近壁圆柱绕流尾流的特性

近壁圆柱绕流是许多工程问题分析简化的物理模型。圆柱尾流与壁面边界层的相互作用产生了复杂而丰富的多尺度湍流结构。文章对工程中由这种湍流结构引起的圆柱涡脱落频率、圆柱所受阻力和升力的变化，以及这种湍流结构的产生和演化的规律进行了综述和分析，并对进一步开展的研究提出了建议。     

电磁场中圆柱绕流的开环和优化控制

对圆柱绕流的电磁控制进行了实验和数值研究. 实验在转动水槽中进行, 通过吊杆将装有电磁激活板的圆柱插在槽内液体中. 吊杆上的应变片用于测试圆柱的阻力, 注入适当的染料用来显示流场. 数值模拟时, 流场的基本方程为指数极坐标中考虑场力的Navier-Stokes方程, 计算采用ADI格式和FFT格式. 结果表明, 实验与计算所描述的流场具有相同的变化趋势. 在开环控制时, 即Lorentz力为常数时, 旋涡脱体可被有效抑制, 涡街消除, 阻力减少. 另外, 基于上述Navier-Stokes方程, 推导了优化控制所需的伴随方程, 并利用同样的数值方法对此进行数值求解. 根据伴随优化理论得到实时变化的优化控制参数, 对优化控制过程中的流场变化进行了讨论.     

微通道流的滑移连续介质模型及其适用性

采用不同滑移连续介质模型, 考虑不同的进出口压比、长宽比和出口压力, 对微通道中低马赫数的氦气流和氮气流进行数值分析, 并采用小扰动分析方法给出不同阶滑移条件所对应的流场理论解, 用实验结果和DSMC方法在不同努森数区域中检验理论模型. 研究表明, 滑移模型能很好地描述微通道流的可压缩效应、稀薄效应以及热蠕动效应; 与一阶滑移模型相比, 稀薄效应在高阶滑移模型中影响略弱; 努森数和雷诺数分别表征稀薄效应和热蠕动效应的强弱; 滑移的连续介质模型适用于努森数小于0.15的氮气流动, 而高阶滑移模型在努森数小于0.08的滑移流区域效果更好; 在努森数大于0.2的过渡区, 滑移模型明显低估了稀薄效应.     

广义边界力作用下剪切带屈曲及其构造意义

地壳雁行褶皱构造是剪切带屈曲失稳的产物.前人已研究了长边固定的剪切带纯剪切的屈曲问题,以及四边简支矩形板纯剪切的屈曲问题.本文研究广义边界力(挤压、剪切)作用下剪切带的屈曲变形、屈曲临界力及地质构造中的意义.     

激波不稳定性效应的k-ε可压缩修正湍流模型

针对高速可压缩湍流流动, 在已有的压力膨胀项和可压缩耗散率的可压缩性修正湍流模型基础上, 引入激波不稳定效应修正, 发展了一个新的可压缩性修正k-ε湍流模型. 新模型采用抑制湍流动能和耗散率方程中湍流动能产生项的方法模化激波不稳定性效应, 压力膨胀项和可压缩耗散率的可压缩性修正采用广泛使用的Sarkar修正模型. 新模型物理意义明确, 形式简单, 可适用于超声速复杂湍流流动. 对自由流动中超声速混合层和复杂的超声速横侧射流干扰流场的多个工况进行计算分析以及与实验结果的比较, 表明本文发展的k-ε模型能抑制过大的湍流动能增长, 预测结果显著优于标准k-ε模型. 对超声速混合层流动, 新模型准确预测到了混合层增长速率随对流马赫数增加而减小的趋势, 与实验结果符合地较好. 对复杂横侧射流干扰流场中的分离流动, 激波不稳定性修正抑制激波区域过大的湍流动能增长, 计算出较宽的激波区域, 从而显著改善了对强分离流动的预测结果. 流体分离越强, 修正模型效果越明显, 即使在强分离情况下, 新模型的预测结果也与实验结果较好吻合.     

激波不稳定性效应的k-ε可压缩修正湍流模型

针对高速可压缩湍流流动,在已有的压力膨胀项和可压缩耗散率的可压缩性修正湍流模型基础上,引入激波不稳定效应修正,发展了一个新的可压缩性修正k-ε湍流模型.新模型采用抑制湍流动能和耗散率方程中湍流动能产生项的方法模化激波不稳定性效应,压力膨胀项和可压缩耗散率的可压缩性修正采用广泛使用的Sarkar修正模型.新模型物理意义明确,形式简单,可适用于超声速复杂湍流流动.对自由流动中超声速混合层和复杂的超声速横侧射流干扰流场的多个工况进行计算分析以及与实验结果的比较,表明本文发展的k-ε模型能抑制过大的湍流动能增长,预测结果显著优于标准k-ε模型.对超声速混合层流动,新模型准确预测到了混合层增长速率随对流马赫数增加而减小的趋势,与实验结果符合地较好.对复杂横侧射流干扰流场中的分离流动,激波不稳定性修正抑制激波区域过大的湍流动能增长,计算出较宽的激波区域,从而显著改善了对强分离流动的预测结果.流体分离越强,修正模型效果越明显,即使在强分离情况下,新模型的预测结果也与实验结果较好吻合。     

美国SMAP卫星失效的一个可能性分析

美国主被动土壤水分监测卫星(Soil Moisture Active Passive, SMAP)是目前唯一搭载偏心旋转复合材料环形桁架天线的在轨卫星,但在轨仅工作数月便出现无法修复的雷达故障,损失惨重,故障原因至今尚未查明.基于复合材料圆柱壳等效模型,本文研究了考虑横向激励和参数激励共同作用下超大型复合材料环形桁架天线在偏心旋转状态的内共振特性和非线性动力学问题,从非线性动力学角度提出了一种SMAP卫星失效的可能性分析,也为我国研究此类大型可展卫星天线提供了理论参考.利用Donnell薄壁剪切变形理论及Hamilton原理建立偏心旋转复合材料层合圆柱壳的非线性偏微分方程,应用Galerkin离散导出耦合非线性常微分方程.通过Campbell图得到发生1:2内共振的参数条件后,进一步研究了偏心率和几何参数对偏心旋转复合材料层合圆柱壳内共振条件的影响.随后,利用多尺度法得到了1:2内共振和1/2次谐波共振情况下的四维非线性平均方程.通过数值仿真,发现在一定的横向激励和温度参数激励作用下,处于偏心旋转状态的超大型环形桁架天线等效模型发生大振幅混沌运动.这为解释SMAP卫星雷达失效提供了一种可能性.     

剪切带的成分变异及体积亏损——以河台剪切带为例

作为地壳中的缺陷,剪切带中存在着热、力、化学和流体之间的耦合作用.应变局部化和力学失稳引起的化学不平衡和组分的迁移,使化学成分重新调整.关于剪切带中元素的富集与亏损,存在不同的解释,但已较普遍认为,某些元素,尤其是一些活动性较小的高场强元素(如Ti,P,Zr,Y,V等)的富集,很可能与剪切带的体积亏损有关.剪切带的成分变异及体积亏损,除了与应变有关外,流体的流动是一个极为重要的因素.本文拟以广东河台剪切带为例,阐明剪切带中化学成分的变异情况及其与体积亏损和流体作用之间的关系.     

平板上低表面能涂层的水筒减阻研究

在金属表面上涂覆特种涂层,可降低其航行阻力和噪声。人造海豚皮(厚2.5mm)的非各向同性柔性壁有利于层流边界层的转捩延迟,因而在一定的速度范围内有明显的减阻作用。水溶性线型高分子涂层:一是由于涂层表面溶解出来的线型高分子抑制初始剪切涡,吸收压力脉动能量;二是溶胀涂层的柔性效应抑制和吸收压力脉动,减小航行体阻力。而边界层中微气泡可使平板表面摩擦阻力降低60％左右。本文给出具有低表面能的涂层平板模型阻力测量结果。描述了低表面能涂层的厚度、疏水性和表面粗糙度等特征,考察了涂层表面湍流边界层和层流边界层延迟转捩减阻的可能性。     

连续谱重力波参数化模拟赤道准两年振荡

在以往参数化格式的基础上, 同时考虑重力波的饱和破碎和临界层吸收过程, 通过引入重力波动量流谱分布密度函数, 真正实现连续谱重力波的参数化, 从而进一步完善重力波的参数化模式. 以实验观测值为基础, 选取大气背景参数和波特征参数, 结合行星波和重力波参数化后的驱动力, 能模拟出更接近实际观测的赤道准两年振荡. 数值计算结果表明, 重力波和行星波的驱动力大小随风场结构变化而变化, 在振荡的某些阶段, 重力波的贡献可以和行星波相比拟. 稳定的振荡形成后, 其振幅、周期和风场结构等特征受背景大气的扩散效应及重力波动量流的谱分布的影响, 与初始背景风场无关. 而且, 对于任意非零的初始背景风场, 在两种波的共同作用下, 都能形成稳定的准两年振荡.     

Fe/Mo多层膜巨磁电阻及层间耦合振荡

近年来研究发现,由磁性材料和非磁性材料交替沉积而构成的金属多层膜和三层(Sandwich)结构系统中,非磁性层厚度发生变化时,相邻磁性层之间出现铁磁性耦合和反铁磁性耦合的交替变换,这种现象称为层间耦合的振荡.零场时若多层膜的相邻磁层呈反铁磁耦合,在外磁场作用下将导致多层膜电阻的大幅度下降,即产生巨磁电阻(Giantmagnetoresistance)效应.巨磁电阻效应最初在Fe/Cr多层膜系统中发现,随之在Fe/Cu,     

放电频率对DBD气动激励影响的数值分析

基于数值方法分析了DBD等离子体对翼型失速特征的改善效果,研究了不同放电频率对等离子体气动激励的影响.通过计算发现,采用DBD等离子体流动控制技术能够有效地抑制低雷诺数大攻角下翼型的动态失速特征.静止空气中,等离子体诱导速度随放电频率的增大先增大后减小,振荡频率的变化规律不明显,但在放电频率为无控制时翼型表面涡脱落频率的倍频和不是涡脱落倍频两种情况下,振荡频率分布随放电频率的增大而增大.采用等离子体抑制气动分离后,翼型升阻比随放电频率的增大先增大后趋于平缓,但不同放电频率下翼型气动力大小的变化很小;翼型气动力振荡频率随放电频率的变化较大,变化规律与静止空气中等离子体诱导速度的振荡频率相同.     

浅层次微型韧性剪切带的发现及其形成机理讨论

多年来对韧性剪切带的研究主要集中在较深层次(>10km)的韧性剪切带的应变分析和显微构造特征方面.关于小型至微型韧性剪切带的发育过程的讨论,近几年也有报道.但是关于发育于地壳浅层次(<5km)的韧性剪切带的报道则不多见.本次工作在闽西南地区的二叠系砂岩中发现了浅层次的微型韧性剪切带,本文主要讨论该种剪切带的特征及其形成机理.     

体育场馆火灾烟气运动数值模拟中发现的2个典型现象

通过求解流体Navier-Stokes方程对一综合体育馆火灾场景进行了数值模拟. 模拟湍流采用Smagorinsky大涡模拟方法, 模拟燃烧采用混合比例燃烧模型, 对火灾工况下的流体流动做了低马赫数假设. 通过对数值计算结果揭示的流场速度、温度、组分浓度等物理量的的分析, 发现在火灾发生后, 利用自然通风或机械通风排烟过程中, 存在门效应和烟气堵塞两种不利于烟气控制的重要现象. 在这两种效应的作用下, 不合理的通风口位置, 甚至机械通风的引入都可能导致排烟效果的恶化. 分析了两种效应的产生原因和作用机理, 最后对消除这两种现象提出了参考性体育场馆火灾通风设计.     

青藏高原GPS位移绕喜马拉雅东构造结顺时针旋转成因的数值模拟

GPS测量结果表明青藏高原水平位移场在其东部绕喜马拉雅东构造结呈顺时针转动, 其地球动力学成因难以在二维模型中模拟. 由于青藏高原地壳巨厚、下地壳温度高, 岩石层流变性质可能会呈现脆性的上地壳、柔性的下地壳和黏滞系数较大的岩石圈上地幔, 在岩石圈下又存在黏滞系数较低的软流层的复杂分层流变结构. 在上述研究成果的基础上, 利用三维球坐标系下的Maxwell体有限元模型模拟了青藏高原在印度板块推挤下的变形. 模拟结果显示, 柔软下地壳的存在使整个青藏高原在印度板块的推挤下表现为整体抬升, 高原南缘和喜马拉雅东构造结抬升迅速, 而由于周边地块下地壳相对较硬而封闭、仅高原东南部存在高温柔软的通道, 青藏高原软的下地壳的存在还使得高原整体隆起达到一定高度后, 下地壳和软流层的物质向东、东南流动, 并拖曳上地壳作类似运动, 形成绕喜马拉雅东构造结的顺时针转动.     

高超音速气流中尖头与小鈍头细长体的表面压强分布、边壁摩阻及热传导

为了減少气动加热,高超音速飞行器多采用小钝头细长体的外形。在高超音速气体流过这种物体时,会产生钝头效应、附面层位移效应、横向曲率效应及真实气体效应等流动现象。实际的高超音速细长体绕流问题中,钝头与粘性的影响往往同样重要。1960年,郑显基等人最先分析了钝头与附面层位移效应的联合作用。他们将波后扰动流场分为激波层、无粘熵层及附面层三部分。在讨论钝头与粘性联合作用的相似律时,曾     

低速冲击下的绝热剪切带

白层自1911年由Stead在磨损的钢丝绳表面发现以来,一直是磨损工作者感兴趣的焦点.表面白层在许多材料和不同工况条件下被观察到,具有硬度高和晶粒细小等共同特征,然而白层中是否产生了相变至今仍有争议.在高速冲击情况下,材料中通常产生体内的白层(或称白带).本世纪40年代,Zener和Hollomon用绝热剪切的观点对这种动态下的独特现象进行了解释,从70年代开始,力学界对绝热剪切的现象进行了深入的研究.众多工业应用场合同低速冲击有关,而低速下的绝热剪切现象研究得非常有限,因此加强这方面的研究对选材及工艺改进有重要的意义.本文模拟了工业上广泛应用的球磨机的工况条件,对冲击磨损中的绝热剪切带进行了较详细的观察和研究。     

量子尺寸效应导致的金属薄膜材料的奇异超导性质

我们在硅衬底上制备出了厚度在原子尺度上可控、宏观尺度上均匀的铅薄膜。我们观察到了随着厚度一个原子层一个原子层增加时薄膜超导转变温度的振荡现象。我们证明,这种振荡行为是量子尺寸效应的结果。在这种薄膜中,电子德布罗意波的干涉行为类同于光的法布里-玻罗干涉,会导致量子阱态的形成。量子阱态的形成改变了费米能级附近的电子态密度和电声子耦合强度,从而最后导致了超导转变温度的变化。我们的工作表明:通过精确控制这种厚度敏感的量子尺寸效应,可以调制材料的物理和化学性质。量子尺寸效应导致的金属薄膜材料的奇异超导性质@张…     

云蒙山变质核杂岩的变形规律与发育机制

位于燕山褶断带中部的云蒙山变质核杂岩记录了华北克拉通东部峰期破坏时的地壳伸展过程.该核杂岩受控于其东部总体NNE走向的大水峪剪切带.剪切带向SE倾,自南西向北东产状变缓,剥露程度变浅,中、南段出露韧性剪切带,北段为脆性正断层.露头构造、显微构造及石英C轴组构皆指示该剪切带为上盘向SE运动的伸展型剪切带.变形温度估计结果(300~520℃)表明,所出露的中、南段韧性剪切带起源于中地壳环境,其西侧下盘卷入的塑性变形带仅为1~3 km宽,反映没有发生过广泛的中地壳塑性流动.岩脉和岩体锆石U-Pb定年及变形岩石中角闪石、黑云母40Ar/39Ar定年表明,该核杂岩起始于135 Ma,在135~126 Ma期间经历了大水峪剪切带强烈活动、上叠盆地发育及同构造岩浆侵位(135~125 Ma).在125~114 Ma期间,该核杂岩快速隆升,大水峪剪切带同时发生伸展活动与被动隆升.剪切带及其上盘抬升至脆性域时被一系列脆性正断层所切割或取代,显示隆升是在持续的伸展活动中发生的.在随后的早白垩世晚期该核杂岩转入伸展背景下缓慢隆升阶段.上述现象表明,云蒙山变质核杂岩是早白垩世(135~100 Ma)NW-SE向持续拉伸背景下以滚动枢纽模式演化,是华北克拉通常见的板内变质核杂岩发育机制.     

自加热效应下AlGaInN电子阻挡层对LED性能的影响

在自加热效应下,对有、无AlGaInN电子阻挡层的两种发光二极管芯片进行了数值研究系统分析了芯片能带结构,载流子输运与分布特性,内部焦耳热和复合热特性,内量子效率衰落的物理机制,并讨论了不同俄偈复合系数在自加热效应下对效率衰落效应的影响.模拟结果表明:当在p-GaN层与活性层间插入AlGaInN电子阻挡层后,效率衰落效应得到显著改善,芯片结温明显升高.俄偈复合热不是内热源的主要贡献,可忽略不计.效率衰落效应受芯片结温影响不大,电子漏电流与俄偈复合是效率衰落的主要原因.