竖直平板间湍流自然对流中的螺旋羽流结构

通过直接数值模拟研究竖直平板间温差湍流自然对流的相干结构。研究表明，流场中同时存在大尺度展向涡结构和螺旋羽流结构。螺旋羽流结构对应于流场中相对螺度、法向涡量及脉动温度较大的位置，定性分析了 螺旋羽流结构的形状、特点、成因以及与Rayleigh-Benard对流的异同，并应用条件采样分析说明了螺旋状热羽流结构的主要特性。     

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.     

过渡流搅拌槽内固-液悬浮的直接数值模拟

采用格子玻尔兹曼方法(lattice Boltzmann method),研究了过渡流搅拌槽内颗粒悬浮过程的流体力学特征.模拟中搅拌槽为平底方槽,搅拌桨采用下压式45°四斜叶桨,搅拌雷诺数Re=1334,属于过渡流;颗粒体积分率最高达到8%.本模拟解析了包括颗粒周围和颗粒间流动的搅拌槽内整个流场,从而实现了在颗粒尺度上对颗粒-流体相互作用的研究.同时,本文也研究了体积分率、相位角对液相平均速度、液相湍流动能等流体力学特征值的影响规律.结果表明,随着搅拌槽内颗粒体积固含率的增加,液相平均速度和液相湍流动能均衰减.     

颗粒流体系统的宏观拟颗粒模拟

拟颗粒模拟（pseudo-particle modeling，PPM）是一种粒子方法（PM），提出于1996年，虽然它很适合微观颗粒流体系统的模拟，但在实际系统中的应用却受到计算量的严重限制。结合加权平衡和有限差分等手段将粒子间作用提升到符合Navier-Stokes(N-S）方程的流体微元尺度，进一步提出了宏观拟颗粒模拟（MaPPM），应用此模型，模拟了一维Poiseuille流，并通过与另一相关PM－－光滑粒了流体力学（SPH）的定量比较，说明了其优越的精度与计算效率，在单颗粒绕流、双颗粒沉降和多颗粒流化的模拟中也获得了合理的曳力系（CD）和原PPM未能获得的细胞的瞬时流场，并显示了良好的收敛性和稳定性。     

叶轮内孔周向裂纹试验分析

叶轮在调质热处理后，在叶轮内孔处发现有1/3圆周的周向裂纹，应用断口分析、材质检测、显微组织分析、结构状态分析等，对裂纹原因进行试验分析。结果表明，产生裂纹的原因系裂纹原材料纯净度较差，内孔表面又存在由偏析形成的薄弱带在热处理淬火冷却过程中又产生较大的热处理应力而最终导致裂纹产生。     

2000年夏季南海西南部环流同化试验

对2000年夏季南海南部进行同化模拟，对比航次资料的分析表明，通过在模式中同化卫星遥感海面高度信息，改善了南海南部流场的模拟结果，减少了由于风应力强迫场误差带来的模式模拟的不确定性，得到了较为真实的2000年夏季南海南部温盐场，为改善海洋环流模拟提供了一条新思路．     

模拟运动流体中柔性体耦合振动的数值方法

介绍了一种模拟流体诱发柔性体运动的数值方法. 该方法采用二维面元法计算流体作用力, 用模态叠加法求解欧拉梁的运动控制方程, 通过迭代来求解流固耦合问题. 利用该方法模拟了单个以及两个并行、串行排列的柔性梁在运动流体中的耦合运动. 计算结果表明, 均匀来流中单个柔性梁的稳定边界和流体诱发振动都与前人结果一致. 对于两并行排列的柔性体, 当无量纲间距H<0.25时, 两柔性体同向摆动; H>0.25时, 两柔性体反向摆动, 并且摆动频率在模式转换时发生突变; 当间距很大时(H>1.0), 两并排柔性体之间的耦合作用明显变弱, 两个物体运动呈解耦状态, 各自按照单个柔性梁在来流中的运动形态运动. 相同均匀来流中两串行柔性梁的数值模拟结果显示, 当排列间距很小时, 上游物体受到的阻力减小, 下游物体阻力增大. 本文计算的所有结果都与前人实验结果定性一致, 证明本文提出的方法可以用来模拟不同方式排列的多个柔性体在流体中的耦合运动.     

1650℃,1～3GPa下玄武岩熔体结构的实验研究

以玄武岩为初始物料,在１６５０℃,１－３ＧＰａ压力条件下进行了熔融实验,对实验产物中的玄武岩淬火玻璃进行了电子探针分析,折光率测定和ＣＩＰＷ标准矿物计算,并进行了拉曼光谱研究。     

一种改进的适用于多相流SPH模拟的粒子位移修正算法

由于光滑粒子流体动力学(smoothed particle hydrodynamics, SPH)方法具有天然的拉格朗日特性,粒子常常沿着流线运动,易产生不均匀的粒子分布,导致计算精度和稳定性下降.作为一种粒子分布均匀化技术,粒子位移修正(shifting)算法凭借其原理简单、效果显著等优点在SPH水动力学模拟中得到广泛应用.但同时,应用于多相流动中的shifting算法的计算过程较为复杂.针对这一问题,本文提出了一种改进的适用于多相流模拟的粒子shifting算法.与文献中已有的多相流shifting算法相比,它在处理多相交界面时能够维持更加均匀的粒子分布,同时可以保持清晰的异相界面,且实施相对简单高效.数值算例表明,该shifting算法在多相流模拟中具有更高的精度和更好的能量守恒特性.     

关于人工心脏瓣膜动力学的近期研究

现在在临床上应用的人工心瓣,虽然是可用的,但是不完善的。这和它们的血流动力学流场特性有很大的关系,从而显示出在优化设计人工心瓣以及评价它们的血流动力学特性中,研究有关的流体动力学问题是十分重要的。本文在略述人工心瓣发展的历史背景以后,着重介绍我们在人工心瓣动力学方面的近期研究工作,即双叶翼型瓣的设计,定常流模拟试验,脉动流模拟试验,流场壁面剪应力测试及其他。     

南海北部琼东南海域活动冷泉流场特征初探

冷泉是甲烷流体运移的一种重要地质过程.作为一种重要的温室气体,海底冷泉处渗漏的甲烷流体,对全球气候变化具有重要的影响.因此,冷泉流场的研究对于冷泉地质过程和全球气候变化都具有重要的意义.本研究基于PIV(particle image velocimetry)技术,对南海琼东南海域新发现的活动冷泉视频资料进行了活动冷泉的流速流场的模拟定量研究.研究区活动冷泉的释放有两种形式:一种是天然气水合物分解形成甲烷气泡,缓慢地逸散至海水;另一种则是含甲烷流体从喷口快速喷发形成羽状流. PIV计算的结果显示,活动冷泉羽状流流场运动方向整体向上,内部为复杂的湍流,其流线呈现出蜿蜒的形态,冷泉羽状流的运动方向与流速大小均随时间的改变而改变.尽管存在一定的系统误差,但PIV计算的结果仍然是可信的,并且具有低成本、速度快、分辨率高等独特的优势.与热液流场相比,冷泉流场的研究程度相对较低,未来需要更多的工作来定量描述冷泉流场,并分析冷泉流场的变化规律.     

激光碳氮硼共渗对金属表面性能的影响

目前改变金属工件表面的化学、物理和机械性能的方法,通常采用使工件表层与介质起化学作用的常规化学热处理方法。这种方法的缺点是处理周期长、工件变形大、消耗合金元素多、能源消耗大、需要淬火介质、处理时还有污染。近年来人们采用大功率激光束作为热源,对金属材料表面作强化处理,如相变硬化、合金化、包覆和非晶化等研究已取得了显著的进     

空心轴端部环形开裂原因分析

某机车加工车间生产的空心轴锻件,经调质热处理后,探伤发现,21件产品中有7件开裂.开裂在端部中间部位呈环状开裂,开裂位置及形态较为特殊,与通常淬火开裂方式有所不同.对开裂空心轴试验分析,试验结果表明,化学成分符合空心轴材质要求;锻件致密度良好;显微组织属调质组织,但晶粒度粗大不合格;扫描电镜断口微观分析为典型沿晶断裂.综合试验分析认为,空心轴端面环形开裂系热处理淬火裂纹,形成原因系淬火工艺过程控制不当造成.     

一个涡相容的海洋环流模式模拟的印度尼西亚贯穿流

以1958~2001年ERA40风应力强迫分辨率为0.5°×0.5°的准全球海洋环流模式LICOM1.0, 建立了高分辨率印度尼西亚海上层环流的长时间序列. 模拟结果合理再现了以望加锡海峡为印度尼西亚贯穿流(ITF)主要通道的基本流场. 模拟ITF年平均流量14.5 Sv, 其中上层700 m年平均流量13.2 Sv. ITF流量的季节变化主要是年周期信号. 与观测结果相比, 模拟ITF流量的年平均值与季节变化特征都是合理的. 模拟ITF流量年际异常与Niño3.4指数有显著的负相关(-0.65), 太平洋的年际异常是影响ITF流量变化的主要因子. 模拟结果中, ITF流量与太平洋、印度洋年际异常的关系不是固定不变的, 在某些年份(例如1994年), 印度洋偶极子(IOD)强信号对ITF流量的影响超过了ENSO信号的影响.     

利用双流体模型研究柴油高压喷嘴内部的空化流动

利用双流体模型对一单孔柴油喷嘴内部复杂的空化流动进行数值模拟, 并分别考察进口压力恒定和进口压力瞬变这两种不同的边界条件所对应的空化过程及流动特征. 模型预测的结果与文献中已有的实验结果吻合较好. 通过数值分析发现, 超空化的出现引起了流场结构及出流条件的显著改变, 超空流状态下的液相湍动能分布特征和喷孔出口速度类型有利于柴油射流的一次雾化过程. 此外, 喷孔上游的压力波动对空化过程有着重大的影响, 无论是部分空化还是超空化都会随着上游压力的急剧升高或降低而表现出不稳定的特性.     

叶轮内孔周向裂纹试验分析

叶轮在调质热处理后,在叶轮内孔处发现有1/3圆周的周向裂纹,应用断口分析、材质检测、显微组织分析、结构状态分析等,对裂纹原因进行试验分析.结果表明,产生裂纹的原因系裂纹原材料纯净度较差,内孔表面又存在由偏析形成的薄弱带在热处理淬火冷却过程中又产生较大的热处理应力而最终导致裂纹产生.     

QLT处理9Ni低温钢精细结构的动力学模拟和实验

采用Thermo-Calc/Dictra热力学/动力学计算方法完成了淬火-两相区淬火-回火(QLT)处理9Ni低温钢精细结构的动力学模拟.计算结果表明,9Ni钢经QLT热处理后,在同一马氏体板条内部产生多处成分起伏,C含量的峰值为0.40%左右,而Ni含量的峰值达到18%左右.随着两相区淬火温度的降低或回火温度的提高,成分富集区的宽度提高.回火时间的延长和回火温度的提高具有类似的效果.实验观察结果和计算结果较为吻合.     

关于均匀各向同性湍流在后期衰变时期三元速度关联理论与实验的比较

在均匀各向同性湍流中三元速度关联是一个很重要的物理量,因为它表征在湍流流场中的惯性作用的大小。这一研究对于了解均匀各向同性湍流的流场结构是有帮助的。由于国外现有的理论一直沿用Kármán-Howarth的统计平均方法来研究均匀各向同性湍流运动,在二元速度关联所满足的     

回转筒颗粒表面流的分子动力学模拟和连续理论

在考虑颗粒非弹性接触、滑动摩擦和滚动摩擦基础上发展了分子动力学模拟的算法, 实现了中高速(Fr = 0.1~0.2)回转筒内颗粒流的离散模拟. 回转筒内颗粒流由表面活性层和下部柱塞流区组成, 颗粒在活性层的停留时间约为柱塞流区的1/3~1/2, 对称线上活性层和柱塞流区的厚度比为0.57~0.61, 因而推断颗粒流动处于Rolling-Cascading过渡模式. 对称线上MD模拟的速度分布与正电子放射性测量实验结果十分吻合. 在模拟和实验结果基础上发展了连续理论: 柱塞流区内颗粒运动并非完全随着筒壁刚体转动, 而是存在着塑性蠕变, 这种速度变化过程符合指数函数规律; 而活性层内颗粒流动则符合简单的Couette切变流动分布. 最后探讨了颗粒温度和颗粒相对浓度分布的内在机理.     

电场作用下电流变液滴的变形及力学行为

外加电场作用下的液滴变形及力学行为是电流体动力学研究的重要内容.基于volume-of-fluid(VOF)方法,将电场力作为源项添加到流体运动的Navier-Stokes方程中,提出了电流体流场与电场双向耦合的数值方法,分别研究了外加均匀电场与非均匀电场作用下,中性漏电液滴和带电液滴的变形/运动及其力学行为.小变形条件下,数值模拟得到的外加均匀电场中性漏电液滴的变形系数接近于理论值,验证了本文方法的正确性.研究结果表明,电场作用下液滴与周围介质物理属性的差异导致液滴表面不同的自由电荷再分配形式及其变形状态;相对于电场方向,中性漏电液滴可能会发生"扁长型"或"扁平型"变形.均匀电场下,中性漏电液滴内部形成稳定的回转运动,液滴不会发生宏观运动;对于存在净电荷的液滴,由于库仑力的作用,液滴不仅会发生变形,同时也会沿电场线方向运动.非均匀电场下,中性漏电液滴与带电液滴都会沿电场线运动,并发生不同的变形.本文所提出电流体流场与电场双向耦合的数值方法为静电喷雾、电泳等复杂的工程电流体动力学研究提供了理论基础.