海森堡模型中近邻相互作用与外磁场对LaMnO3磁热性能影响研究

使用蒙特卡罗算法模拟了海森堡模型中近邻相互作用与外磁场对钙钛矿LaMnO₃材料的磁热性能影响。通过调控近邻相互作用和磁场的大小,来获得更大的等温熵变,从而提高材料的制冷能力。模拟的结果显示等温熵变的峰值出现在相变点附近,并随着磁场增大而增大,这与实验报道的结果一致。此外,改变近邻相互作用的大小,LaMnO₃材料的相对制冷能力没有明显变化,而等温熵变的峰值随近邻相互作用的降低而增大。增大外磁场,相对制冷能力得到明显提升。     

基于小孔成像技术的中能电子成像谱仪及其空间观测结果

中能电子测量对空间辐射环境的理论研究和空间航天器的防护设计具有重要意义。北京大学研制的中能电子成像谱仪（BD-IES）利用小孔成像技术实现多方向中能电子的能谱测量。地面标定试验结果表明,BD-IES具有良好的能量线性度和较小的系统噪声,能够有效实现对中能电子的能谱测量。该仪器已成功应用在我国导航卫星上。最新测量结果表明BD-IES对中能电子的测量是成功的,其结果对于研究如亚暴注入、波-粒子相互作用等空间物理热点问题具有重要意义。BD-IES未来将被应用到“风云”等空间环境探测平台上。     

侧壁约束下压缩激波/湍流边界层相互作用低频不稳定性实验研究

侧壁面约束条件下压缩激波/湍流边界层相互作用（Shock-Wave/Turbulent Boundary-Layer Interactions, SWTBLIs）呈现出区别于经典二维SWTBLIs的强三维特性，尤其是低频不稳定性问题自发现以来就受到了广泛关注，而其与下游压缩环境之间的关联性尚不明确。本文基于带侧壁约束的超声速压缩拐角构建三维受限的SWTBLIs流动，并通过自由射流风洞实验进行了系统研究，其中来流Ma∞=2.5、湍流边界层发展厚度对矩形流道宽度的占比约0.08、压缩拐角在12°~24°的宽范围内变化。通过不同压缩拐角下流场结构演化及壁面压力脉动信号谱特性的对比，揭示了侧壁面约束条件下压缩拐角对低频大尺度振荡时间-空间演化行为的影响规律和作用机制。研究发现：压缩拐角角度较小时，侧壁面约束导致的“拖尾效应”有助于延缓压缩拐角附近流动分离模式的过渡，并抑制压缩激波的不稳定性；压缩拐角达到20°及以上时，压缩拐角前沿逐渐发展为大尺度流动分离模式，侧壁面约束的角区将首先发展出能量集中的低频脉动，并逐步演化为两种峰值频率分别为约50Hz、200Hz量级的不同大尺度间歇性低频振荡叠加行为，且伴随着压缩激波形态的显著改变；两种低频振荡行为都属于SWTBLIs流场的全局性不稳定振荡，但沿着展向振荡强度差异显著，角区内的振荡强度远远高于中心主流区域。     

声激励下的剪切流稳定性

受控小扰动对流动稳定性与流场结构的调制作用具有潜在价值，但机理和失稳过程目前尚未完全明确。采用格子Boltzmann数值方法，对声场扰动条件下平行剪切流失稳过程开展了直接模拟研究，探讨了流动失稳的机理。研究表明，点源声场作用下的剪切流失稳形式依赖于激励声波的波长—文中定义为长波模式和短波模式，声波振幅的空间分布不均匀性是剪切层失稳的重要诱因。在短波模式下，受多普勒效应影响，剪切层上下两侧声波叠加效应导致流动上游区域压力脉动的波包结构；该结构的波长与剪切层失稳波长匹配，诱导流动失稳发生。在长波模式下，剪切层上声源垂直入射区首先失稳，剪切层对声波反射的方向选择性导致声压波动振幅分布的对称性破缺，且失稳区压力波动波长随时间推进而逐渐减小。当该波长落入剪切层失稳波长范围内时，剪切层流动开始失稳。     

声涡相互作用下翼型分离泡内流动动力学特征

基于LBM-LES方法对中等雷诺数下NACA0012翼型气动噪声进行了直接模拟，得到了声涡相互作用下气动噪声声场和流场，分析了剪切层内流体动力学特征。结果表明：翼型壁面附近剪切层内，扰动从分离前T-S不稳定分离后向K-H不稳定转变，K-H不稳定对扰动的增长起重要作用；分离泡内湍流强度显著增长直至转捩成湍流，但流动再附后，湍流强度有所降低；750 Hz的大尺度旋涡结构是在分离泡内形成并发展成稳定结构，而2次和3次谐波频率对应的旋涡结构形成于流动转捩后，在分离泡外发展成稳定结构，说明远场2次及3次谐波纯音噪声和750 Hz主纯音噪声生成机理不同。     

气?面相互作用对均匀加热微梁系统中稀薄气体流动特性影响的数值研究

在微型设备和宏观尺度的真空环境中，非均匀温度场会引起稀薄气体流动，且浸没在气体中的结构会受到辐射力。文章采用直接模拟蒙特卡罗（DSMC）方法结合Cercignani-Lampis（CL）气?面相互作用模型，研究法向能量调节系数（NEAC）和切向动量调节系数（TMAC）对一对冷热微梁周围稀薄气体流动特性的影响。研究结果表明，流场结构、传热特性、压力分布和辐射力特性对表面调节系数的变化高度敏感——在单独改变冷梁表面调节系数的情况下，辐射力随着NEAC的降低呈近似线性增加，随着TMAC的降低呈非线性减小；在同步改变冷梁和热梁表面调节系数的情况下，辐射力随着TMAC的降低呈非线性增加，随着NEAC的降低呈先减小后增大的趋势。研究结果可作为设计、制造MEMS器件时的选材参考，以获得尽可能大的辐射力。