基于格子Boltzmann方法的液滴撞击粗糙壁面上液膜过程的数值

采用格子Boltzmann方法对液滴撞击粗糙壁面上液膜的过程进行了研究,主要考察了相对液膜厚度h、相对凹槽宽度d*、相对凹槽深度L*等物理参数对界面运动过程的影响.首先,当h较小时,由液滴溅起形成的水花半径r随时间满足r/2R≈αUt/2R1/2的关系,且随着相对液膜厚度h的增大,系数a变小,但当h较大时,该关系式不能很好地描述水花半径的增长过程,且水花的飞溅现象消失.其次,相对凹槽宽度d*对水花的形成及飞溅也会产生重要影响,当d*较小时,随着d*的增大,系数a先减小再增大,当d*8时凹槽宽度的增加对水花半径的变化影响较小.最后,相对凹槽深度L*对水花的形成影响较小,但对水花的飞溅现象影响较大.     

可抗撞击的智能防护服

我们在运动中可能会受到撞击,在车祸中可能受到撞击,意外失足也会受到撞击。撞击让不少人受伤,更让数以万计的人失去了生命。最近,英国科学家研制出一种特殊的可抗撞击的衣料,可减轻人们在撞击过程中的伤害。这种名为D30的材料平时轻而柔韧,但受到撞击时会在0.001秒内变硬,而且撞击力越强,变硬的反应越快。经常从事体育运动的人,特别是那些职业运动员,在训练或比赛过程中,身体难免会在高速运动时受到意外撞击。比如,滑雪时在滑道上摔倒,骑车时翻车或撞车,骑马时跌落,做体操时从单双杠上失手落地……虽然这些状况谁都不愿意遇到,可是为了追…     

湿润转变对超疏水表面上撞击液滴结冰影响的研究进展及展望

表面超疏水性是液滴撞击固体表面反弹的基础,利用超疏水表面的液滴反弹特性可从源头上抑制撞击液滴结冰,但湿润转变的发生会使表面的超疏水性失效.本文重点关注湿润转变对超疏水表面上撞击液滴结冰的影响.首先,分别从湿润转变对表面上撞击液滴动力学行为的影响、湿润转变对撞击液滴结冰形式的影响和撞击液滴湿润转变遵循的能量路径及转变机理3个方面梳理当前研究现状.然后,在总结上述研究现状的基础上,对通过表面微结构拓扑设计,实现抑制Cassie-Wenzel不可逆湿润转变,促进Cassie-Wenzel-Cassie可逆湿润转变,以此强化超疏水表面的液滴反弹特性进而抑制撞击液滴结冰的新思路进行了展望.     

基于BGK方法的液滴静态和动态特性

采用BGK方法对液滴在疏水表面上的静态和动态特性进行了研究,通过数值模拟发现对于带有微结构的疏水表面,在保持非浸润状态的基础上,固体面积分数越小(即微结构间距越大),表观接触角越大,表面越疏水,但是较小的固体面积分数会使液滴非浸润状态变得不稳定.当表面具有微-纳二级结构时,不仅会增加表面的疏水性,使液滴具有较大的表观接触角,而且会使液滴的Cassie状态更稳定.当液滴下落到超疏水表面时,数值计算发现液滴将经过多次反弹、变形,最终静止在超疏水表面上,这与实验现象吻合.当相同尺寸的液滴从同一高度下落到具有相同表面自由能的超疏水表面时,与平超疏水表面相比,具有微/纳结构的超疏水表面将增加液滴的反弹高度;对于平超疏水表面,表面自由能越小,液滴的反弹高度越大,因此液滴的反弹高度依赖于液滴在表面的表观接触角.     

月球巨撞击起源的最新模拟

月球的起源与地球有密切关系。自1880年提出月球是从地球分裂出去的假说以来,科学家们提出了多种假说。近30多年来流行的是巨撞击假说,认为有颗称为忒伊亚(Theia)的星体撞击原地球,抛出的物质很快聚集形成地球的卫星——月球。行星形成过程的观测和理论研究确信地球吸积晚期经历过巨撞击,而月球的探测资料提供其起源的约束,计算机模拟方法的发展可以量化地跟踪撞击演变过程,得到符合约束的合理情况的可能范围。介绍三种最新的最佳模拟及其结果,虽然有所不同,但在很多关键问题上取得了重要进展,并得到一些普遍的结论。解决了地球和月球起源的基本问题,但还需要进一步研究遗留的或可能提出的新问题。     

月球巨撞击起源的最新模拟

月球的起源与地球有密切关系。自1880年提出月球是从地球分裂出去的假说以来,科学家们提出了多种假说。近30多年来流行的是巨撞击假说,认为有颗称为忒伊亚(Theia)的星体撞击原地球,抛出的物质很快聚集形成地球的卫星--月球。行星形成过程的观测和理论研究确信地球吸积晚期经历过巨撞击,而月球的探测资料提供其起源的约束,计算机模拟方法的发展可以量化地跟踪撞击演变过程,得到符合约束的合理情况的可能范围。介绍三种最新的最佳模拟及其结果,虽然有所不同,但在很多关键问题上取得了重要进展,并得到一些普遍的结论。解决了地球和月球起源的基本问题,但还需要进一步研究遗留的或可能提出的新问题。     

规则波在岛礁地形上传播的SPH模拟

结合周期性边界条件、水流循环技术以及动量源造波方法,本文建立了一个基于光滑粒子流体动力学(smoothed particle hydrodynamic,SPH)方法的二维无反射数值波浪水槽,模拟了波浪在深海台礁上的传播变形过程,分析了该地形上波高和增水的沿程变化,并与物理模型试验结果进行了对比.结果表明,该数值模型可以较准确地模拟深海台礁上的波浪破碎和增水过程以及礁坪上波高和波浪增水的空间分布特征;在水槽左右两侧采用周期性边界条件和预留水流循环通道,能够有效解决竖向二维数值模型中由于礁坪上波生流引起的潟湖内水面的非物理性雍高及进而导致的礁坪上增水偏大的问题.     

波浪作用下抛石基床上沉箱稳定性的SPH模拟

波浪作用下抛石基床上沉箱式防波堤的动力响应是一种典型的波浪-可渗介质-实体结构物相互作用问题,涉及强非线性自由液面的捕捉、可渗介质内渗流流动的数学描述以及渗流场与实体结构物间接触力的精确模化等问题.本文基于已建立的光滑粒子流体动力学(smoothed particle hydrodynamics,SPH)渗流模型,通过...     

三层网架撞击实验模型的计算模拟

本文研究三层网架结构在块体撞击作用下的动力响应、破坏形态和失效机理.针对三层网架飞机库撞击实验模型,采用ANSYS/LS-DYNA非线性有限元动力分析程序,对该问题进行了计算机数值模拟计算,并在此基础上对其进行了理论分析.     

新生代巨大天体撞击作用的气候效应模拟

对发生于白垩纪/第三纪(K/T)(距今65 Ma)的天体撞击作用已进行过气候模拟.模拟研究表明,这次撞击事件确能引起全球气温下降到零度以下,持续时间可达1a.而最近对古生物的研究表明,短暂的寒冷气候和全球黑暗并不能导致恐龙等生物灭绝,恶劣的气候可能须持续近10年之久才可能使这些生物大规模灭绝,这说明需要对原先的模拟结果进行修正;其次,发生在新生代、有确凿证据的巨大撞击事件有6次,除白垩纪/第三纪(65 Ma)和     

一种改进的适用于多相流SPH模拟的粒子位移修正算法

由于光滑粒子流体动力学(smoothed particle hydrodynamics, SPH)方法具有天然的拉格朗日特性,粒子常常沿着流线运动,易产生不均匀的粒子分布,导致计算精度和稳定性下降.作为一种粒子分布均匀化技术,粒子位移修正(shifting)算法凭借其原理简单、效果显著等优点在SPH水动力学模拟中得到广泛应用.但同时,应用于多相流动中的shifting算法的计算过程较为复杂.针对这一问题,本文提出了一种改进的适用于多相流模拟的粒子shifting算法.与文献中已有的多相流shifting算法相比,它在处理多相交界面时能够维持更加均匀的粒子分布,同时可以保持清晰的异相界面,且实施相对简单高效.数值算例表明,该shifting算法在多相流模拟中具有更高的精度和更好的能量守恒特性.     

端点附壁自避行走的计算机模拟

自避行走(self-avoiding walk,简称SAW)是一种重要的模型,在数学上与简单随机行走有极大不同。由于已行走的路径不能再次被占据,SAW不再是一种Markov链。因此,一般来说,涉及到SAW的问题往往很难得出严格的解析表达式。然而,SAW模型在物理学、化学、生物学中有广泛的应用。例如在材料科学和生命科学中十分重要的高分子就可以用SAW作为一种基本模型。当一条高分子链的一个端基吸附在某一固体壁上,就可以用端点附壁的随机行走来表示。若高分子链采用SAW作为模型,其行为的预示目前仅限于采用计算机“实验”的方法。本工作在新的计算机“实验”数据基础上,提出了消除奇偶效应的方法,得到了一些新结果。     

可模拟小脑功能的电子芯片

以色列特拉维夫大学心理系马蒂·敏茨教授领导的研究小组．开发出一种可模拟小脑功能的计算机芯片。将该芯片与患小脑损伤的实验鼠连接后,可使实验鼠恢复正常活动。     

基于统计建模的可训练单元挑选语音合成方法

提出了一种基于统计建模的可训练单元挑选语音合成方法. 在模型训练阶段, 提取训练语料库中的多种声学参数并训练各自对应的统计模型; 在合成阶段, 基于统计模型的最大似然准则实现语料库中最优备选单元序列的挑选; 最终通过波形拼接输出合成语音. 实验结果表明, 该方法可以有效改善传统单元挑选与波形拼接语音合成方法在系统构建自动化程度低、对专家知识依赖性强、以及合成效果稳定性不足等方面的问题. 此外, 针对单元挑选语音合成的特点,提出了一种新的最小单元挑选错误准则, 采用区分性模型训练方法进行模型参数的更新, 实现了系统构建的全自动化, 并进一步提高了合成语音的自然度.     

空间微小碎片撞击对太阳电池表面损伤的评估方法

利用等离子体驱动微小碎片加速器, 开展空间微小碎片撞击对太阳电池表面损伤的地面模拟实验, 得到了微小碎片撞击对太阳电池表面损伤的平均表面损伤系数和撞击损伤方程, 并分别提出了利用平均表面损伤系数和撞击损伤方程评估空间微小碎片撞击对太阳电池表面损伤的评估方法. 结合master2005空间碎片分布模式计算得到的空间微小碎片分布规律, 采用这两种评估方法分别对800 km轨道高度航天器太阳电池遭受微小碎片撞击引起的表面损伤率进行了评估. 计算结果表明这两种方法能够相互验证, 并且发现空间微小碎片撞击对太阳电池的表面损伤主要由5~500 μm碎片撞击引起.     

过渡流搅拌槽内固-液悬浮的直接数值模拟

采用格子玻尔兹曼方法(lattice Boltzmann method),研究了过渡流搅拌槽内颗粒悬浮过程的流体力学特征.模拟中搅拌槽为平底方槽,搅拌桨采用下压式45°四斜叶桨,搅拌雷诺数Re=1334,属于过渡流;颗粒体积分率最高达到8%.本模拟解析了包括颗粒周围和颗粒间流动的搅拌槽内整个流场,从而实现了在颗粒尺度上对颗粒-流体相互作用的研究.同时,本文也研究了体积分率、相位角对液相平均速度、液相湍流动能等流体力学特征值的影响规律.结果表明,随着搅拌槽内颗粒体积固含率的增加,液相平均速度和液相湍流动能均衰减.     

气固两相交叉射流相间传热的LBE-DEM模拟

采用格子波尔兹曼/离散元(LBE-DEM)耦合方法模拟气固两相交叉射流相间传热,重点考察了流体和颗粒之间的热量双向耦合及其对两相传热过程的影响.流场雷诺数Re=1000,在相同颗粒数目下选取了10,25,50三种Stokes数.研究分析了气固多相交叉射流中气相温度分布,颗粒群分布形态特性以及相间的双向耦合传热特性及其影响因素.研究发现交叉射流两相传热过程在撞击前期和后期分别受两相平均温差和两相换热系数的主导,而其主导因素的转换与颗粒动态响应特性有关.     

基于微流控液滴技术的载药缓释微球研究进展

单分散性载药缓释微球作为新型药物释放系统已成为缓释药物制剂研究的热点问题之一,但传统制备方法获得的载药微球大多存在大小不均一、粒径分布宽、载药量低、缓释效果不明显等问题,极大地限制了其应用。微流控液滴技术因其操作简单,可以控制液滴形成的过程,成为近年发展起来的制备单分散性载药微球的新方法,在制备粒径均匀、具有特殊性能等载药微球方面有极大的优势。本文从传统载药微球的制备及存在问题入手,简述微流控技术的基本原理及液滴微流控制备载药微球的基本方法与类型,体现微流控技术相比传统制备技术的优势,即可以制备得到粒径均一、大小组分可控且呈单分散性的药物可控释放微球。     

耕作土壤可蚀性颗粒的风洞模拟测定

在风洞实验室对半干旱地区 3种典型土壤进行风蚀模拟测定 ,并通过粒度分析 ,揭示了耕作土壤可蚀性颗粒的粒径范围、组合特征及不同粒组含量随侵蚀风力的变化 ,指出土壤可蚀性不仅取决于土壤的内在性状 ,而且与不同风速的外在风蚀效应密切相关 ,提出不同土壤在风蚀动力机制上具有一致性     

一种可利用可见光的无机光合固氮模拟

1978年,我们曾报道了在光合作用催化电子理论指导下,用二氧化钛和特殊制备的铁粉的混合物为催化剂,在常温、常压下,用水作氢源,空气作氮源,应用近紫外光固定分子氮还原为氨的结果、由于照在地球表面的太阳光差不多一半是可见光,同时紫外光的每个光子的能量均比每个可见光光子的能量大,因