低浓度固液两相流颗粒相本构关系的动理学分析

固液两相流的动理学理论认为固体颗粒相可用Boltzmann方程描述。从流场中的颗粒受力分析出发 ,应用动理学的 Chapman- Enskog法 ,探讨了低浓度固液两相流下的 Boltzmann方程的二阶近似解和颗粒相本构关系。结果表明 ,尽管颗粒所受相间力与两相脉动速度有关 ,但在两相脉动速度近乎无关的极限条件下 ,颗粒速度分布函数和颗粒相本构关系与快速颗粒流的相同。这样的极限条件在含粗重颗粒的两相流中可以近似实现     

基于粒子滤波的检测前跟踪算法的改进

针对基于粒子滤波的检测前跟踪(PF-TBD)技术在弱目标的跟踪定位中,目标检测概率较低的问题提出改进。首先,对重要性密度函数进行重新构造,在只包含弱目标的运动模型预测数据的基础上,将实际观测数据与其一起构成的后验概率密度函数作为改进后的重要性密度函数。其次,在满足该后验概率密度函数的分布中,选取一定数目的粒子,在对目标的下一状态估值中,采用MMSE算法,推导出满足最小均方误差的表达式,而且通过引入概率粒子滤波算法,在计算上避开了积分运算。通过仿真实验表明,改进的PF-TBD算法不仅计算简单,而且提高了弱目标检测概率。     

圆柱壳受集中载荷作用的奇异解

对精确的圆柱壳方程求完备的极坐标解系是薄壳理论的一个难题。该文给出了修正的Morley方程在坐标原点具有奇性的基本解的一种构造方法,以及基于Schwartz广义函数理论的证明。并据此基本解得到了圆柱壳受集中法向载荷、集中温度载荷作用下的奇异解,这些积分形式的解的被积函数具有第二种Hankel函数和指数函数乘积的形式,容易获得数值结果。该文的计算结果与有限元数值结果能很好地符合,利用该文所提出的奇异解作为特解求解圆柱壳开孔接管支管受载荷问题,与采用Timoshenko方程的双三角级数特解相比可以不受小开孔率的限制。     

液-液分散模型及滴内传质

研究了湍流场中液－液分散和滴内传质的非稳态过程。结果表明，Ｓａｎｔｅｒ平均滴 径随时间的变化可以用滴群平衡方程和简化的液滴破碎函数和聚合函数描述．分散初 始阶段并且分散相存留量较低时，可以略去聚合项，液滴破碎过程可以简化为等体积的 二分裂过程。滴内传质可以用Ｄａｎｃｋｗｅｒｔｓ表面更新理论描述，界面更新速率在数值上 相当于单位时间滴群比表面的更新分数。     

非规则颗粒与滚筒球磨机相互作用的离散元–有限元耦合分析

非规则颗粒形态显著影响球磨机中颗粒材料的运动行为，同时对球磨机结构产生不同的力学响应。采用超二次曲面方程描述非规则颗粒材料，并发展了离散元（discrete element method,DEM）–有限元（finite element method, FEM）耦合算法以分析非规则颗粒材料与滚筒球磨机间的相互作用。在该算法中，滚筒球磨机被划分为一系列四边形单元，并且超二次曲面颗粒与球磨机间的接触判断可转化为超二次曲面颗粒与四边形单元间的接触判断。将计算得到的碰撞力向节点插值，该节点力作为载荷条件在有限元中进行隐式动力学求解，并通过求解颗粒运动方程和有限元动力方程实现颗粒运动更新和结构力学响应分析。进一步分析了滚筒球磨机中球体、圆柱体和立方体颗粒材料的运动行为以及滚筒球磨机的变形及应力分布规律。研究结果表明：颗粒形状显著影响球磨机研磨效果和球磨机结构位移；立方体颗粒具有最好的研磨效果，而圆柱体颗粒比球体颗粒具有更好的研磨效果；在结构位移上，立方体颗粒有最大的峰值位移，其次是圆柱体和球体颗粒；相比于规则的球体颗粒，超二次曲面颗粒有不规则的表面形状，这会导致更好的研磨效果和更大的结构位移。     

Transitional phenomenon of particle dispersion in gas-solid two-phase flows

Without using any turbulent model, direct numerical simulation of a three-dimensional gas-solid two-phase turbulent jet was performed by finite volume method. The effects on dispersion of particles with different Stokes numbers by the transitional behavior of turbulent structures were investigated. To produce high-resolution results and reduce the computation and storage, the fractional-step projection algorithm was used to solve the governing equations of gas phase fluid. The low-storage, three-order Runge-Kutta scheme was used for time integration. The governing equations of particles were solved in the Lagrangian framework. These numerical schemes were validated by the good agreement be-tween the statistical results of flow field and the related experimental data. In the study of particle dis-persion, it was found that the effects on particle dispersion by the spanwise vortex structures were prominent. The new behaviors of particle dispersion were also observed during the evolution of the flow field, i.e. the transitional phenomenon of particle dispersion occurs for the particles with small and intermediate Stokes numbers.     

基于概率密度演化的风机基础疲劳可靠度计算

风机底部基础在风荷载作用下会产生疲劳破坏.为了研究风荷载作用下风机的疲劳可靠性,将随机脉动风荷载进行正交展开,用数论选点法和概率密度演化方法将展开的风荷载模型用于风机塔身的疲劳可靠度计算.采用推力系数法计算风荷载作用下风机基础较危险部位的应力时程,然后用雨流计数法统计该点的疲劳损伤,将其代入概率密度演化方程并通过差分计算可求得疲劳损伤的概率密度函数.通过累计疲劳损伤小于1的概率可求得危险部位的疲劳可靠度,也就是整个基础的疲劳可靠度.以一3 MW风机作为算例验证了本文方法的有效性,应用概率密度演化方法,可以精确地给出基础在风荷载作用下的疲劳可靠度,本文成果对于近似工况的风机基础疲劳可靠度的计算具有借鉴意义.     

Fluid particle accelerations in fully developed turbulence

The motion of fluid particles as they are pushed along erratic trajectories by fluctuating pressure gradients is fundamental to transport and mixing in turbulence. It is essential in cloud formation and atmospheric transport, processes in stirred chemical reactors and combustion systems, and in the industrial production of nanoparticles. The concept of particle trajectories has been used successfully to describe mixing and transport in turbulence, but issues of fundamental importance remain unresolved. One such issue is the Heisenberg-Yaglom prediction of fluid particle accelerations, based on the 1941 scaling theory of Kolmogorov. Here we report acceleration measurements using a detector adapted from high-energy physics to track particles in a laboratory water flow at Reynolds numbers up to 63,000. We find that, within experimental errors, Kolmogorov scaling of the acceleration variance is attained at high Reynolds numbers. Our data indicate that the acceleration is an extremely intermittent variable--particles are observed with accelerations of up to 1,500 times the acceleration of gravity (equivalent to 40 times the root mean square acceleration). We find that the acceleration data reflect the anisotropy of the large-scale flow at all Reynolds numbers studied.     

钢中非金属夹杂物形态对其去除行为的影响

采用物理模拟手段研究球形、立方体、圆柱体、树枝状、团簇状等钢中常见形状夹杂物形状修正系数的差异性,并分析粒子表面形貌和运动取向对形状修正系数的影响.粒子的形状修正系数与阻力系数满足线性正相关,可以用形状修正系数评价粒子的上浮去除能力;在体积相同情况下,同类型夹杂物粒子的去除能力依次为树枝状(垂直)＜粗糙球形＜立方体＜圆柱(半经6mm)＜圆柱(半经4mm)＜树枝状(水平)＜团簇状(水平)＜光滑球形;粗糙表面的球形其表面积约为光滑球形的2倍,其形状修正系数同时增加2.1倍.简单粒子的形状修正系数受运动取向影响较小,复杂粒子则受运动取向影响较大,树枝状颗粒垂直上浮时的形状修正系数约为水平上浮时的2倍.     

弹性介质中有限长圆柱壳的非轴对称自由振动

对弹性介质中有限长圆柱壳的非轴对称自由振动特性进行了研究,导出了弹性介质一圆柱壳耦合的频散特征方程,利用数值方法得到了圆柱壳的固有频率结果,从数值计算结果可以看出弹性介质中圆柱壳存在截止轴向模态,而截止模态与弹性介质的刚度和圆柱壳的周向模态有关,圆柱壳周围弹性介质的存在增大了圆柱壳的固有频率,研究结果对实际埋地管道振动的研究具有指导意义。     

载体表面上固相分子扩散的计算机模拟

本文给出了载体表面上固相分子扩散的计算机模拟模型和结果。利用细胞自动机(cellulsr automata)的技术和方法,经过400多步的计算,给出了四类具有不同的内部吸附力的固相分子经过扩散之后所得的不同的空间构型及其相应的分数维数。模型假设一个粒子从格点(i,j)向另一个格点(k,l)跃跳的几率P(il-kl)由此两格点上的粒子数决定,并提出具体的计算公式。此外,P(ij-kl)还是反映扩散相内部吸附力的控制参数A的函数,由此扩散而得的表面是个分形,且维数在2.07到2.33之间。本文还讨论了固相分子能在载体上均匀分散成单层分子膜的条件。     

粒子以概率收敛的粒子群算法的分析与实现

粒子群算法的收敛过程是通过粒子向收敛目标点的移动实现的。粒子向目标点的移动既可以按一定的轨道实现,也可以按给定的概率密度随机移动实现。通过分析随机移动时概率密度函数所应遵循的条件,给出了两大类共四种符合要求的概率密度函数,使用随机模拟的方法,将其中三种转化成为粒子的移动方程,从而给出了不同于传统粒子群算法的三种算法。经过在相同条件下对三个标准测试函数的优化运算,除算法2外,算法1与算法3表现均显著优于标准粒子群算法。     

薄环形等离子体填充波导中的T-G模式研究

利用等离子体流体模型和线性场理论,分别导出了无限薄环形等离子体填充圆柱波导和无限薄环形等离子体填充波纹波导中的色散关系。通过数值计算,对以上两种情况下的T—G模的特性作了相应的比较和分析。研究表明,在无限薄环形等离子体填充情况下,T-G模的频率不再受到等离子体振荡频率的限制。     

双膜分散法制备超细氧化锌颗粒

以氯化锌和氢氧化钠为反应物,中空纤维膜为分散介质,采用双膜分散法制备氧化锌颗粒。研究了两膜组件间距、分散相流速及表面活性剂对颗粒尺寸和形貌的影响。所得产物的SEM和粒度分布分析结果表明:两膜组件间距对颗粒平均尺寸无明显影响;无表面活性剂时,颗粒尺寸随着分散相流速的增大而增大,当流速从10 mL/min增大到40 mL/min时,平均粒径从307 nm增大到476 nm;表面活性剂的加入能有效抑制颗粒的生长,且颗粒尺寸随着分散相流速的增大而减小,当分散相流速由20 mL/min增至70 mL/min时,颗粒平均粒径由182 nm减小到45 nm。     

颗粒链取向对磁流变弹性体磁致剪切模量的影响

为分析内部颗粒链与外加磁场间取向夹角对磁流变弹性体(MRE)磁致剪切模量的影响,将磁化颗粒视为磁偶极子,仅考虑同一链内磁化颗粒间相互作用,推导了MRE磁致模量的微观模型,在微观层面研究了取向角度对磁致模量的影响。制备了具有不同颗粒链取向角度的MRE试样并进行测试,结果表明微观模型预测趋势与测试结果一致。对该模型进行简化并识别其参数,得到基于参数的磁致模量模型,可预测磁致模量的实际值。     

壳板叶片的固有特性分析

提出一种计算壳板叶片固有特性的解析方法.将叶片简化成固定在轮盘上的悬臂开口薄壁圆柱壳,采用将已知的轴向悬臂梁的振型函数代入壳板的振型变分方程降为另一方向的常微分方程的方法,解此常微分方程可以求得叶片的静频、动频以及相应的振型函数,并与有限元结果进行了比较.结果表明:提出的求解方法具有较好的计算精度.利用求得的固有频率和振型函数可以进一步研究单叶片或组合叶片的非线性振动特性以及疲劳寿命.     

矢量圆柱波函数按矢量球波函数的展开

本文详细导出了矢量波动方程的柱波函数按球波函数解展开的表达式,可用以研究具有柱对称的入射波束被球状物体的散射。     

流场中轻浮颗粒下拉方式数值模拟与对比分析

基于Fluent软件,采用VOF和DPM模型对振动混合器和叶轮搅拌器中轻浮颗粒的分散过程进行数值模拟,分析了颗粒分散效果的影响因素。结果表明,与叶轮搅拌相比,振动混合器在相同离底间隙的条件下,轻浮颗粒的下拉效果更好,消耗功率更少。     

球Bessel方程本征值问题特征方程根的Matlab算法

给出常见的[0,b]区间上的球Bessel方程本征值问题的特征方程,利用半奇数阶Bessel函数与Bessel函数之间的关系,将球Bessel函数转化为柱Bessel函数,得到一般区间上球Bessel方程的本征值和本征函数,分别对高阶和低阶球Bessel函数的不同情况,讨论使用Matlab编程得到特征方程根的方法,并介绍实际应用.     

基于GPC的环肋耐压圆柱壳结构失稳概率分析

为评估具有小失效概率特性的深潜环肋耐压圆柱壳结构的失稳概率，提出了一种新的基于高斯过程分类和重要抽样的自适应分析方法.该方法通过引入马尔科夫链蒙特卡洛法和欧式距离，开发了一种新的考虑预测不确定性和取样均匀性的自适应试验设计策略，以便更高效地构造高斯过程分类器；采用核密度估计构造准最优重要抽样密度函数；基于失效概率估计的稳定性，提出了一种更精确的迭代停止准则.通过某一分段函数验证了所提分析方法的准确性及高效性.应用所提方法得到某深潜环肋耐压圆柱壳结构的失稳概率约为8.242×10^-5.