试验中逆高斯过程的特点,建立基于逆高斯过程的加速退化试验失效机理一致性判定方法。首先考虑带有随机波动影响的逆高斯过程模型,给出针对单个样本退化数据及融合所有样本退化数据的极大似然函数,进而得到逆高斯模型假设下参数的极大似然估计。其次结合加速试验失效机理一致性理论,基于加速系数不变原则给出逆高斯过程模型参数应满足的条件,并利用t统计量对加速过程进行失效机理一致性检验。最后,在案例中应用本文方法对某电子器件的应力松弛数据进行了统计分析。     

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雏长方柱体和Ⅲ维长方体等有限大扩散介质,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.     

金属构件选区激光熔化增材制造控形与控性的跨尺度物理学机制

激光增材制造逐点、逐线、逐域的局部成形特性,要求对金属构件激光增材制造过程进行微观—介观—宏观跨尺度的控形与控性,以实现对球化、孔隙、变形及裂纹等典型冶金缺陷的有效调控。本文针对难加工铝合金构件选区激光熔化精密增材制造,在介观尺度揭示了金属粉末激光熔化/凝固的热力学行为及球化效应形成与抑制机理,在微观尺度明晰了金属激光熔池内部熔体表面张力对气泡运动及熔体致密化的作用机制,在宏观尺度提出了金属构件选区激光熔化的热作用机制及构件内应力形成和变形行为。本文为高性能复杂金属构件激光增材制造的控形与控性提供了物理学基础及关键工艺调控方法。     

隧道衬砌外水压力计算方法研究

隧道工程中地下水作用在衬砌上的外水压力是进行衬砌设计的一个重要因素,如何确定外水压力是隧道工程界迫切需要解决的一个问题。本文详尽论述了折减系数法、理论解析法、解析数值解法、水文地球化学方法和渗流理论分析法五种计算方法,并建立了渗流场与应力场的全耦合计算模型。     

表面微纳结构对气-水界面稳定性和流动减阻的影响

利用压力-流量测量和流动显示方法研究了6种具有不同微纳结构尺寸的超疏水表面的减阻效果以及表面微结构形状对气-水界面稳定性的影响。实验结果表明:设计的各种超疏水表面在层流和湍流下均具有一定的减阻效果;在相同的固体面积分数情况下,微结构间距越小,减阻效果越好;在具有最小结构间距的微纳二级结构表面上实现了最大减阻率（38.6±4.5）%。流动显示观测发现:减阻率与微结构的层级、尺寸、形貌及槽道流态有关,它们均对气-水界面稳定性有一定的影响,揭示了复合微纳结构之所以能够显著提升减阻效果,是由于添加纳米二级结构减小了原有表面的固体面积分数,并提高了气-水界面的稳定性。此外,对于具有双内凹（伞状）微结构表面的微槽道,即使表面为亲水材料,也可以有效捕捉气体,形成稳定的气-水界面,从而实现超疏水性能。     

红外分子标记测速法

分子标记测速法（MTV）和粒子成像测速法（PIV）常被用于流动显示和流场成像测量,但在示踪粒子跟随性差、示踪粒子分布不均匀时,示踪粒子的引入会给PIV带来速度测量系统误差,而不需引入示踪粒子的MTV因荧光寿命长度限制,主要应用在高速和超声速流动测量中。为了发展无需示踪粒子、可适用于低速气流场的二维流速成像方法,本文介绍了一种基于激光诱导红外荧光的新型分子标记测速法,并在二氧化碳气体轴对称湍流射流中进行了速度测量与验证。在红外分子标记测速法中,通过红外脉冲激光选择性激发气体小分子的共振振动能级跃迁实现分子的标记,随后通过红外相机对不同时刻下跟随流场流动的激发态分子记录其发射荧光分布,进而处理得到流动速度场信息。通过考虑分子振动能量传递过程模型、有限荧光寿命、横向速度分量和分子扩散运动对荧光分布的影响,实现从荧光分布图像定量获取速度场分布。将该方法应用于5～51 m/s速度的二氧化碳湍流射流中,得到了射流轴向速度的径向分布,速度测量的相对不确定度优于8%,径向空间分辨率达到107μm,且该速度分布与湍流射流理论结果及前人实验测量结果符合较好。利用该方法分辨了射流在不同轴向位置的径向速度分布...