矩方法及其在水凝结研究中的应用与发展

矩方法(Method of Moments,MOM),又可以称作内部坐标矩方法,通过求解液滴尺寸分布函数对内部坐标的各阶矩的输运方程,反映粒子数量及尺寸分布的演化。在各种有关伴随凝结流动的数值方法中,矩方法兼顾了计算效率和液滴分布信息,因此被广泛应用于水凝结的研究。本文首先介绍了经典矩方法,综述了矩方法的最新发展。然后应用经典凝结矩方法,研究了伴随同质凝结的Prandtl-Meyer膨胀流动问题,计算发现随着来流水蒸气饱和度的提高,凝结诱导的激波由定常状态向非定常状态转变,出现自激振荡现象;进一步,将经典凝结矩方法推广到异质凝结领域。通过引入"瞬间活化"假设,简化了异质成核模型,将此方法应用到伴随异质凝结的激波管问题中,进行了参数研究,加深了对异质凝结和流动相互作用的认识;最后针对经典矩方法无法处理相间相互作用的问题,将经典矩方法中的矩方程改写为基于液相平均速度的形式,发展了一套考虑相间质量、动量、能量交换的矩方法,应用此方法研究了伴随同质凝结的旋涡运动问题,分析了旋涡中凝结的产生过程,以及凝结与流动相互作用对液相分布的影响,计算结果显示了凝结生成的液滴在离心力作用下离开旋涡中心的现象。     

边界元法分析回转体的自由扭振问题

 边界元法用于分析非线性问题和动力问题时,在最终得到的积分方程中同时包含边界积分和区域积分。通常的做法是对区域积分项采用常值有限元离散,这需要用很密的网格才能达到较高的精度。     

分子凝结与凝结表面温度的关系机理研究

基于相关理论研究，并借助新近研究的“分子污染低温凝结效应设备”，就我国飞行器型号设计密切相关的分子凝结与凝结表面温度的关系机制进行了四个多月的试验研究，取得了相关的二千余个数据。在此基础上，结合相关的理论对数据进行了拟合和分析，得到了分子凝结与凝结表面温度广泛遵循的一般关系——指数关系。对型号设计具有重要的参考价值。     

翼型湿空气非平衡凝结流动的数值研究

 湿空气非平衡凝结会对机翼的气动特性造成显著影响。通过对Fluent软件进行二次开发,发展了一种求解湿空气非平衡凝结流动的数值方法并进行了验证。对NACA0012翼型在迎角为0°和1.5°时的湿空气非平衡凝结流动进行了分析。结果表明：与干空气流动相比,在30％～70％相对湿度范围内,湿空气非平衡凝结流动中升力系数显著降低,而阻力系数则可能增加或减小;0°迎角条件下,压差阻力系数最大增加了68.3％;在迎角为1.5°时,升力系数最大减小39.8％,而压差阻力系数最大减小了34.8％。造成翼型气动特性显著变化的原因在于：湿空气中水蒸气凝结放热对跨声速气流加热,导致翼型表面附近的流速、压力与流场结构发生了显著变化。     

蒸汽流量对蒸汽直接接触冷凝的影响

为研究蒸汽流量对蒸汽直接接触凝结及汽泡表面变化过程的影响,利用高速摄像仪记录一定过冷度、不同蒸汽流量条件时过冷水中蒸汽的凝结过程.实验结果表明:蒸汽流量小于0.36m3/h时,汽泡表面始终较光滑;当蒸汽流量升至0.74m3/h时,汽泡表面上出现波动,汽泡最终逐渐分裂成数个小汽泡;当蒸汽流量大于1.13m3/h时,汽泡表面上的波动非常剧烈,汽泡不稳定性增强,并最终破碎成大量微汽泡.且随蒸汽流量增,这些微汽泡的直径减少,喷射速度增加.蒸汽流量超过1.13m3/h后,汽泡在凝结时,其相对半径迅速减小,半径变化率迅速增加.汽泡表面剧烈的波动会极大的增加汽泡有效换热面积,导致蒸汽与过冷水间的传热和传质过程被极具的加强.      

基于燃气射流冷凝的氧路系统频率特性研究

基于热力学不平衡两流体六方程模型模拟了液氧煤油补燃循环发动机燃气射流在氧路系统泵间管路液氧流体中的冷凝过程，获得了燃气射流冷凝特征参数沿管路流向的分布规律。根据Rayleigh-Plesset方程和燃气射流特性建立了泵间管路燃气冷凝过程的传递函数模型，并与氧路管路、泵等组件模型联立求解，分析了发动机氧路系统频率特性。研究了在不同氧路入口压力和液氧温度边界条件下，泵间管路燃气射流冷凝过程对氧路系统频率特性的影响，仿真结果表明高入口压力和过冷液氧改变了射流气体的惯性和柔度，使得氧路系统特征频率增大。不同边界条件下发动机热试车结果表明，提高氧路入口压力或降低液氧温度使得氧路系统频率从8.3 Hz提高至11 Hz，与数值仿真结果一致，验证了泵间管燃气射流冷凝过程是影响氧路系统频率特性的重要环节。     

Coherent matter wave inertial sensors for precision measurements in space

We analyze the advantages of using ultra-cold coherent sources of atoms for matter-wave interferometry in space. We present a proof-of-principle experiment that is based on an analysis of the results previously published in Richard et al. (2003) from which we extract the ratio h/m for ⁸⁷Rb. This measurement shows that a limitation in accuracy arises due to atomic interactions within the Bose–Einstein condensate. Finally we discuss the promising role of coherent-matter-wave sensors, in particular inertial sensors, in future fundamental physics missions in space.     

The fundamental physics explorer: An ESA technology reference study

ESA technology reference studies are used as a process to identify key technologies and technical challenges of potential future missions not yet in the science programme. This paper reports on the study of the Fundamental Physics Explorer (FPE), a re-usable platform targeted to small missions testing fundamental laws of physics in space. The study addresses three specific areas of interest: special and general relativity tests based on atomic clocks, experiments on the Weak Equivalence Principle (WEP), and studies of Bose–Einstein condensates under microgravity conditions. Starting from preliminary science objectives and payload requirements, three reference missions in the small/medium class range are discussed, based on a re-adaptation of the LISA Pathfinder spacecraft. A 700/3600 km elliptic orbit has been selected to conduct clock tests of special and general relativity, a 700 km circular orbit to perform experiments on the Weak Equivalence Principle and to study Bose–Einstein condensates, each mission being based on a three-axis stabilised spacecraft. It was determined that adaptation of LISA Pathfinder would be required in order to meet the demands of the FPE missions. Moreover it was established that specific payload and spacecraft technology development would be required to realise such a programme.     

电连接器结露因素和防结露方法研究

电连接器作为设备和电缆网的组成部分,承担着能源传输、信息传递的功能,是重要的航天器元器件。文章通过对结露现象产生的机理及其对电连接器的影响分析,提出了电连接器的防结露措施,研究了电连接器防结露性能的试验方法和方案,并试验验证了分析的正确和试验方案的可行性。     

泵间管气液两相流压力波传播速度数值研究

采用ANSYS CFX热相变模型数值模拟了泵间管气氧和液氧的混合冷凝过程.并应用整体平均两流体模型建立了气液两相流压力波的色散方程,系统研究了泵间管两相压力波的传播速度特性.计算表明:泵间管气液两相波速随空泡份额的增加先减小而后在弹状流区域略微增大,且两相波速随扰动角频率增加而增大.增加液氧流量或降低进口气氧温度,气液的冷凝效果增强,沿管流的空泡份额减小,气液两相波速增大.