相关气体运动论中的Ikenberry和Truesdell的Maxwell叠代法(Ⅰ)

1 引言大约十年以前,S.Tsugé和M.B.Lewis利用推广了的Grad的十三矩方法(参阅[4])探索相关气体运动论中的气体运动的宏观方程。在文章[1]、[2]和[3]中,作者、袁妙恩和王彦文用Chapman-Enskog展开的方法研究了同样的问题。并且发现了宏观运动方程中的一些新的项,后者是用十三矩方法未能发现的。本文想把Ikenberry和Truesdell的Maxwell叠代法(参看[7]、[8]和[9])应用到相关气体运     

混合气体湍流运动论中的Hilbert—Enskog—Chapman展开

虽然成功地描述片流现象的Kavier-Stokes方程已有一个半世纪的历史了,但是湍流现象究竟用什么样的方程描述,至今没有定论。人们对这个问题从各方面进行着探讨,但是都还没有获得理论上令人信服的结果。近年来Struminsky,Tsugé,Lewis等人开始从分子运动论的角度研究湍流。这可参看[5]—[10],导师陈天权先生在[3]中成功地发展了湍流运动论中的Enskog—Chapman展开方法,并对单纯气体情形获得了分布函数和守恒方程的一级近     

对宏观确定性方程的一种渐近展开

引言对于宏观确定性方程,Muncaseter用伸展场方法给出了渐近展开,并得到了Enskog方法的相应结果。这就启发我们,能否把小参数展开方法直接用于宏观确定性方程,而得到与Enskog方法一致的结果。本文将给出这种展开及这种一致性的证明。设气体的分布函数     

混合气体Boltzmann方程组的两组解的平均作为二粒子混合气体BBGGKY方程组列的解

Boltzmann方程的两个解的平均作为二粒子BBGGKY方程组列的解,将这个想法推广到混合气体上去,并且借助于求和不变量及其守恒方程,得到混合气体宏观运动方程组的零级及一级近似方程.     

磁力弹簧振子的运动特征

考虑磁力弹簧振子在水平面上的运动情况.通过在求解动力学方程时选择特殊的初始条件,得到了两种不同类型的特殊精确解,同时还考察了当磁场大小发生突变时,对处于稳定轨道运动的弹簧振子所造成的影响;将其动力学方程中的非线性项进行泰勒展开,进而在三阶展开的基础上使用线性化与校正方法得到了其近似解,并且在忽略弹簧原长时,得到了其轨迹为内摆线的近似解.除此之外,还考虑磁力弹簧振子在受到径向周期性外力作用下的受迫振动,通过多尺度法得到其近似解的同时给出了其幅频响应方程.进而发现了因磁场强弱变化导致在其频响应曲线中出现了跃迁现象.与此同时,还求得了径向运动的超谐、亚谐共振近似解.     

低渗非达西渗流运动方程研究

低速非达西渗流现象广泛存在于高放废物地质处置库及能源开发领域,描述这种非线性过程具有重要的意义.本文利用分数阶微积分方法对幂函数型、指数型两种常用的非线性运动方程进行了研究.首先从达西定律出发,通过拉普拉斯变换得到了与Hansbo幂函数型方程相一致的渗流运动方程.进而对Swartzendruber指数型方程进行研究,得到了分数阶导数意义下的Swartzendruber运动方程及其解析表达式.验证了在求导阶次为1的情况下,原Swartzendruber运动方程是分数阶Swartzendruber方程的一种特例.基于非饱和渗流实验数据,采用最小二乘法拟合获得了新运动方程中的相关参数,对参数变化趋势进行了分析.由曲线拟合结果可知,分数阶Swartzendruber方程精度较高,可以更好地描述非线性渗流过程.     

１３—Ｂit多速格子气自动机模型的理论分析与模拟

运用流体离散运动论方法对１３－Bit多速正六边形格子气自动机模型进行了理论分析,在由格子Bolytzmann方程求得矩方程的基础上,根据Chapman-Enskog展开方法,导出了该模型的宏观热流体力学方程,从理论上证明了所建地于热流体力学问题描述的正确性。并给出了平板非等温流体绕流动现象的模拟结果。     

圆柱形容器中自由表面波的非线性解

对圆柱形容器中的自由毛细重力表面波进行了摄动分析.采用毛细重力表面波的线性解作为本征函数,对自由面波高及速度势作Galerkin展开,根据Luke变分原理,导出了非线性自由毛细重力表面波的控制方程.使用多重尺度法导出了控制方程的前三阶摄动方程,在表面波列在无内共振情况下,求出了所讨论问题的三阶一致有效解,并且发现由于模态间的非线性相互作用,波的固有频率得到了修正.     

磁层-电离层耦合过程中等离子体运动的同宿轨

运用Mawhin重合度拓展定理的一个推论探讨一类方程问题的2kT-周期解集合的存在性,然后由这些2kT-周期解集合的子列的极限得到了此方程同宿解,将其运用于磁层-电离层耦合过程中等离子体运动模型同宿解问题研究,得到一定条件下该模型存在同宿轨的结果.     

高精度气体动理学格式与湍流模拟

本文介绍了多维高阶精度气体动理学格式的构造原理及其在可压缩湍流直接数值模拟中的初步应用.通过对初始分布函数和平衡态分布的多维高阶展开,利用BGK方程的通解可以得到单元界面上随时间演化的分布函数,从而建立具有真正多维特性的高阶精度气体动理学有限体积格式.应用建立的格式对可压缩各向同性衰减湍流和槽道湍流进行了数值模拟,得到的流场结果与已有研究相吻合.研究表明,相比于已有二阶气体动理学方法,高阶动理学格式具有更高的求解精度.     

用于Poiseuille等微槽道流的Boltzmann模型方程算法研究

基于MEMS微尺度流动特点, 将气体运动论统一算法推广应用于Poiseuille等微槽道流动计算研究, 发展可用于微流动问题的气体运动论边界条件数学模型及数值处理方法, 以不同Knudsen数的Couette剪切流、热对流以及Poiseuille等短微槽道流为研究对象进行初步计算验证, 通过将本文计算结果分别与基于微观分子颗粒输运的类DSMC模拟值、基于宏观流体力学的滑移N-S解、基于气体分子动力论的BGK-Burnett数值解及线化Boltzmann近似分析解 等的比较分析, 显示出发展的连接宏观流体力学与微观分子动力学的介观Boltzmann简化速度分布函数方程数值算法能很好地揭示近连续滑移、过渡流区气体流动现象和微弱流动变化细节, 并能较好地适应于微槽道流动问题计算研究, 可望发展起新型的模拟MEMS微槽道流动和传热问题气体运动论数值计算方法.     

无阻尼单摆运动方程的精确解

分别引进不同的未知函数的变换,将无阻尼单摆运动方程转化为等价的新未知函数及其导数为变元的多项式型的非线性常微分方程.这种常微分方程可用F-展开法求解.因这里的F-代表每一个Jacobi椭圆函数,所以F-展开法可以看作是Jacobi椭圆函数展开方法的概括或浓缩.无需计算Jacobi椭圆函数,得到了无阻尼单摆运动方程的14种借Jacobi椭圆函数、双曲函数和三角函数表示的精确解.     

基于Boltzmann模型方程的平板Couette流计算

将基于Boltzmann模型方程的气体运动论统一算法推广应用于Couette槽道流计算,发展可用于槽道流问题的气体运动论边界条件数学模型及数值处理方法,研究建立模拟不同Knudsen数二维低速槽道流动问题的气体运动论数值算法,通过将近连续流到高稀薄区Couette剪切流计算结果与基于微观分子统计模拟的类DSMC值、基于宏观流体力学滑移Navier-Stokes解和线化Boltzmann近似解比较分析,显示出该文发展的介观Boltzmann简化速度分布函数方程数值算法对不同尺度槽道流问题具有很强的模拟能力。     

内蒙古大学学报(自然科学版)第十七卷总目录

数学曰上厅‘,式1‘微炯王孙Boltzmalln方程渐近解的嫡拟导数所定义的自伴算子·…曹之江(一co,co)上对称微分算子的自伴域···························。·········一尚在久朱端英(1 .17)稠密相关气体运动论的Enskog一Chapman展开(I)············。···········……陈建宁(1 .29)稠密相关气体运动论的Enskog一Chapman展开(11)..······················……陈建宁(1 .57)某些二元线性递归方程的闭型解·······················……     

受地应力、地温和地电效应影响的煤层瓦斯渗流方程

通过研究地应力、地温和地电效应对煤层瓦斯渗流特性的影响,获得了在地应力场、地温场和地电场中的煤层瓦斯渗透率k(σ,T,E);并通过建立煤层瓦斯运动方程、连续性方程、气体状态方程和含量方程,推导得到了受地应力、地温和地电效应影响的煤层瓦斯渗流方程.     

圆截面压电曲杆在冲击载荷作用下的动力响应

对三维压电圆截面曲杆受到冲击荷载时的动力响应进行了研究.在正交曲线坐标系中建立了压电圆环形曲杆中波传播的空间运动方程.通过Fourier级数展开对冲击应力进行模拟,结合已得到的频散关系和边界条件求出径向位移响应的波幅系数,再通过频散方程确定了各位移电势幅值系数之间的关系,得到曲杆受冲击荷载作用下的波幅系数.应用本构关系得到所需的应力、电势及位移响应.     

精密气浮运动平台动态误差建模与分析

针对驱动合力偏离运动部件质心时,精密气浮运动平台运动部件会产生偏转振动,会带来运动和定位的动态误差,提出一种基于动力学分析的动态偏转误差评估方法.运用牛顿-欧拉法并引入欧拉四元数建立系统动力学方程,利用实验数据对静压气体轴承受力进行插值处理,有效解决了静压气体轴承受力非线性的问题,得到了更为精确的偏转误差曲线.以H形双边驱动XY运动平台为研究重点,分析其在不同受力情况下的偏转误差,结果表明：驱动不同步会引起运动平台较大幅度的偏转.该方法还可以推广到其他结构模型的运动平台.     

利用傅里叶级数理论的电弧混沌特性分析及实验研究

以高压SF6断路器开断过程中具有短路电弧的气流场数学模型建立为基础,以涡量变量、温度变量为特征量,利用二维傅里叶级数展开,得到高压SF6断路器描述电弧及气体运动的混沌特性方程。通过时间历程图、相图、Lyapunov指数图,证明高压SF6断路器电弧及气体运动系统中存在混沌特性。利用可拆卸灭弧室实验平台,采集电弧开断过程中的电流、电弧电压等数据,运用C-C算法进行数据处理,实验数据表明,当断路器额定电流、吹弧速度达到一定值后,电弧及气体运动系统出现混沌现象,并且随着额定电流、吹弧速度的增加,系统最大Lyapunov指数也增大。     

基于压力信号采集的输气管道混合模型的建立

为监测输气管道的运行状态,提出一种基于机理模型和神经网络模型的混合建模方法. 机理主模型是基于气体在管道中流动的连续性方程、运动方程和气体状态方程而建立的;神经网络模型用来补偿机理模型建模过程中的简化处理及因忽略某些动态参数变化带来的误差,提高了混合模型建模精度,为下一步进行气体管道的泄漏检测和定位奠定基础. 为避免流量计检测精度较低的缺点,实验中用高精度压力传感器取代流量计,统一采集压力信号,提高检测精度. 基于实验采集压力数据,将机理模型和混合模型输出的精度进行比较. 结果表明混合模型的精度得到了较大提高.      

水下超声速气体射流初期流场特性的实验研究

实验研究三维水下超声速气体射流,重点分析气体射流初期气泡运动演化过程,对射流初期数值模拟结果做相关辅证.同时引进非圆整度概念,定量分析水下气体射流初期气泡运动及形态变化的某些规律,得到一些实验分析结果,为工程实践提供了有用的参考数据.