天堂鸟翼凤蝶平板模型绕流特性实验研究

蝴蝶的扑翼飞行因其相对翼展较大、扑翼频率低等特点引起广泛关注, 尤其是具有越 洋迁徙特性的蝴蝶更是备受瞩目. 本文以天堂鸟翼凤蝶这种长距离迁徙蝴蝶作为研究对象, 设计了简化模型, 应用氢气泡流动显示的方法研究该蝴蝶翼面绕流结构, 包括前缘涡、翼尖涡、翼身相交处的分离泡和马蹄形尾迹等流动结构, 并进一步讨论了各绕流结构随迎角的变化规律. 特别是在本实验条件下观测到的倒八字形前缘涡结构, 是一种新的流动现象.     

基于NPLS的超声速层流/湍流后台阶流动精细结构研究

在Ma=3.0低噪声、吸气式超声速风洞中,对台阶高度h=5mm的超声速后台阶流场进行了精细结构测量.通过改变台阶上游壁面的表面粗糙度,实现了超声速层流、湍流两种后台阶流动.采用NPLS技术对流场整体结构的时空演化特性以及4个局部典型区域的细节结构等方面进行了实验研究.瞬态流场揭示了扇形膨胀波系、再附激波、超声速边界层及其分离、再附和恢复等结构的空间特征.通过比较时间平均的结果,可知超声速湍流后台阶流动分离后的膨胀角较大、回流区的长度相对更短,而再附后重新发展的边界层厚度以较小的倾角增长,但两种流动的再附激波角度大致相同.在时间演化上,超声速层流后台阶流动主要表现为K-H涡结构的变形受剪切、膨胀、再附以及三维效应等影响;而湍流后台阶流动则主要表现为大尺度结构在再附点前后受膨胀、黏性以及再附后逆压梯度的作用而倾斜和变形.对局部区域的研究表明,在超声速层流后台阶流场中微弱压缩波与当地对流马赫数和K-H涡结构的诱导作用有关,并且在下游汇聚成再附激波的现象明显;而湍流后台阶流场中则未有明显的压缩波和K-H涡结构,其再附激波的形成主要与壁面的压缩效应有关.     

三维薄翼超音速绕流问题局部解存在性的证明

一、引言 当超音速气流越过一个薄翼时,常会产生一个附着于翼前缘的附体激波。确定激波的位置以及激波后到翼面之间的流场是人们关心的主要问题。它在数学上可归结为一个角状区域内非线性双曲型方程组的边值问题,该区域的两个边界面分别为固定的特征边界面与待定的自由边界面。这个问题在理论上与应用上的重要性是周知的。对于二维翼的绕流问题,在六十     

二维定常圆柱绕流的失稳和浑沌

用非线性动力学的方法求得了二维定常圆柱绕流失稳的临界雷诺数为57.7,当雷诺数大于165时二维圆柱绕流问题的解是浑沌的。 一、有限维近似 流动问题都是无限维的,但可以用有限维动力系统来逼近。有很多方法可以做到这一点,     

近壁圆柱绕流尾流的特性

近壁圆柱绕流是许多工程问题分析简化的物理模型。圆柱尾流与壁面边界层的相互作用产生了复杂而丰富的多尺度湍流结构。文章对工程中由这种湍流结构引起的圆柱涡脱落频率、圆柱所受阻力和升力的变化,以及这种湍流结构的产生和演化的规律进行了综述和分析,并对进一步开展的研究提出了建议。     

电磁场中圆柱绕流的开环和优化控制

对圆柱绕流的电磁控制进行了实验和数值研究. 实验在转动水槽中进行, 通过吊杆将装有电磁激活板的圆柱插在槽内液体中. 吊杆上的应变片用于测试圆柱的阻力, 注入适当的染料用来显示流场. 数值模拟时, 流场的基本方程为指数极坐标中考虑场力的Navier-Stokes方程, 计算采用ADI格式和FFT格式. 结果表明, 实验与计算所描述的流场具有相同的变化趋势. 在开环控制时, 即Lorentz力为常数时, 旋涡脱体可被有效抑制, 涡街消除, 阻力减少. 另外, 基于上述Navier-Stokes方程, 推导了优化控制所需的伴随方程, 并利用同样的数值方法对此进行数值求解. 根据伴随优化理论得到实时变化的优化控制参数, 对优化控制过程中的流场变化进行了讨论.     

带挡板圆柱可压缩绕流的大涡模拟

采用大涡模拟方法数值研究了来流马赫数为0.75、雷诺数为2×105的带挡板圆柱可压缩绕流.由于带挡板圆柱绕流的被动控制,与圆柱相比,带挡板圆柱的阻力减小了33%,升力系数的振荡几乎被完全抑制.在此类流动中,由剪切效应引起的减阻大于可压缩效应的影响.通过分析挡板的被动控制机理,我们发现抑制剪切层的失稳可以提高柱体的背压,这与柱体减阻和升力系数振荡抑制密切相关.通过分析沿剪切层的对流马赫数和自激振荡现象,发现在可压缩效应和高频力效应共同作用下,带挡板圆柱的剪切层失稳得到了抑制.     

近壁紊流的绕流结构的实验研究

Prandtl、Nikuradse于30年代提出,按照紊流的层流底层对边壁糙率的不同掩护程度,紊流可分为光滑区、过渡区及粗糙区,这种观点一直为工程界引用至今。 窦国仁最近提出了“河床紊流的随机理论”,并根据这一理论建立了明渠和管道紊流的一般运动微分方程式。在求解该方程式的积分表达式时,他提出了与Prandtl、Nikuradse不     

半球结构亚波长光栅抗反射性质的研究

利用多台阶圆柱结构近似与严格的耦合波理论研究了化学方法制作出来的新型的半球结构的亚波长光栅的光学性质, 此光栅制作技术简化了可见光波段光栅的制作工艺. 通过计算机模拟与数值计算, 证明了半球结构亚波长光栅具有良好的抗反射性能. 给出了两种光栅设计方案. 第1种方案下, 光栅能够达到3.4416×10^-7的低反射率, 适用波段为0.46~0.7 μm, 入射角变化范围为±12°; 第2种方案下, 光栅的适用范围较广, 适用波段为整个可见光波段, 入射角变化范围为±23°, 所能达到的最低反射率为3.112×10^-4.     

激波与湍流相互作用的实验研究

在超声速湍流混合层风洞中, 以NPLS技术为基础研究了激波与湍流的相互作用, 观察到了斜激波与湍流边界层的相互作用以及湍流混合层中的大涡对斜激波的影响. 所得到的NPLS实验图像不仅再现了复杂的流场结构, 而且不同图像之间还具有时间相关性. 在NPLS图像基础上探讨了激波与湍流相互作用的规律.     

基于卫星高度计的南极绕极流强度年际变异规律

利用20年的卫星高度计绝对动力地形数据在流函数坐标中研究了南极绕极流(Antarctic Circumpolar Current,ACC)强度的年际变异规律.流函数坐标投影方法能够把ACC从副热带和副极地环流中分离出来,考虑了其纬向不对称性而不是简单地将其作为一支纬向流.研究表明ACC强度具有很强的年际变化,其在2000和2009年前后增强.这种年际信号主要出现在印度洋和太平洋扇区,而最强信号位于澳大利亚以南.西风在1998和2008年的增强可能通过斜压动力过程导致了ACC在2000和2009年前后的增强.     

海洋学研究的新知——深海底流沉积

近３０年来，海洋学研究的主要成果之一就是发现了深水底流及其所形成的沉积物。深水底流包括等深流、内波和内潮汐。通过对海底流速的测量、沉积物表面沙波的检测、深海钻探岩芯中的原生沉积构造等确认了底流的存在。等深流沉积可形成规模巨大的等深岩丘，这样的等深岩丘在现代和古代地层中均已被发现并进行了详细的研究。内波和内潮汐沉积已在地层记录中被识别出来，深海底流沉积的发现为寻找油气资源开辟了新的领域。     

氟氯共存体系锡在流/熔体相间分配的实验研究

为深入了解与含氟花岗岩有关锡矿床的成矿机制, 在温度为850℃, 压力为100 MPa, 氧逸度接近NNO的条件下开展了氟氯共存体系锡在花岗质熔体相和共存流体相间分配行为的实验研究. 实验通过改变液相中HCl浓度和熔体的铝饱和指数ASI及F含量来观察锡的分配行为. 研究结果显示, 在氟氯共存的花岗质岩浆体系中: (1) 熔体ASI值越高相应锡在流/熔体相间的分配系数D_Sn越大, 过铝质熔体有利于锡分配进入流体相; (2) 流体相中HCl浓度越大越有利于锡分配进入流体相中; (3) 实验固相产物熔体相中氯含量随体系氟氯含量的增大而升高, 且熔体相中氟氯含量具有正相关关系; (4) 含F高的熔体(F含量约大于1 wt%)有利于锡在熔体相中富集从而可为锡矿的形成提供物质来源, 当熔体相中氟含量从约1 wt%左右逐渐减小后锡的分配系数明显增大, 流体相中HCl浓度越高D_Sn增涨幅度越大越明显, 即氟含量减小后有利于锡分配进入富氯液相中, 从而有助于热液型锡矿床的形成.     

试论大东流村城市化发展问题研究

文章以太原市大东流村城市化发展状况为例,分析了大东流村作为"城中村",在城市化发展中面临的问题.     

扰动流条件下模拟血小板在半透膜壁上的黏附实验

为了研究渗流和血流扰动对血小板在血管壁黏附的影响, 用管状透析膜制作成具有半透壁的变截面管. 用稀释的、直径为1.10 μm的聚苯乙烯乳胶微球(模拟血小板)悬浮液灌注该变截面管. 悬浮液为Tris缓冲液, 缓冲液中加了10%的右旋糖苷T70和2%的牛血清白蛋白. 实验结果表明, 聚苯乙烯乳胶微球在半透膜壁上的黏附与渗透率呈正相关, 而与流动壁面剪切率呈负相关. 在变截面管的流动漩涡区, 乳胶微球在管壁的黏附明显增高, 其黏附密度的最大值位于漩涡区的流动再附着点, 此处的流动壁面剪切率最低. 该研究结果提示, 渗流会显著地影响血细胞(如血小板)与血管壁之间的相互作用, 而受扰动的血流和低壁面剪切率可以引起血小板在血管壁黏附的升高.     

载流摩擦的研究现状与挑战*

载流摩擦问题是包含导电和摩擦磨损两个系统的多学科交叉问题,且两系统存在强烈的性能耦合和损伤耦合,伴生电弧是其最显著的特点。作者还介绍了载流摩擦的研究现状,并展望了其未来的研究重点。     

等离子体片中高速流相关问题研究综述

等离子体片中的高速流自从被提出以来, 由于其经常出现在磁层剧烈扰动期间而备受 重视, 然而有关其形成机制和在磁层扰动过程中的作用, 特别是在整个磁层对流中的作用以及 磁层亚暴触发过程中的作用并不十分清楚. 本文简单回顾了高速流研究的历史, 介绍了高速流 的成因以及与极光的关联, 探讨其与等离子体磁结构的异同及其与背景等离子体的相互作用, 讨论了现有对高速流在磁层亚暴过程中作用的认识以及存在的问题, 并提出了高速流研究中 应当关注的几个关键科学问题.     

禹门口提水东扩工程重力流第三区段水锤计算机数值模拟研究

重力管道输水方式因其对地质条件要求不高,渗漏损失小,施工方便,造价较低,管理方便等优点常作为设计者优先考虑的方案,然而大型区域的长距离重力流输水系统的管路安全问题成了供水工程安全运行的难题。文章选择以长距离重力流输水系统水锤防护作为研究方向,主要通过禹门口提水东扩工程重力流段第三区段水锤计算机数值模拟为例,探讨长距离重力流输水系统的水锤防护问题。     

禹门口提水东扩工程重力流第三区段水锤计算机数值模拟研究

重力管道输水方式因其对地质条件要求不高,渗漏损失小,施工方便,造价较低,管理方便等优点常作为设计者优先考虑的方案,然而大型区域的长距离重力流输水系统的管路安全问题成了供水工程安全运行的难题.文章选择以长距离重力流输水系统水锤防护作为研究方向,主要通过禹门口提水东扩工程重力流段第三区段水锤计算机数值模拟为例,探讨长距离重力流输水系统的水锤防护问题.     

激波诱导甲烷点火化学反应区的可视化实验研究

研究激波诱导甲烷/空气混合物点燃的反应区特征, 对于认识其气相爆轰规律有着重要意义. 在激波管平台上, 进行了当量比甲烷/空气混合物的激波点火实验, 并采用化学发光成像和平面激光诱导荧光(PLIF, planar laser induced fluorescence)等方法得到了不同工况下的反应区特征. 结果表明, 由于在弱点燃工况下诱导区的着火延迟期沿激波传播方向的梯度较小, 给非线性化学反应过程提供了更多的时间, 反应特征出现显著的不均匀性; 而随着激波的增强, 这种不均匀性显著减小, 在强点燃工况反应区呈规则的爆轰波结构. 单脉冲PLIF方法测量的OH基相对分布揭示的反应区特征与文中其他方法的测量结果相一致, 并和前人的相关研究结论相符, 为激波管内激波和气相物质相互作用条件下进行高时空分辨率测量提供了新的方法和思路.