激波与不同形状界面作用的数值模拟

该文数值研究了激波与不同形状界面相互作用下的Richtmyer-Meshkov不稳定性发展．数值方法采用自适应的非结构四边形网格来精细刻画界面的演变．在激波Ma=1．2,界面内为sR气体的条件下,通过数值模拟激波与矩形、三角形以及椭圆界面相互作用的过程,分析并对比了这3种形状界面的波系、涡量和界面演变．结果表明,在激波作用下,不同形状流体界面的波系结构是不同的,主要表现在波系的形状以及发展两方面．此外,各种形状界面涡量的产生、分布和大小也有所不同,进而导致各种形状界面演变过程也有一定差异,因此不同形状的流体界面引起的Richtmyer-Meshkov不稳定性有不同的机理．     

冲击波加速矩形界面的Richtmyer-Meshkov不稳定性大涡模拟

在可压缩多介质黏性流体动力学计算方法MVPPM（multi-viscous-fluid piecewise parabolic method）基础上,发展了适用于可压缩多介质黏性流体和湍流的并行大涡模拟LES（large-eddy simulation）算法和代码MVFT（multi-viscous-fluid and turbulence）,并用于求解多介质的可压缩N—S（Navier-Stokes）方程组．大涡模拟中采用亚格子尺度SGS（subgrid-scale）应力模型来模拟不可解尺度运动对大尺度运动的影响．利用MVFT代码对平面冲击波加速作用下矩形SF6块体运动的Richtmyer-Meshkov不稳定性实验进行了细致的数值模拟．数值模拟得到的SF6块体演化图像和实验图像符合很好,同时数值模拟再现了SF6块体复杂的发展过程——翻滚的状态发展．对表征SF6块体尺度的几何量也进行了详细的比较,数值模拟结果和实验结果一致性也很好,而且定量地给出了SF6块体的发展规律．采用三种SGS模型模拟得到的SF6块体右界面最大位置在后期有明显差异,这是因为在冲击波作用下右界面发展比较复杂,而且不同的SGS模型,耗散也不同．另外。对SGS湍耗散、分子黏性耗散和SGS湍动能进行了研究和分析,它们都和大尺度的涡结构有相似的分布．SGS湍耗散比分子黏性耗散大得多,而Vreman模型的SGS湍耗散比Smagorinsky模型的小．总体上,采用VremanSGS模型的数值模拟结果比Smagorinsky SGS模型和动力黏性要好．最后对SF6块体界面上涡和环量沉积进行了研究．     

平面激波冲击柱形气体界面的实验研究

采用高速纹影法实验研究了马赫数为1.2的平面激波冲击下柱形气体界面的演变发展过程.采用环约束的方法,利用肥皂膜技术形成了柱形界面.在单次实验中得到了平面激波与柱形界面作用的全过程,观测了波系发展以及气体界面的演化.结果表明,在激波冲击下SF6气柱下游界面会产生射流结构并最终发展成蘑菇形状;而氦气气柱受到激波冲击后会出现反相,上游界面发展出射流结构并穿透下游界面,最终界面发展成两个独立的涡结构.通过测量比较界面尺寸的变化,可以较清楚地了解界面变形的物理规律.最后将SF6气柱实验中获得的激波和气体界面的速度与一维气体动力学预测结果进行比较,吻合较好,从而验证了环约束方法在Richtmyer-Meshkov不稳定性实验研究中形成气体界面的可行性.     

绕射激波和反射激波冲击下的Richtmyer-Meshkov不稳定性

利用高速纹影和平面片光测试技术,实验研究低马赫数入射激波绕圆柱体后冲击N2/SF6平面界面,以及来自固壁的反射激波再冲击过程的R-M不稳定性特征.在竖直激波管采用重气体尾部充入,轻气体上部充入,狭缝流出的方式,在实验段狭缝处生成准静止稳定的N2/SF6平面界面.激波与圆柱作用后的流场是复杂的,包括初始的入射波、弯曲反射波、马赫波、由马赫反射产生的滑移线.研究这些复杂流场对界面的作用,对认识界面扰动的生成具有较大帮助.与平面激波作用不同的是,在柱体绕射后的激波冲击下,界面会生成局部扰动.实验结果显示,入射激波作用下界面宽度增长缓慢,而反射激波再冲击后,局部扰动会产生大的"尖钉"和"气泡"结构;反射激波与边界层相互作用产生壁面涡,会加剧湍流混合区的增长;来自尾部固壁的反射稀疏波会再次加剧湍流混合区的增长.     

多层界面液膜的研究

经过对多层界面液膜的实验探索,获得了四相物系双层界面液膜和五相物系三层界面液膜等一系列多层界面液膜。并且提出了多层界面液膜自动形成的一般式,由此,展示了多层界面液膜的广阔领域。其中每一种多层界面液膜在应用上都将有其广泛的发展前景。     

考虑界面效应的纳米流体的热传导模型

借鉴图论的有关做法。结合威尔逊空间相互作用模型。构建区域中心城市区位选择的模型,从而试图定量分析封闭和开放两种条件下区域中心城市的适宜区位．从模型中可以看出,在封闭条件下区域中心城市适宜区位趋于区域的地理中心。而在开放条件下区域中心城市适宜区位趋于主导联系方向．作者选取浙江省嘉兴市对模型进行实证分析,分别考察了封闭和开放两种条件下嘉兴区域中心城市适宜区位的变化趋势．     

三层密度分层流体界面内波三阶Stokes解的研究

以小振幅波理论为基础,利用摄动方法研究了三层密度分层流体的界面内波,给出了各层流体速度势的三阶渐近解及界面内波波面位移的三阶Stokes波解。结果表明：界面内波波面位移的三阶Stokes波解描述了界面波的三阶非线性修正及两界面波之间的三阶非线性相互作用;波速不仅取决于波数和各层流体的厚度,而且还与波幅有关。     

三层密度分层流体界面内波三阶Stokas解的研究

以小振幅波理论为基础,利用摄动方法研究了三层密度分层流体的界面内波,给出了各层流体速度势的三阶渐近解及界面内波波面位移的三阶Stokes波解.结果表明:界面内波波面位移的三阶Stokes波解描述了界面波的三阶非线性修正及两界面波之间的三阶非线性相互作用;波速不仅取决于波数和各层流体的厚度,而且还与波幅有关.     

NiFe/Cu多层膜巨磁电阻与界面结构的研究

采用磁控测射方法制备的ＮｉＦｅ／Ｃｕ多层膜，在室温下测量到巨磁电阻随Ｃｕ层厚度振荡的第三峰，讨论了ＮｉＦｅ／Ｃｕ多层膜界面结构对巨磁电阻的影响     

气液分离式管内凝结冷凝器的实验研究

设计了一种新型气液分离式管内凝结冷凝器,对该冷凝器进行了实验测试,并与卧式壳管式冷凝器进行了对比分析.研究结果表明:在质量流量为220~330kg/h,饱和温度为35℃、40℃和45℃时,气液分离式管内凝结冷凝器的传热系数线性增大.在高质量流量下,其传热性能明显优于卧式壳管式冷凝器.实验条件范围内,采用气液分离式管内凝结冷凝器的系统比采用卧式壳管式冷凝器的系统制冷剂的出、入口压降降低了45.1%~50.7%,排气压力提高了约1.9%,COP提高了5.0%~9.3%.气液分离式管内凝结冷凝器具有更好的换热性能,有效提高了系统的效率.     

磁流变液阻尼器-转子系统的振动特性实验研究

在小型转子实验台上研究了磁流变液阻尼器 -转子系统的振动特性。实验发现 ,当机座支承刚度明显不同时 ,用相对位移测量得到的转子系统的振动幅频曲线也具有明显差异。磁流变液阻尼器的刚度和转子系统的临界转速都随施加磁场强度的增加而明显增大。     

自然循环过冷沸腾流动和CHF的实验研究

为了研究自然循环过冷沸腾条件下流动不稳定性和临界热流密度 ( CHF)的影响因素及其规律 ,以氟里昂作工质 ,在系统压力为 0 .9～ 2 .4MPa,入口过冷度为 -0 .61～-0 .0 8K,加热功率为 1.2～ 13 k W实验条件下 ,对自然循环过冷沸腾流动不稳定性和 CHF进行了实验研究。实验结果证实 ,自然循环系统内可能发生两类流动不稳定性 :高频声波型脉动和低频密度波型脉动。流动不稳定性的发生与整个系统的几何结构及总加热功率有关 ,而 CHF则主要取决于局部的流动参数和加热热流密度。得到了判断系统流动不稳定性的发生界限。修正的 Bowring关系式可以可靠地用于预测自然循环过冷沸腾条件下的临界热流密度     

Experimental study on fire extinguishing with a newly prepared multi-component compressed air foam

A multi-component compressed air foam system (MCAFS) was developed with newly prepared multi-component foaming agents. Extinguishing of wood crib and oil pool fires was performed under different conditions, such as foam concentration, mixing chamber forepart structure and working pressure. It was found that the foam concentration had sufficient effects on fire extinguishing efficiency, and an optimized concentration value exists. For instance, for diesel oil pool fires, this value is about 2.2% while it is about 4.0% for wood crib fires. The results also show that the system with a coaxial mixing chamber has greater efficiency than a T-shape. The effects of working pressure on fire extinguishing are evident in experiments, i.e., the higher the working pressure is, the more readily the fire is extinguished. Supported by the Natural Science Foundation of China (Grant No. 50774072), National Key Technology R&D Program (No. 2006BAK06B07) and Program for New Century Excellent Talents in University (No. NECT-07-0794)