行星际磁云边界层中的磁重联结构

介绍Wind飞船跨越1997年5月15日磁云边界层时的观测分析结果.分析发现, Wind飞船在距地球约190个地球半径处于07:35~08:50UT期间观测到一个磁重联耗散区, 主要的磁重联信号包括: (ⅰ) 重联反向流在08:10UT附近被观测到, 速度分别为≈65和41 km/s, 其夹角为≈142°; (ⅱ) Hall磁场被观测到, 如x-z平面外的Hall磁场是叠加在约为≈2 nT的称引导场上的-B_y 和+ B_y , 幅度达≈7.0 nT, 大约为总磁场的41%; (ⅲ) 重联区内Alfven涨落明显增强, 特别在前边界(0735 UT)附近可看到慢模性质的界面; (ⅳ) 离子在重联层内明显加热, 温度快速增大达3倍. 电子也加热, 但不如离子显著. 上述观测表明, 磁重联可以发生于行星际空间, 这无论对发展磁重联理论还是对行星际物理过程的认识, 都将是重要的.     

涡旋重联的Hall-MHD模拟及其在高纬磁层顶的应用

应用2.5维可压缩Hall-MHD数值模拟方法研究了高纬磁层顶进入层的磁场重联过程. 当同时考虑Hall效应和流场剪切的效应时, 产生了同心的流体涡旋和磁岛; 在磁层顶两侧看到了等离子体的交换, 磁层顶的边界区趋于模糊; 日下点附近产生的重联结构会在向高纬流动的过程中随着剪切流的增强而产生变化; Hall效应可提高涡旋重联的重联率; Hall效应产生的3维磁场和流场分量在剪切流的作用下重新分布, 使得等离子体交换过程更为复杂. 模拟的结果有助于增进对高纬磁层顶的动力学过程的理解.     

种子电子注入对合声波加速辐射带电子的影响

运用混杂有限差分法,通过数值求解Fokker-Planck方程,模拟了200keV的种子电子注入对合声波加速辐射带电子的影响.结果发现,没有种子电子注入时,在大投掷角区域（αe〉60）,辐射带电子能被合声波共振加速,使能量在1.0~2.0MeV之间的电子的相空间密度在一到两天内发生2~3个数量级的增长;有种子电子注入时,注入的种子电子能被合声波共振加速,从而促进辐射带电子相空间密度的增长,且增长的效果随投掷角的升高逐渐增强,随电子能量的升高逐渐降低,随时间的推移逐渐向更高能量方向扩展,扩展的时间尺度在1.0~2.0MeV能量范围内约为一到二天;当200keV的种子电子注入到初始的十倍且保持大约两日后,1.0和2.0MeV电子的相空间密度的最大值分别增长到同一时刻没有种子电子注入时的6倍和3倍.该结果说明种子电子注入对合声波加速辐射带电子具有重要的影响.     

进口热斑在无导叶对转涡轮高压级中迁移的控制因素分析

为揭示进口热斑在1＋1／2（无低压导叶）对转涡轮高压级中迁移的控制因素,运用三维非定常黏性流场计算程序对某1＋1/2对转涡轮模型级在有无进口热斑条件下的流场进行数值模拟．结果表明,在进口总压分布相同的条件下,同无进口热斑的工况相比较,进口热斑的引入基本不会对高压涡轮的负荷产生影响,高压涡轮的负荷与进口压力分布直接相关;热斑在高压导叶中未发生周向和展向迁移;热斑在高压动叶中的迁移扩散路径主要由冷热流体在高压动叶入口处的周向气流角、二次流及浮力等3种因素控制．     

高速可压缩流动壁函数边界条件的改进与应用

为发展适用于高速流动的壁函数边界条件以降低摩阻和热流模拟时的网格相关性,针对Nichols等人提出的可压缩壁函数边界条件开展了改进研究．首先,通过数值试验修正了可压缩速度壁面律的参数取值·9其次,基于数值试验和理论分析,对温度壁面律的表达式进行了修正;最后,推导了近壁区的热传导项表达式,更准确地实现了壁函数边界条件与CFD程序的耦合．之后,对修正的可压缩壁函数边界条件开展了应用研究．对超声速平板湍流边界层的模拟结果表明：壁函数在壁面法向第1层网格y＋〈400时均能给出准确的壁面热流密度和摩擦系数值,且在稀网格下也可得到合理的边界层速度型、温度型以及湍流涡黏性系数分布;数值实验表明对原始壁函数的修正显著提高了热流密度和摩擦系数的模拟精度．对包含分离流动的超声速凹槽和高超声速轴对称压缩拐角算例的数值模拟发现：基于充分发展的附着湍流边界层理论建立的可压缩速度壁面律对分离区内部近壁区仍然近似适用,可保证分离区内部给出可靠的摩擦系数和热流密度;而对于分离／再附点附近,壁函数的模拟精度相对较差,其原因在于分离／再附点附近的真实速度型与壁函数中速度壁面律形式出现明显差别．     

向心涡轮叶轮顶部间隙泄漏流动特性研究

对微型燃气轮机向心涡轮叶轮顶部间隙泄漏流动,在级环境下进行了全三维粘性数值模拟研究．结果表明,轮盖和叶轮叶片顶部之间的相对运动引起的刮削流以及叶轮顶部压力面和吸力面两侧的压差对间隙泄漏流动起主要控制作用,叶顶线速度越高,间隙尺寸越小,刮削作用越强;改变叶轮转速对叶轮中部和导风轮顶部间隙内的泄漏速度影响不大,但是叶轮转速能明显影响通道涡涡核与吸力面之间的距离;间隙泄漏量主要在导风轮顶部区域形成,如布置泄漏抑制结构,在轮盖子午弦长的中后部将是最有效的．     

气动热-气动弹性双向耦合的高超声速曲面壁板颤振分析方法

建立了气动热、气动弹性双向耦合高超声速二维曲面壁板颤振分析方法．基于柯西霍夫假设和冯卡门非线性应变．位移关系,建立了考虑几何非线性的二维简支曲板的气动．热．弹性分析方程;使用迦辽金方法对方程离散处理,采用四阶龙格．库塔法求解微分方程;三阶活塞理论用于气动力分析;使用参考温度法和平板气动热公式计算气动热．研究中重点考虑：1）气动热与气动弹性双向耦合,既分析气动热对结构刚度的影响,又分析气动弹性对气动热的影响;2）结构温度随飞行时间的积累效应;3）弦向和厚度方向非均匀温度分布的影响;4）曲面壁板的初始变形对壁板颤振发生时刻的影响．通过与传统的只考虑气动热．气动弹性单向耦合的分析结果进行对比,发现基于气动热和气动弹性双向耦合的壁板颤振分析结果更危险,这一点在精确分析中应当予以重视．     

Al2O3／TiAI基复合材料在空气中的高温氧化行为

研究了热压烧结的Al2O3／TiAI基复合材料在900℃静止空气中的断续氧化行为．结果表明,随着Nb2O5掺量的增加,氧化增重减小,氧化抗力明显改善,其初始氧化动力学符合线性规律,断续氧化动力学服从抛物线规律．Nb2O5掺量大的材料,因氧化产物中含有TiAI和Ti2AIN相,显示其良好的抗高温氧化性．在900℃温度断续氧化120h后,氧化膜主要由TiO2外表层、Al2O3次表层以及TiO2和Al2O3的混合内层构成,由外向内为富AI向富Ti的氧化物混合层过渡．靠近基体TiO2和Al2O3混合内层为多孔疏松状结构,孔洞是由于形成Ti的氧化物后生成的．整个氧化层厚约20μm．氧化膜表面均未形成均一的Al2O3保护膜,但形成的内层Al2O3膜与外层TiO2膜粘附性高,没有发生氧化膜脱落现象．原位自生的Al2O3微细颗粒,高温下促使其本身成核与生长,使得热力学形成其膜所需的最低Al含量降低;同时,增加了Ti离子由M／MO界面向O／MO界面扩散的势垒,从而降低了TiO2的生成率,提高了抗氧化性能;另外,形成从外向内由富AI向富Ti氧化物混合层过渡的复层结构,降低了O^2-的内扩散,改善了复合材料的抗氧化性能．     

钢铁制造流程的本质、功能与钢厂未来发展模式

钢铁制造流程动态运行过程的物理本质是：物质流（主要是铁素流）在能量流（主要是碳素流）的驱动。作用下,按照设定的“程序”,沿着“流程网络”作动态。有序的运行．钢铁制造流程是一类开放的、非平衡的、不可逆的、由不同结构和功能的单元工序通过非线性耦合构成的复杂系统,其动态运行过程的性质是耗散过程。从钢铁制造流程动态运行过程的物理本质出发,可以推出其功能应拓展为：（1）铁素流运行的功能-钢铁产品制造功能;（2）能量流运行的功能-能源转换功能以及与剩余能源相关的废弃物消纳-处理功能;（3）铁素流-能量流相互作用过程的功能-实现过程工艺目标以及与此相应的废弃物消纳-处理功能。钢厂未来发展模式将通过绿色制造和生态化转型,逐步演化为都市周边环境友好型钢厂和港口生态工业带钢厂两类主要可选择的模式。在未来循环经济社会中,钢厂可能承担的社会经济职能是：（1）钢厂是铁．煤化工的起点,既要生产出更好、更廉价的钢,又要充分利用能源;大型钢铁联合企业应向“只买煤、不买电、不用燃料油”的方向发展,同时也应该看到,钢厂有可能制造出相对价廉的、大量的氢气;（2）钢厂也可以是城市社会某些大宗废弃物的处理-消纳站和邻近社区居民生活热能供应站;（3）钢厂可以是某些工业排放物质再资源化循环、再能源化梯级利用和无害化处理的协调处理站。钢厂可以通过延伸其制造链、经营链成为特定区域构筑循环经济社会的重要环节。     

片状富氮奥氏体孪晶组织及其形成机理

应用透射电镜(TEM)及能谱仪(EDS)研究了 20 钢离子渗氮再经700℃渗铬的复合扩散层组织. 发现较深区域扩散层出现了片条状富氮奥氏体(γ_N)从α铁素体基体中析出现象. 片条状的γ_N沿轴线方向生长成孪晶, 形成很具特征的“背靠背”双晶结构. 这种片条状γ_N可分为两类, 一类是两亚片条γ_N之间保持真正的{111}孪晶关系, 而γ_N与α保持精确的K-S关系且形成明锐、平直的{335}γ_N//{341}α界面, 即{335}惯习面; 另一类是两亚片条γ_N之间保持伪{111}孪晶关系, 其内部生成了许多{111}微孪晶和层错. 由于微孪晶和层错的干扰使得γ_N与α点阵发生了局部弛豫, 致使γ_N与α的位向关系偏离K-S关系, 且γ_N中主孪晶面{111}γ_N1//{111}γ_N2的平行关系也被略微破坏, 其γ_N/α界面也不再像第一类的那么明锐、平直.