强电场中离子运动规律及应用基础研究进展

高气压非平衡等离子体是当今世界经济、军事强国竞相研究的焦点 ,它涉及工业、军事的高能物质 (活性粒子 )加工及其辐射的等离子体源及反应器 (室 )。目前 ,高气压非平衡等离子体及其源的研究局限于弱(电场 )电离放电范畴 ,存在等离子体浓度低、能耗高和体积庞大等问题。为此 ,研究外加非均匀强电场、空间电荷形成的本征电场对离子的作用力及其运动规律 ,以便解决形成高浓度等离子体的方法及离子从强电场束缚中引出去的问题 ,为研制强电离放电非平衡等离子体源提供理论基础及加工方法 ,并可望使外输的等离子体束浓度达到 10 1 4 /cm3。等离子体源及反应器可以做到微型化 ,每立方厘米有效放电体积处理气量高达 15m3/h。它的体积、能耗、一次造价、运行成本等也将大大降低 ,有望解决等离子体工程化的现存问题 ;也能解决困扰世界各军事强国的飞行器等离子体隐身、减阻及天线的应用理论与方法问题 ;又可用于水处理 ,治理赤潮、海洋生物入侵以及杀菌消毒等领域 ,实现零污染、零废物排放 ,从根本上解决环境污染问题。     

鲨鱼沟槽表皮减阻机理的仿真研究

通过对鲨鱼沟槽表面特殊流场的数值仿真研究，探讨了沟槽表面存在减阻效果的内在机理。针对沟槽表面流场的特点，在数值计算过程中对其计算域、计算网格及其流动参数进行了合理化的处理，并尝试将力学相似原理运用于沟槽表面流场的数值仿真。仿真结果表明，沟槽表面与“页流的“反向旋转涡对”相互作用，产生“二次涡”，削弱了“反向旋转涡对”的强度，进而抑制了低速条带的形成和发展，从而降低湍流猝发强度，实现湍流减阻。     

液／固界面新型高效仿生减阻技术

在流体中运动的物体都会受到流体阻力的影响，减少流体阻力是航空航天、航海设备中亟待解决的重要问题。吉林大学仿生课题组在系统地研究了土壤动物脱附减阻功能特性的基础上，提出了生物非光滑减阻理论。     

衣康酸/AMPS共聚物作为油井水泥缓凝剂的研究

以2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)为主原料，与衣康酸(IA)在引发剂作用下进行共聚合反应，得到了IA/AMPS共聚物。实验考察了反应条件对产物性能的影响，确定出最佳合成方案；探讨了缓凝剂作用机理，采用IR研究了共聚物的结构。结果表明：单体配比、引发剂用量、反应温度对产物的缓凝性能有很大影响，三者之间存在最佳值。合成的共聚物对水泥浆有优异的缓凝性能，能显著延长水泥浆的稠化时间，并对水泥浆具有良好的分散减阻作用，能够广泛应用油田固井水泥浆体系。     

易凝高粘原油管输技术及其发展

我国所产原油80%以上为凝点较高的含蜡原油和粘稠的重质原油，其节能、安全输送一直是我国油气储运界面临的主要技术难题。简要介绍了这两类原油的流动特性及机理，概括了原油降凝减阻输送技术研究和应用的现状，分析了其发展趋势，提出了进一步研究需重点解决的问题。预计化学降凝剂改性仍将是含蜡原油节能安全输送技术的发展方向，目前需重点攻克大庆原油改性的难关；稠油乳化降粘减阻技术将得到更多的应用，在我国目前应重点针对海上油田的油水混输管道开展研究。现有技术的提升、新技术的涌现，有赖于基础研究的突破、技术路线的大胆创新和相关     

等离子体气动激励减小翼型跨音速阻力的数值模拟

等离子体气动激励能够显著提升飞行器／动力装置的气动性能。本文进行了等离子体气动激励减小RAE2822翼型跨音速阻力的数值模拟。将电弧放电等离子体激励简化为对流场的热能注入,建立了基于唯象学的数值计算模型,以实验测试结果作为输入条件,将热能以源项的形式加入N-S方程求解,研究了不同来流速度、激励强度以及激励位置下等离子体气动激励对翼型阻力特性的影响。仿真结果表明:等离子体气动激励可以有效减小RAE2822翼型跨音速阻力,来流速度与等离子体气动激励减阻效果有较大关系,当[WTBX]Ma=0.81时,减阻达到13.58％;激励强度对减阻效果影响较小,当W[WTBZ]=3 000 K时,减阻达到11.77％;增大激励位置,减阻效果增大,但幅度变小,当[WTBX]D[WTBZ]=20 mm时,减阻达到13.17％。     

平板上低表面能涂层的水筒减阻研究

在金属表面上涂覆特种涂层,可降低其航行阻力和噪声。人造海豚皮(厚2.5mm)的非各向同性柔性壁有利于层流边界层的转捩延迟,因而在一定的速度范围内有明显的减阻作用。水溶性线型高分子涂层:一是由于涂层表面溶解出来的线型高分子抑制初始剪切涡,吸收压力脉动能量;二是溶胀涂层的柔性效应抑制和吸收压力脉动,减小航行体阻力。而边界层中微气泡可使平板表面摩擦阻力降低60％左右。本文给出具有低表面能的涂层平板模型阻力测量结果。描述了低表面能涂层的厚度、疏水性和表面粗糙度等特征,考察了涂层表面湍流边界层和层流边界层延迟转捩减阻的可能性。     

卡森流体管流的减阻机理及减阻率计算

分析了流体与固体管壁之间的粘附功,揭示了卡森流体管内流动时的减阻机理,认为流体在流动过程中滑移的产生是减阻的本质. 推导出了卡森流体的减阻率表达式,讨论了各参量对减阻率的影响,并提出了实现卡森流体减阻的措施.     

大尺度类波形壁面湍流边界层TR-PIV实验研究

针对传统波形壁面因尺度微小所引发的加工困难、维护费用昂贵等问题,设计了一种大尺度的类波形壁面．对虎鲸的皮肤嵴结构进行放大和形貌改良,得到的大尺度类波形壁面可以更好地适用于工程实际;研究了大尺度类波形壁面对湍流边界层的影响,分析了其减阻效果及减阻机理．采取高时间分辨率粒子图像测速(TR-PIV)技术,对光滑壁面和振幅与波长之比分别为2a₁/λ=0.033、2a₂/λ=0.050、2a₃/λ=0.066的3种大尺度类波形柔性壁面湍流边界层流场进行了实验测量,对流场中的时空相关函数进行计算．分析一个波长范围内流向、法向速度及压力分布,发现波形结构下坡段附近的逆压梯度使得流动减速,爬坡段附近的顺压梯度则加速了流动,减速效果最强位置位于波谷,加速效果最强位置位于波谷始末,流场中的速度在两个极值内变化．对不同工况下类波形壁面末尾凹槽下游紧邻平板区域各阶统计量进行了对比,结果表明3种类波形壁面的平均速度剖面于对数区表现出不同幅度的抬升,近壁区平均速度均有不同程度增大;近壁区流场雷诺切应力具有明显的降低,近壁区湍流脉动被抑制,雷诺应力的...     

阳离子型表面活性剂与非离子型聚合物相互作用减阻研究

为探究表面活性剂与聚合物相互作用的减阻效果,对阳离子型表面活性剂CTAC和非离子型聚合物PAM的纯溶液和混合溶液进行湍流减阻实验测量。结果表明:表面活性剂CTAC溶液中加入不同浓度非离子型PAM,混合溶液减阻的临界温度均相同但低于相应纯CTAC溶液的临界温度,而超过临界温度后混合溶液减阻能力的下降趋势更缓;各个温度下混合溶液的减阻稳定区和纯CTAC溶液基本一致,且减阻稳定区内的摩擦系数也都相同;在超过临界雷诺数的减阻破坏区,混合溶液减阻效果更好,且PAM浓度升高,溶液减阻能力增强。提出了表面活性剂胶束联结在聚合物长链上形成了内部交联密集、结构稳定的混合网状结构模型,应用此模型合理解释了CTAC溶液中加入非离子型PAM形成的混合溶液的湍流减阻现象。