工程热物理学科中的若干解析解

介绍了蔡睿贤给出的工程热物理学科中典型的2组基本方程的解析解,即完全气体无粘可压流动的显式解析解和球体内不定常非Fourier导热的一维代数显式解析解.应用加法分离变量法,得出了超急速微尺寸不定常导热中有热波效应的大概尺寸.     

球体内不定常作Fourier导热的一维代数显式解析解

对最常见的基本几何形状－球形颗粒的超急速非Ｆｏｕｒｉｅｒ导热给出了一套代数显式解件解。此外，根据所得到的解析解，初步给出了需要考虑非Ｆｏｕｒｉｅｒ导热热波效应的判据：当所研究的球体半径数量级小到与平均自由行程相近时，就应当考虑热波效应。此判据对微传热课题可能有重要参考价值。     

非球形小粒子的光散射特性

推导了单色平面波照射下任意形状小粒子的解析散射振幅函数。分析表明,除非折射指数趋近于1,非球形小粒子与同质等体积球的光散射不等效。     

基于回转椭球模型分析烟颗粒非球形性对光散射模式影响

针对火灾烟颗粒的链状结构特征,采用回转椭球模型,通过“T矩阵法”,分析其非球形性对光散射模式的影响.分别在固定取向与随机取向条件下,分析了“扁长”形回转椭球、球体及“扁圆”形回转椭球的散射光强分布.结果表明,在固定取向情况下,半轴比值a/b=1.0的球体对应的散射光强度分布的等高线均为直线;然而,对于半轴比值a/b＜1.0的“扁长”形椭球体对应的散射光强度分布的等高线为凸线,半轴比值a/b＞1.0的“扁圆”形椭球体对应的散射光强度分布的等高线为凹线.在随机取向条件下,球体（a/b=1.0）对应的取向平均散射光强度分布曲线的震荡最为剧烈,而a/b=0.5,2.0,4.0对应的三条曲线表明,非球形性越强的颗粒对应的散射光强分布曲线越平滑.     

实心球体外表面受热冲击作用的广义热弹性分析

基于L-S广义热弹性理论,对实心球体在外表面受均匀热冲击作用下的一维热弹性问题进行研究分析.利用热冲击的瞬时特性,借助Laplace正、反变换技术及贝塞尔函数的极限性质,对控制方程进行解析求解,得到了热冲击作用周期内温度场、位移场及正应力场的渐近解.通过计算得到了热冲击条件下各物理的分布规律以及非傅立叶效应和耦合效应对热弹性响应的影响规律.结果表明,在非傅立叶效应和耦合效应共同影响下,各物理场由波速不同的两组弹性波相互叠加而成,非傅立叶效应的存在削弱了热冲击的作用效果,而耦合效应则在影响热扰动在弹性体内传播的同时也在一定程度上减弱了延迟效应对热冲击的削弱效果.     

球形正十二面体声源测量近场HRTF的误差

提出了球形正十二面体声源和球形头部的组合模型,利用球谐函数的多极展开和球基函数的旋转变换,得出该模型的双耳声压和近场头相关传输函数(HRTF).然后用HRTF的幅度谱误差分析球形正十二面体声源指向性和多重散射对近场HRTF测量的共同影响.结果表明:随着声源半径的减小和局部脉动单元半张角的增大,声源对近场HRTF测量的影...     

半无限半导体超晶格的表面激发

本文应用电磁理论和方法对顶端覆盖——金属——绝缘层的半无限半导体超晶格(M-I-SL)集体电荷密度激发的色散关系作了推导。发现在体等离子激元(plasmon)连续带之下的表面等离子激元的临界波矢可以靠改变绝缘层厚度与超晶格周期的比值而任意改变,甚至可以使临界波矢变为零。     

含随机分布散射颗粒的吸波体设计和性能分析

单层致密平板吸波材料除几个特殊的吸收峰外,很难在较宽的频段达到理想的吸收效果．通过在吸波体内导电媒质的“孤岛”化设计,制备了单层非连续体平板吸波材料．测试结果表明,在8～18GHz频段内,热压平板媒质只出现两个特征吸收峰值,含炭20％吸收效果最好,但超过10dB的有效频段只有约1GHz．而非连续体平板吸波材料由于和空间波阻抗的良好匹配以及内部“孤立”颗粒对电磁波的散射和吸收衰减,其反射损耗有较大提高;而且随着平板试样中“孤立”颗粒炭含量的增加,平板对电磁波的反射损耗也增加,当炭含量达到30％时,平板的反射损耗在8．5～18GHz宽频范围内都超过10dB,有效频段在10GHz以上．     

基于热重-红外联用技术的狼尾草热解过程分析

通过热重-红外联用技术在线分析研究了狼尾草在慢速升温条件下的热裂解行为和机理。结果表明,狼尾草的热分解主要发生在220～500℃,500℃以后热失重非常缓慢,在此温度下固体残留物的质量分数为5.33%。在线红外分析表明狼尾草热解产物主要有CO、CO2、烷烃、醛类、酸类等物质。根据热重曲线和红外谱图,将热解过程分阶段进行了热解动力学的研究,狼尾草热解3个阶段的活化能分别为301.51、88.39和330.58 kJ/mol。     

基于热重-傅里叶红外联用的油泥砂热解过程

油泥砂是油田开采、运输、冶炼过程产生的危险固体废弃物,造成了大量的土壤、水体和大气污染,热解是实现油泥砂高效转化利用的有效方式之一。利用热重-傅里叶红外联用分析仪（TG-FTIR）开展了油泥砂热特性机理和产物析出特性研究。结果表明：油泥砂热解过程可分为水分和部分轻质组分析出、有机物质析出、碳酸盐化合物分解3个阶段;升温速率的升高,受传热传质影响,油泥砂内部热滞后现象导致热解失重,热重（TG）和微商热重（DTG）曲线整体向高温区移动;热解过程析出CH₄、CO、CO₂、烷烯烃和芳香烃类等可挥发性物质。     

金属粗糙表面电磁波的吸收和散射

给出了金属表面存在粗糙度时,粗糙表面对电磁波的吸收和散射特性,获得了微分反射系数与入射角和出射角的关系,以及散射吸收因子和入射角的关系.     

基于Gordon模型的多次散射项参数化研究

针对内陆湖泊高散射特性水体,利用Hydrolight模拟软件模拟不同散射系数、风速、太阳天顶角条件下水表面以下辐照度比R(0~-)与b_b/(a+b_b)的比值g,利用Gordon线性方程和二次方程对g值进行拟合,分析散射系数、风速、太阳天顶角等因素对拟合方程系数和多次散射项的影响,分析结果表明二次方程系数受太阳天顶角和风速影响的范围明显小于线性方程,并且与线性方程相比二次方程对多次散射作用的表达和实际状况以及前人研究结果更加相符,从而建立高散射特性水体中考虑多次散射作用的水表面以下辐照度比R(0~-)与b_b/(a+b_b)的改进关系式,利用新的模拟数据对该表达形式进行检验,误差范围为-4.015 8% ～4.498 1%,说明该模型能够较好地应用于R(0~-)的精确计算或利用R(0~-)准确反演固有光学属性,在湖泊水色遥感方面具有较好的应用前景.     

冲击与热载荷作用下结构应力波与变形波的计算

利用有限元法,提出了一种应力波及变形波的计算方法,并对一些典型结构进行了运算．结果表明,应力波和变形波是造成结构破坏的重要因素,热应力对应力波的变化也有很大的影响．该方法收敛速度快,数值稳定性好,简单实用．     

圆弧形沉积谷地对Rayleigh波三维散射解析解

采用假定的大圆弧面来模拟半空间,利用波函数展开法和有限项Fourier级数展开技术,在频域内给出圆弧形沉积谷地对Rayleigh波三维散射的一个解析解．以此解答为基础,进一步分析入射波的频率和入射角度以及谷地深度对圆弧形沉积谷地场地反应的影响．数值结果表明,入射频率和入射角度以及沉积谷地深度对沉积谷地地表位移有重要影响．     

等效微波网络法计算分层偏心介质圆柱的散射

采用T矩阵聚合和广义散射参数矩阵的混合方法将内含多个柱体的分层偏心介质圆柱等效为一个微波网络,利用聚合T矩阵算法求得多个柱体的总体T矩阵作为网络的负载反射矩阵。介质分界面被等效为以第一类贝塞尔函数和第二类汉克尔函数作为基底的广义散射矩阵;利用柱面波加法定理完成不同坐标系间的波函数转换,从而将各层组成一个散射参数级联网络。利用这个等效网络分析了多个分层偏心介质圆柱对TM和TE波的散射截面。     

含弱界面的复合材料层合板对水平剪切波的散射

对含有弱界面的复合材料层合板,采用弱连接界面的剪切弹簧模型,借助波函数法研究了水平剪切波入射时层合板对波的散射,得到了解析结果.数值计算结果表明,弱界面处在不同位置时,对以一定角度入射到复合材料层合板的水平剪切波,其反射和透射系数有明显变化;当层合板中弱界面的力学性能参数强弱不同时,以入射角为变量所得到的透射系数和反射系数曲线呈现出明显差异.证明了根据含弱界面复合材料层合板所得到的水平剪切波的散射规律,不仅能够确定反映弱界面力学性质的参数R的大小,而且还能够判明弱界面所在的位置,这将为复合材料层合板中弱界面的超声无损检测提供依据.     

用FD—TD法计算吸波涂层的电磁波散射

建立了适合于复合材料吸波涂层的时域有限差分方法。通过计算吸波涂层的电磁波散射问题算例,并将计算所得数值解与解析解进行比较,论证了该算法的正确性。     

参与介质的散射特性对辐射热交换的影响

考虑参与介质的散射作用,给出一维辐射直接交换面积解析式和辐射全交换面积矩阵表达式,模拟计算了含有散射介质的一维系统辐射热交换问题.数值模拟结果表明,与忽略介质散射作用的简化描述相比,容积段-容积段的辐射全交换面积增大,表面段-容积段的辐射全交换面积降低,介质的散射削弱了容积段与表面段之间的辐射热交换.参与介质的散射作用越强,忽略介质散射导致的计算误差越大.     

多裂隙体的稳定热断裂(张开型)问题

为了讨论大体积混凝土结构中大多数由温度变化引起的裂缝的稳定性，给出了无限平板中作用有稳定点热源的位移场、应力场基本解，构造出以边界虚拟力为基本未知量求解混合边界多裂隙体热断裂问题的基本方程。数值计算表明该方法求解多裂隙体热断裂问题精度高，计算工作量少。对含边界裂缝的平板、含三条平行裂缝的平板和含有三条三角形分布的裂缝的平板在稳定温度荷载作用下进行了实验和计算互校，两者结果吻合良好。     

TICT中圆形工件截面的散射修正项计算

透射γ射线ICT采集系统所获原始数据中，包含有Compton散射光子的计数，在探测器较少时，常采用加后准直器的方法来控制散射光子进入探头，但在实时测量的ICT中，由于探头数较多，加后准直器将受到空间的限制。笔者拟采用让Compton散射光子与透射光子一并进入探测器，再从探测器总的计数中将散射光子减除。并建立了透射式ICT康普顿（Compton）散射针对圆形截面工件的数学模拟，并给出了相应的修正公式以及散射修正的程序设计原理。