砂尘环境试验设备中颗粒浓度场的实验研究

利用中科院寒旱所沙漠研究所室内风沙环境风洞,采用激光粒子成像技术对砂尘环境试验设备中含砂气固两相射流在距喷嘴不同截面中心位置的颗粒浓度场进行了测量和分析研究,并与拍摄的颗粒空间分布数码照片进行对比.实验结果表明在距气固喷嘴约1?m处的截面上,砂粒颗粒还没有扩散到整个空间内,轴线附近的粒子较多,而且大粒子多数处于下部区域,只有在距喷嘴下游约3?m处粒子才基本扩散均匀,从而可确定砂尘环境试验中试件的安放位置.结论认为砂尘试验设备的加砂段应保持在3?m左右,这样才能满足国军标要求,从而为我国自行研制大型砂尘环境试验设备,确定加砂/尘方法、参数、加料和试验段尺寸等提供了依据.     

油盘火热释放率影响细水雾灭火特性试验

为了研究细水雾针对不同热释放率条件下的灭火特性及规律,采用7种不同尺寸油盘火模型和正庚烷燃料,在4.6m×3.2m×4m的空间内,进行了单喷头和四喷头灭火试验,试验过程中采用热电偶树和气体分析仪对火焰温度及火场氧浓度进行了测量,得到了不同热释放率条件下的细水雾灭火特性规律和灭火过程中火场温度场的变化规律,为细水雾灭火系统设计、检验标准制定及细水雾灭火产品开发提供了相应的试验依据.      

固相颗粒浓度射频导纳测量系统

基于射频导纳电容对流化床固相颗粒浓度的测量,采用传感探头并配置具有一定驱动能力的等位转换隔离电极（等位环）,可补偿由于挂料对测量电场产生的边缘损耗,适配专用反馈运算式非电量转换电路,从而降低了对测量结果的影响。射频导纳电容法对颗粒浓度测量主要有断层成像和射频导纳电容探头两种方式。实际测量时,可以针对介质的空间分布情况,采用不同的探针式传感器结构,提高测量的空间分辨力。因此,射频导纳电容传感测量技术是一种较为理想的固相颗粒浓度测量方法。     

描述碳纳米管内水分子单链的深度学习势

碳纳米管通道内的受限水具有与体相水截然不同的物理力学性质。当纳米管直径低至约0.8 nm时,通道内水分子形成与生物水通道内类似的单链结构,并显现出极高的流速和离子排斥能力。尽管基于经验势的分子动力学模拟在揭示单链水的奇特行为方面发挥了重要作用,但其模拟结果通常依赖于水模型和壁面-水作用参数选取。本文以从头算分子动力学计算结果为数据集,通过深度神经网络训练获得描述碳纳米管内单链水的深度学习势。基于深度学习势的分子动力学模拟在势能和原子受力方面具有近似第一性原理水平的准确性但低得多的计算成本,能准确重现从头算分子动力学得到的单链水性质,包括O-H键长、H-O-H键角、取向角和密度分布等。此外,本文对比了该深度学习势与常用经典水模型所得结果的异同。本文所构建的深度学习势为以接近第一性原理的准确性进行碳纳米管内单链水体系的大尺寸、长时间模拟提供了可能。     

迎风面三维积冰过程中水膜流动的计算方法

对影响迎风面三维积冰过程的冰层表面水膜流动进行分析,建立描述其流动的数学模型,引入在流动前锋下游预设薄水膜的方法处理其在表面干区的流动推进过程,提出超过临界厚度的水膜被吹除的方法处理角状冰下游局部水膜被吹离表面的现象.通过对翼型-平板结构中翼型上的冰形对比和水膜流动规律分析,验证了该水膜流动数学模型的合理性和计算方法的可行性.研究表明:与Messinger模型相比,积冰模型中引入水膜流动后,可以较好地模拟三维明冰积冰,同时明冰极限的模拟结果也更接近试验值;冰层表面的水膜厚度约为10-5m,流动速度约为10-2m/s.      

机场污染跑道飞机轮胎的溅水问题

飞机在有积水、融雪的跑道起降时,由轮胎滑跑所产生的溅水有可能影响飞机的滑跑性能与安全。因此,积水跑道上的滑跑溅水试验是民航飞机适航审定的一个重要科目。在有限元软件LS-DYNA中对飞机轮胎溅水进行模拟,对于水粒子的模拟采用光滑粒子流体动力学(SPH)方法。针对某一具体轮胎参数首先进行了工程估算分析,接着建立了飞机轮胎的溅水分析模型,并对模型有效性进行了验证,进而分析了多种因素对轮胎溅水形态分布的影响。通过工程估算和数值计算结果的比较,发现存在临界的飞机滑跑速度,当飞机滑跑速度处于该临界值时,侧视溅水角度达到最大值。并在数值模拟中给出了不同位置溅水量相对大小的统计方法并指出轮胎翻边对溅水有显著的影响。     

SiC/TC4复合材料横向拉伸应力集中系数的表征及试验验证

针对纤维均匀排布的单向纤维增强复合材料在横向拉伸荷载下基体产生应力集中的问题,提出了横向拉伸荷载下基体应力集中系数的表征方法。基于复合材料细观力学理论,通过编写程序在代表体积元(Representative Volume Element, RVE)模型上施加周期性边界条件,实现了单、双轴横向拉伸荷载下基体应力集中系数的计算,并通过单向纤维增强SiC/TC4复合材料板的横向拉伸试验验证了所建模型的有效性。利用所建模型计算不同纤维体积分数、材料组分以及温度条件下基体应力集中系数并分析其影响规律。计算结果表明:单轴横向拉伸应力集中系数随着纤维体积分数的增加而增大,双轴横向拉伸应力集中系数随着纤维体积分数的增加呈现出先减小后增大的趋势;在20℃～500℃区间内,单轴横向拉伸应力集中系数最大可达2.8,双轴横向拉伸应力集中系数最大达2.4。     

含球形空穴弹性体中应力集中的非局部度量

为反映球形空穴以至地应力集中程度的影响，对含单个球形空穴的无限大弹性体受单向拉伸（压缩）时的应力集中问题，应用非局部线弹性理论进行了研究，建立问题的基本方程并采用分离变量法进行求解。研究结果表明：球形空穴边缘的应力集中不仅与弹性常数有关，而且随空穴尺寸与材料内部特征尺寸比值的变化而变化，因而较经典线弹性理论结果更符合实际。     

双基推进剂的切口强度及切口敏感性

为了获取双基推进剂的切口强度及切口敏感性,在环境温度为(20±1)℃,应变率为10-4 s-1条件下,进行了双基推进剂板条状双边U型切口试件及标准试件的单轴拉伸试验.结果表明:在一定的范围内,双基推进剂的切口强度随着切口试件的应力集中系数的变化而变化.当应力集中系数小于切口敏感因子(1.99~2.22)时,板条状双边U形切口试件的切口强度受应力集中系数影响不大,近似等于材料的抗拉强度,材料对切口不敏感.用标准试件单轴拉伸的试验结果对双基推进剂的切口强度及切口敏感因子进行预测,预测结果与试验结果较吻合,验证了这种预测方法的有效性.     

计入离心力影响的直升机旋翼翼型结冰数值模拟

建立了一套计入离心力影响的直升机旋翼翼型结冰的数值模拟方法.首先生成围绕翼型的贴体正交网格,然后用Navier-Stokes（N-S）方程求解黏性绕流流场.在此基础上,利用拉格朗日法建立水滴运动方程.其中,为提高计算效率,提出了结合位移矢量的水滴所处单元寻觅方法.最后,结合桨叶工作特点,发展了一种计入离心力影响的三维结冰模型.通过与桨叶结冰实验的对比,验证了本文结冰预测方法的可靠性.对比常规结冰模型,桨叶结冰量减少22.3%;若考虑桨叶的挥舞运动影响,桨叶结冰量进一步减少,表明了离心力及桨叶运动在结冰数值模拟中的重要性.通过不同剖面间的结冰量和冰形对比,分析并获得了桨叶结冰特征.结果表明离心力的影响程度随径向位移的增加而增加,下翼面结冰量随挥舞角的增加而减少.