流体在准直管内的高速流动及相变分析

描述了汽、液两相流在准直管内高速流动时的相变过程及有趣的物理现象,推导了准直管内高速稀疏介质的有阻运动方程式,讨论了流体介质的密度和温度变化过程。研究表明,准直管在一定长度范围内液体介质密度和速度几乎不变。     

流场非均匀性对非平面激波诱导的Richtmyer-Meshkov不稳定性影响的数值研究

基于Navier-Stokes方程组,采用可压缩多介质黏性流动和湍流大涡模拟程序MVFT (multi-viscousflow and turbulence),模拟了均匀流场与初始密度呈现高斯函数分布的非均匀流场中马赫数为1.25的非平面激波加载初始扰动air/SF6界面的Richtmyer-Meshkov (RM)不稳定性现象。数值模拟结果表明,初始流场非均匀性将会影响非平面激波诱导的RM不稳定性演化过程。反射激波加载前,非平面激波导致的界面扰动振幅随着流场非均匀性增强而增大;反射激波加载后,非均匀流场与均匀流场条件下的界面扰动振幅差异有所减小。进一步,定量分析流场中环量分布及脉动速度统计量揭示了前述规律的原因。此外,还与平面激波诱导的RM不稳定性进行了简单对比,发现由于非平面激波波阵面区域的涡量与激波冲击界面时产生的涡量的共同作用,使得非平面激波与平面激波诱导的界面失稳过程存在差异。     

基于闪光X射线照相技术的液体爆炸抛撒研究

闪光X射线照相技术相比于可见光高速摄影,具有曝光时间短、穿透能力强和能透视拍摄物体内部信息等优点。本文应用闪光X射线照相技术,对液体爆炸抛撒早期过程壳体材料变形破碎情况、液体受冲击压缩的状态等进行研究,获得了可见光高速摄影等其他测试方法不能得到的实验现象,结果表明:爆炸后液体介质存在密度不均匀区域,爆炸产物气体在不同介质中膨胀规律不同,以及冲击波通过不同介质作用于壳体时,壳体膨胀破碎机制不同。     

径向非均匀介质中圆形夹杂的动应力分析

基于复变函数理论,研究了径向非均匀弹性介质中均匀圆夹杂对弹性波的散射问题. 介质的非均匀性体现在介质密度沿着径向按幂函数形式变化且剪切模量是常数. 利用坐标变换法将变系数的非均匀波动方程转为标准亥姆霍兹(Helmholtz) 方程. 在复坐标系下求得非均匀基体和均匀夹杂同时存在的位移和应力表达式. 通过具体算例分析了圆夹杂周边的动应力集中系数(DSCF). 结果表明:基体与夹杂的波数比和剪切模量比,基体的参考波数和非均匀参数对动应力集中有较大的影响.      

材料非均匀性对泡沫金属拉伸性能的影响

通过对开孔泡沫铝进行拉伸实验,考察了泡沫金属材料的非均匀性对其拉伸性能的影响.首护先,通过分析同一批试件的初始密度,考察了材料的初始非均匀性;其次,重点考察了初始密度对材料破坏特性的影响.分析表明,即使初始密度比较接近的试件,它们的破坏应力和应变也有较大的离散性;对于不同初始密度的试件,破坏强度有随初始密度的增加而变大...     

竖直管道中固—液两相流动流态化实验探讨

主要探讨竖直管道中不同颗粒级配、流体流速条件下的固-液两相流动的流态化规律.首先通过量纲分析获得关键控制参数,然后以玻璃珠(粒径:0.25 mm～2.0 mm)、粉细砂(d10=0.044 mm)两种固体和水为实验介质,开展了两相流动流态化实验,考虑流体流速(相对于管道雷诺数介于640～3 300之间)和颗粒级配的影响.通过分析发现:具有均匀粒径分布的玻璃珠床,床层膨胀高度随流速的增加而增加,流速与浓度的对数呈线性关系,与Richardson--Zaki公式一致;具有较宽粒径分布的粉细砂,细颗粒随水流逐渐流出管道,剩余颗粒质量与雷诺数呈指数递减趋势.     

幂律流体在多孔介质中径向渗流的分形模型

基于分形理论及毛细管模型,本文研究了非牛顿幂律流体在各向同性多孔介质中径向流动问题,推导了幂律流体径向有效渗透率的分形解析表达式．研究结果表明,幂律流体径向有效无量纲渗透率模型和Chang and Yortsos’s模型吻合很好;同时还得出幂律流体径向有效渗透率随孔隙率、幂指数的增加而增加,随迂曲度分形维数的增加而减少．     

三维空间下非均匀泥沙絮团分形维数计算方法比较

运用有限扩散凝聚模型对絮凝体的成长过程进行了三维模拟。在三维空间下,分别运用密度函数法、球体的回转半径法、沉降法推导了均匀沙、非均匀沙絮凝体分形维数的计算方法,建立模型计算并比较了各分形维数方法的计算值。结果表明:三种方法计算得出的分形维数均为1.75~2.19,回转半径法得到的分形维数略大于密度函数法和沉降法;均匀沙、非均匀沙维数均随颗粒数的增加而降低;非均匀沙絮团的分形维数略大于均匀沙絮团维数值。研究结果对黄河等高浊度细颗粒含沙水流的治理与处理具有一定的理论和实际应用价值。     

大延伸非均匀介质中地震波全弹性散射理论I-弹性波单次散射理论

所描述的工作聚焦于大延伸非均匀介质中非均匀弹性地震波散射问题的研究。应用Born近似及等效源原理,推出了来自连续横向无界非均匀层的弹性散射波的通解。这一工作是解决大延伸非均匀介质的弹性地震波多次散射问题的基础。在上述通解的基础上,建立了适用于大延伸非均匀介质的全弹性散射理论。该理论可包容小尺度非均匀体,大延伸非均匀介质全弹性波单次弱散射理论及标量波单次弱散射理论,因此可视其为一个更为广义和统一的弱散射理论。     

倾斜界面耦合弹性层中的渡越辐射能

物理学中,摄动源在非均匀介质中或非均匀介质附近匀速直线运动所产生的能量辐射现象称为渡越辐射.列车沿轨道运行,由轮轨接触产生的弹性波在非均匀轨道和基础中传播将发生渡越辐射,而轨道和基础的非均匀性集中体现在不同轨道基础之间的过渡段(如路桥过渡段、桥隧过渡段或有砟-无砟轨道过渡段).为研究车致弹性波在过渡段中引发的渡越辐射现象,本文以典型高速铁路路桥过渡段结构形式为依据,建立了二维平面应力渡越辐射能计算模型.其中,两个材料参数不同的半无限弹性层由一倾斜界面耦合,底端固定,上表面自由,一个集中载荷在自由表面上匀速运动.界面两侧弹性体中的波动方程均分解为本征场、自由场两个部分分别求解,其中自由场波动方程采用分离变量法数值求解.通过模型求解得到了不同载荷移动速度和界面倾斜角度条件下的渡越辐射能及界面附近应变能密度.结果表明,渡越辐射能的大小随载荷移动速度增大单调非线性增大,移动载荷速度达到刚度较大一侧介质表面波速的74%时产生的渡越辐射能就将超过载荷本身激发的本征场应变能;界面倾斜角度越大,即两侧介质刚度过渡距离越短,渡越辐射能与本征场应变能比值越大.     

倾斜界面耦合弹性层中的渡越辐射能

物理学中,摄动源在非均匀介质中或非均匀介质附近匀速直线运动所产生的能量辐射现象称为渡越辐射.列车沿轨道运行,由轮轨接触产生的弹性波在非均匀轨道和基础中传播将发生渡越辐射,而轨道和基础的非均匀性集中体现在不同轨道基础之间的过渡段(如路桥过渡段、桥隧过渡段或有砟-无砟轨道过渡段).为研究车致弹性波在过渡段中引发的渡越辐射现象,本文以典型高速铁路路桥过渡段结构形式为依据,建立了二维平面应力渡越辐射能计算模型.其中,两个材料参数不同的半无限弹性层由一倾斜界面耦合,底端固定,上表面自由,一个集中载荷在自由表面上匀速运动.界面两侧弹性体中的波动方程均分解为本征场、自由场两个部分分别求解,其中自由场波动方程采用分离变量法数值求解.通过模型求解得到了不同载荷移动速度和界面倾斜角度条件下的渡越辐射能及界面附近应变能密度.结果表明,渡越辐射能的大小随载荷移动速度增大单调非线性增大,移动载荷速度达到刚度较大一侧介质表面波速的74%时产生的渡越辐射能就将超过载荷本身激发的本征场应变能;界面倾斜角度越大,即两侧介质刚度过渡距离越短,渡越辐射能与本征场应变能比值越大.      

黏度、极性及配副因素在DLC薄膜固液复合设计中的影响

本文中系统研究了类金刚石(Diamond-like carbon,简称DLC)固体润滑薄膜与一系列不同黏度的烷烃、醇类液体润滑介质的复合润滑性能,并深入探讨了介质黏度、极性及摩擦配副在固液复合设计中的影响规律.我们发现所用DLC薄膜在所考察润滑介质中均表现出较好的稳定性及亲和性,而摩擦行为则呈现较大的差异:在非极性烷烃化合物润滑环境下,DLC/DLC和钢/钢摩擦副的摩擦系数随介质黏度的增加改变不大,钢/DLC摩擦副的摩擦系数则随着介质黏度的升高而逐渐降低;在极性的醇类介质中,钢/钢摩擦副的摩擦系数随着介质黏度的增大先下降后急剧上升,而钢/DLC和DLC/DLC摩擦副的摩擦系数随介质黏度的升高而降低.总之,介质黏度、极性和摩擦配副对体系润滑行为有很大影响,在进行固液复合润滑体系设计时,需综合考虑三者的相互作用关系.     

液态金属熔池中气泡-液体两相湍流的数值模拟研究

应用欧拉-欧拉双流体模型,以及分别描述气泡和液体湍流的两相湍流模型,描述液态金属中气体射流发泡过程的两相流动及气泡分布。与实验结果的对比表明,本模型的预测能力优于前人未考虑气相湍流的模型。考查了液体物性和气泡尺寸对流场特性的影响,结果发现,液体密度越低,气泡尺寸越小,气泡分布就越均匀。     

非均匀损伤介质中波传播的数值解

对弹性波在非均匀损伤介质中的传播理论进行了研究。通过将非均匀损伤区域离散成分层均匀的区域,结合相邻区域交界面处的连续条件,推导出了以右行波、左行波为状态向量的波动方程和传递矩阵。对几种非均匀损伤介质中波的传播进行了实例数值计算,并和其解析解的结果进行了比较,讨论了弹性波在非均匀损伤介质中传播的一般性质。     

大延伸非均匀介质中地震波全弹性散射理论Ⅰ--弹性波单次散射理论

所描述的工作聚焦于大延伸非均匀介质中非均匀弹性地震波散射问题的研究.应用Born近似及等效源原理,推出了来自连续横向无界非均匀层的弹性散射波的通解.这一工作是解决大延伸非均匀介质的弹性地震波多次散射问题的基础.在上述通解的基础上,建立了适用于大延伸非均匀介质的全弹性散射理论.该理论可包容小尺度非均匀体、大延伸非均匀介质全弹性波单次弱散射理论及标量波单次弱散射理论,因此可视其为一个更为广义和统一的弱散射理论.     

空泡在非均匀流场中的运动特性

1.运动方程的建立 空泡在非均匀流场中的运动特点是空泡与液体间有相对运动,从而它不再保持球形.本文统一把空泡对液体的相对位移、空泡变形作为广义坐标向量,利用Lagrange方程建立空泡的运动方程. 取固定坐标系x_1 o_1 y_1,随液体运动的坐标系xoy,x轴与流动方向重合;rcθ为确定泡壁运动的球座标系.设在任意时刻t,空泡对称轴与x轴成a角,与c点运动方向一致,c为泡壁与对称轴所夹线段的中点.将极角θ(0≤θ≤π)分成m等分,对应于θ_i=     

弹塑性耦合和广义正交法则

用塑性增量理论表述岩石、土、混凝土及某些复合材料的本构性质时,必须考虑这些介质的如下特点:(1)应变软化性质;(2)弹性系数随塑性变形的发展而变化,这称为弹塑性耦合;(3)塑性势函数与屈服(或加载)函数不同,通常称之为非关联流动规律。对上述的岩土类介质,在刚性试验机上做试验,可以得到包括强化阶段和软化阶段的全部应力应     

可压缩气体定常非Darcy渗流的流动分析及其应用

气体通过多孔介质的非Darcy流动具有广泛的工程应用背景，因此对多孔介质中的气体非Darcy流动进行流动分析有着非常重要的意义。然而，在通常的研究中，一般都将气体考虑为不可压缩流体，很少考虑气体的压缩性。对于高压气体以较高的速度通过多孔介质的情况，在进行流动分析时，不仅要考虑非Darcy效应，还必须考虑气体的压缩性。在本文中，对可压缩气体通过多孔介质的定常非Darcy流动进行了一维流动分析，得出了多孔介质中气体的压力分布和速度分布。还进一步给出了在高压差和高流速情况下，测定多孔介质材料渗透率和惯性系数的方法，以及多孔介质材料前后压力差与材料厚度的比Δp/L和材料有气流速度u1的解析关系。     

矩形对流槽空间非均匀加热的PIV研究

本文的研究对象是一个宽高比分别为0.99和0.25,以水为对流介质的矩形Rayleigh-Bénard(RB)湍流热对流系统,通过改变下导板加热片输入功率的空间分布,使空间非均匀加热强度δ等于0, 1/6, 1/4, 1/3,研究空间非均匀加热对湍流流动结构的影响.实验中Rayleigh数(Ra)从1.8×109变化到9.1×109,Prandtl数(Pr)固定为5.4.结果表明,非均匀加热提高了流体流动速度,并使羽流向边壁附近聚集,从而增强了系统的整体热输运效率.     

微纳通道中牛顿及非牛顿流体流动分析

基于润滑近似理论,建立了毛细管力作用下牛顿及非牛顿流体在微纳米通道中的流动控制方程,其时间依赖性的接触角由实验数据拟合,弯月面曲率的变化规律可由其末点与初点曲率比值控制;并利用圆弧分割近似的方法得到不同时刻液体弯月面的动态变化,将该算法应用于求解牛顿流体酒精毛细作用下的液柱高度,结果与Hamraoui的实验吻合很好。该算法进一步扩展到求解非晶材料PC(聚碳酸酯)热压印过程中在微纳通道中的流动高度。通过模拟分析得知:当非牛顿指数n为0.715时,材料易流动且柱体高度上升快;Bond数为0.1时,毛细力对柱体弯月面的作用效果更强,弯月面高度值更大。