聚式流态化向散式流态化过渡的离散粒子模拟

流态化系统广泛存在于自然界和工业过程中,但对其认识还很有限,主要原因是它的强非平衡性.颗粒与流体间复杂的相互作用导致系统常处于非线性非平衡状态下,形成多尺度的高度不均匀的耗散结构.这些耗散结构的尺度要比相应的单相系统中的流动结构小得多,而颗粒的尺度又要比流体分子大几个到十几个量级,因此很可能找不到满足宏观足够小而微观足够大的尺度.而该尺度的存在是目前流态化系统的主要模拟方法──拟流体模型和颗粒轨道模型(在经验地描述颗粒流体相互作用时)的基本前提.虽然这两种方法都得到了实际应用,但从机理研究的角度看,仍有很多局限.     

低温下纳通道中纳米流体的传热机理

基于平衡分子动力学方法,引入含有量子修正项的WK势能模型,研究了低温条件下含有铜纳米颗粒的氦纳米流体在纳米尺度通道中的传热机理.通过比较原子势能、动能和碰撞能及加入纳米颗粒对热导率的影响,揭示出纳米颗粒与系统所有原子的相互作用势对纳米流体热导率贡献最大.分析热导率矢量随计算时间的收敛曲线,发现流道方向的热导率远大于壁面方向,热导率呈现出各向异性特征,深入的研究最终阐明了产生这一现象的物理机理.     

有两种机制共存的耗散结构的极值条件

通过分析湍流管道流动中惯性和粘性的协调作用与气固流态化系统中颗粒运动与流体运动的协调作用之间的相似性,初步提出如下推论：由两种机制（如：湍流中的粘性和惯性;流态化中的颗粒运动和流体运动）共同支配的,系统的稳定性条件物理意义上可表达为这两种机制各自独立的极值趋势互为约束的条件极值。     

基于时驱硬球算法与格子玻尔兹曼方法的颗粒流体系统直接数值模拟

实现了一种直接数值模拟颗粒流体系统的耦合算法, 颗粒间相互作用由时驱硬球算法描述, 而流体的控制方程采用格子玻尔兹曼方法求解, 流固耦合用浸入运动边界法实现.该方法使用欧拉网格求解流场, 拉格朗日网格跟踪颗粒, 避免了非结构化贴体网格方法需要重新划分网格的问题. 通过模拟两个圆形颗粒在黏性流体中的沉降过程, 成功地复现了经典的Drafting-Kissing-Tumbling(DKT)过程, 验证了耦合算法的有效性.     

关于非线性非完整系统平衡状态的稳定性

关于非完整系统平衡状态的稳定性问题,已有一些研究,但未涉及非线性非完整系统。 本文研究非线性非完整系统平衡状态的稳定性问题。首先,将一个非线性非完整系统问题当作一个有条件的完整系统问题来处理。其次,当系统存在平衡状态时,用一次近似方程来研究相应完整系统平衡稳定性问题。如果一次近似方程是常系数的,其特征方程不可避免地     

三波相互作用的非线性稳定性分析

自从Arnold利用变分原理研究理想、无粘流体的非线性稳定性以来,出现了一大批关于这方面讨论的文献.其中综述性的文章可参见文献。关于利用变分原理研究地球流体可参阅文献,其中曾庆存的工作较以前有较大的突破。通过利用旋转地球流体特有的角动量守恒性,使得该方法可用于基本流是非定常的情况。     

非线性非保守连续系统的类能量守恒量

非保守系统的特征是能量不守恒, 为探讨非保守系统是否可能存在具有能量量纲和正定性的守恒量, 分析了计及几何非线性的轴向运动梁的弯曲振动. 基于系统的控制方程, 对于两端简支和固支两种边界条件, 证明了系统能量不守恒. 构造了具有能量量纲的正定量并证明该量在运动过程中守恒. 应用该守恒量证明了直线平衡位置的稳定性. 研究表明非线性非保守连续系统可能存在类能量守恒量.     

超临界流体密度波动机理的分子动力学模拟

超临界流体在工业技术领域得到越来越广泛的应用,从本质上研究超临界流体的结构特性具有重要意义.本文采用分子动力学方法模拟得到不同温度和压力下超临界流体局部密度波动的时序曲线变化规律,并进行非线性特性分析.结果表明,在近临界温度时,密度波动幅度在拟临界点处达到最大值,随着温度升高和偏离拟临界点程度的增大,波动幅度逐渐减小.超临界流体是具有显著密度波动的非均匀介质,可以看作是高密度(类液区)和低密度(类气区)流体的混合物,非均匀性随偏离拟临界点程度的增加而逐渐减弱.采用自相关函数法得到各工况延迟时间,结合时序曲线的吸引子相图和递归图定性分析发现,不同系统温度下,时序曲线的波动规律主要满足混沌和类随机两种特性.在近临界等温线上,较大密度范围内具有混沌特征;随着系统温度的升高,范围逐渐缩小,当T=1.075T_c时,混沌特征消失,各工况均符合类随机规律.混沌系统表现为较类随机系统更小的样本熵,在不同系统温度下,均在偏离拟临界点较远处得到较大值,并在一个小区域内收敛,此时样本熵的变化受系统温度的影响逐渐减小,密度起主导作用.     

纳米ZnO表面吸附聚电解质及其分散体系稳定性的研究

讨论了纳米ZnO颗粒表面吸附阴离子型聚电解质(马来酸酐钠盐聚合物)及其水分散体系的稳定性. FTIR分析表明, ZnO颗粒表面通过氢键和化学键吸附聚电解质. 吸附行为受聚电解质浓度、pH值和离子强度的影响. 随着pH值的增大, 饱和吸附量减小, 而吸附层厚度增大. 饱和吸附量和吸附层厚度随离子强度的增大呈先增加后减小的趋势. 与相同浓度的NaCl溶液相比, 聚电解质在CaCl2溶液中的饱和吸附量较大, 相应的吸附层厚度也较大. pH值的增大, 分散体系吸光度变化缓慢, 分散体系稳定性好. 分散体系吸光度随聚电解质浓度的变化有极大值. 分散体系稳定性的变化规律是由聚电解质在颗粒表面吸附构型变化而引起.     

线性剪切流中弹性界面液滴变形的惯性作用

弹性界面液滴(由弹性界面包裹而成的液滴)在流场中的变形等动力学行为是深入理解液滴群悬浮液流变特性以及发展基于液滴的物质输送技术的重要基础.流体惯性、液滴界面弹性、流体黏性等力学作用相互耦合,共同控制弹性界面液滴的动力学行为.已有文献以Stokes流假设进行简化,集中研究了忽略流体惯性条件下弹性界面液滴的变形动力学行为.本文结合Front Tracking Method和Finite Element Method,在传统两相流模拟方法中引入薄膜弹性力学理论,发展了能同时考虑液滴界面弹性和流体惯性的两相流数值模拟方法,研究了颗粒雷诺数(Re)对线性剪切流中弹性界面液滴变形动力学行为的影响.结果表明:雷诺数较高时,弹性界面液滴的瞬态变形出现振荡,且随雷诺数增大,变形振荡的幅值和周期都增大,液滴瞬态变形时间变长;随雷诺数增大,液滴的最大变形和稳态变形均增大,且液滴形状也有显著变化.由此可见,在Re1的条件下,流体惯性对弹性界面液滴变形动力学行为的影响不可忽略.     

颗粒填充通道恒热流壁面温度分布的红外实验

报道了恒热流条件下,用红外热成像法测量颗粒填充通道壁面温度分布的结果。发现加热壁面出现随机不均匀分布的相对高温区,其原因可能是由于在颗粒与加热壁面直接接触的区域流体流动速度偏低,甚至出现“滞止”区所致。这说明,由于壁面对颗粒堆积的自然限制,颗粒填充结构在壁面附近区域的孔隙率以及孔隙通道的大小和形状都发生变化,从而影响流体的流动和传热。由按面积加权所得的壁面平均温度计算Nu与Re关系,其变化规律有可能表明流体在孔隙内的流动状态发生了改变。     

颗粒流体系统的非线性行为及其计算机仿真

<正> 1 学科概述1.1 定义和分类 自然界中气、液态物质统称为流体,固态物质在物理和化学加工过程中通常都以颗粒形态存在,并在流体介质中进行。因此颗粒流体系统是自然界中极为普遍的现象。颗粒流体两相流是研究颗粒流体系统中颗粒与流体之间相互作用规律的科学,尽管其研究对象普遍存在,但却是一个很不成熟的学科。 颗粒流体两相流按颗粒浓度分为稠密两相流和稀疏两相流。稀疏两相流中的颗粒均匀分布于流体中,分析比较简单,因而也较成熟。稠密两相流(如流态化)以颗粒在流体中的不     

从稳定孤子到混沌型格点孤子的宏观实验研究

近30年来,由于孤立子现象在物理学的几乎所有领域得到了广泛应用,孤立子的理论、实验和应用研究成为一个重要的热门研究课题.孤立子的直接宏观观察是人们一直感兴趣的重要问题.自从1984年吴君汝等在振动台上观察到了狭长槽内非传播流体孤子以来,振动台上的非线性体系的宏观实验给我们提供了一个很好的实验场所.宏观“单原子”格点体系的各种激发为Denardo等所观察到.文献[5]给出了受参数激励的颗粒体系中的局域结构.在微观系统,对双原子非线性格点系的研究揭示了更丰富的孤子结构.相应的参数激励下宏观双原子格点体系的各种模式也被观察到.     

正压地转大气中Normal Mode的研究

Normal Mode(标准模)一直是研究流体稳定性的一个重要方法,故此得到了深入的研究。研究结果表明,对于无旋流体的稳定性问题,如果不顾条件一味地套用Normal Mode法,就会导致前后矛盾。Hoiland、Case等分析了Normal Mode方法出现困难的原因,指出根源在于Normal Mode对于所有可能出现的执动形式并不完备。对稳定性问题的完整提法是将其考虑成一个初值和边值问题。     

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。     

一个包含外强迫因子的非平稳时间序列的预测方法

气候系统所具有的非平稳性质已经得到越来越多的气象学家的认同. 事实上, 产生非平稳行为的根本原因在于作用在系统上的外部强迫是随时间而变化的. 鉴于此, 本文提出了一个新的非线性和非平稳时间序列的预测方法. 与以往的某些方法最大的不同在于:在建模过程中, 外强迫因子直接参与了预测方程的构建. 还利用时变控制参数条件下,Logistic 映射和Lorenz 方程产生的非平稳时间序列, 对上述方法进行了预测试验. 初步的试验结果表明, 外强迫因子在预测中扮演着与状态变量同等重要的角色, 它们的参与可以有效地改善预测精度.     

颗粒流体两相流动的随机分析

研究揭示颗粒流体两相流动随机特征的方法,通过对流体中影响颗粒运动的各种复杂作用进行分类处理,提出了一种的离散颗粒随机模拟方法,初步的模拟计算获得了与实验测量一致的颗粒时均速度、脉动速度、局部平均粒径和浓度等总体宏观设计特征,以及经过空间某一位置的颗粒速度、粒径随时间的动态变化行为和颗粒流动的不均匀空间分布结构特征等丰富的信息。     

非线性沸腾传热学-I:耗散结构理论

近30年迅猛发展的非线性科学是研究自然界复杂现象之规律的一门学科,被喻为与相对论、量子力学齐名的20世纪出现的第三次科学革命,针对沸腾系统非平衡、非线性、随机性,复杂性和非还原性的特点,作者尝试把沸腾传热学和非线性科学结合起来,建立一门新的交叉学科分支——非线性消费者腾传热学.目前,耗散结构理论、协同学理论、分岔理     

一类状态反馈下结构稳定的非线性系统

结构稳定性是非线性控制系统、尤其是大系统的极为重要的属性.考虑下列非线性控制系统     

纳米颗粒表面活性剂对T型微通道中液滴分裂的影响

液滴分裂是微通道中获得单分散小尺寸液滴的重要方法,纳米颗粒表面活性剂能够包裹液滴,是制备功能胶囊的潜在技术手段,研究纳米颗粒表面活性剂作用下的液滴分裂行为对于获得尺寸更小、分散性更好的功能液滴具有重要意义.本文通过微流体可视化实验和理论分析方法,研究纳米颗粒表面活性剂对液滴分裂的影响规律.在纳米颗粒表面活性剂作用下,液滴分裂存在阻塞分裂、过渡态分裂、非阻塞分裂、不分裂4种状态;通过分析液滴颈部宽度随时间的变化关系,得出纳米颗粒表面活性剂对液滴分裂的影响机理,即通过降低界面张力影响挤压颈缩速率;通过分析基于液滴尺寸与毛细数的液滴分裂状态分布相图,建立了液滴阻塞分裂与非阻塞分裂的临界转化理论模型.