超高速碰撞电磁效应数值模拟

采用理论分析和数值模拟结合的方法对超高速碰撞产生等离子体问题进行研究. 通过SPH方法,建立二维轴对称模型,针对不同碰撞速度进行数值模拟,对比不同时刻碎片云的形状以及膨胀速度,验证数值模拟的正确性;利用Thomas-Fermi模型,计算超高速碰撞过程中SPH粒子的温度,对于发生汽化的部分考虑其产生的等离子体参数;以统计物理学为基础,基于化学反应动力学原理,建立了非热平衡等离子体电子数密度、电子温度、宏观温度以及内能之间的关系,用以计算超高速碰撞过程中产生等离子体的参数. 给出不同时刻碰撞产生的总电荷数随时间的变化,将数值模拟结果与文献中经验公式结果进行对比,验证了本文中计算超高速碰撞产生等离子体方法的正确性.     

Computational thermodynamics,computational kinetics,and materials design

Computational thermodynamics, known as CALPHAD method when dawned in 1950s, aimed at cou- pling phase diagrams with thermochemistry by computa- tional techniques. It eventually evolves toward kinetic simulations integrated with thermodynamic calculations, i.e., computational kinetics, including diffusion-controlled phase transformation, precipitation simulation, and phase- field simulation. In the meantime, thermodynamic, mobility, and physical property databases for multi-component and multi-phase materials, served as basic knowledge for materials design, are critically evaluated by CALPHAD approach combining key experiments, first-principles cal- culations, statistic methods, and empirical theories. The combination of these computational techniques with their conjugated databases makes it possible to simulate phase transformations and predict the microstructure evolution in real materials in a foreseeable future. Further links to micro- and macro-scale simulations lead to a multi-scale compu- tational framework, and aid the search for the quantitative relations among chemistry, process, microstructures, and materials properties in order to accelerate materials devel- opment and deployment. This is a new route of materials and process design pursued by Integrated Computational Materials Engineering （ICME） and Materials Genome Ini- tiative （MGI）. This article presents a review on the basic theories and applications, the state of the art and perspective of computational thermodynamics and kinetics.     

海域水动力对老虎石海滩养护响应关系分析

老虎石海滩的海滩养护工程包含三段滩肩补砂和两个吹填的水下沙坝式潜堤.采用软件Mike 21建立老虎石2维潮流和波浪数学模型.根据2011年水文波浪实测资料对数学模型进行了验证和计算效率评价,评价结果表明计算的潮位和潮流过程与实测值吻合较好,精度较高.重点研究了海滩养护对其近岸区域潮流和波浪的影响,得到沙坝坝身处是流速、波高变化最大的位置,受动力作用影响最大.吹填沙坝因波浪增高掀沙、潮流挟沙输运,可为其后方的海滩提供沙源补充.近岸区域潮流动力较弱,波浪变化较小,采用人工补砂和水下沙坝式潜堤双重整治的海滩养护工程对海滩上人工养护泥沙的保存非常有利.     

单双层石墨烯的制备及电导特性调控

石墨烯二维材料有着优异的物理、化学特性,在多个科学领域展现出广阔的应用前景.采用化学气相沉积方法在Cu-Ni合金表面制备了二维石墨烯薄膜并揭示其生长机制;研究生长时间、温度等对石墨烯覆盖度和晶格质量的影响.通过优化生长条件,成功制备了大面积单层及具有强烈层间耦合作用的AB堆叠双层石墨烯薄膜.进一步运用表面沉积技术在单层石墨烯上构建零维Au团簇和二维Au薄膜,研究其对石墨烯电导特性的影响;并结合第一性原理计算,揭示Au的形态及覆盖度影响石墨烯电导特性的规律.据此制作了石墨烯场效应晶体管器件,通过精确控制Au的覆盖度,实现石墨烯电导类型和载流子浓度的有效调控,拓展了其在微电子领域的应用.     

河道型水库动库容在实时洪水调度中的影响

采用水动力学方法建立河道型水库库区洪水演进模型,解决实时洪水调度中的动库容问题．引入动态边界条件的概念,将计算过程分为模拟计算阶段与实时预报调度阶段,在实时洪水调度过程中根据计算的不同阶段采用相应的边界条件．利用河道型水库的实际库容(动库容)按静库容曲线反推求得水库的代表水位,根据代表水位准确地计算出水库的动库容．最后以水口水库为例,分析了水库动库容对实时洪水调度的影响．     

汽轮机叶片结垢在线诊断的一种新方法

克服以往对汽轮机故障诊断侧重于对振动信号的监测与分析,而对热力参数重视不够的局限从对热力状态参数的监测与分析出发,以汽轮机叶片结垢为例,了汽轮机叶片结垢与热力养育 关系;并以热力计算结果为训练样本,建立了判别结垢程度的神经网络模型,经实例验证,该模型可以较准确地判明叶片结垢程度。．     

剪切流从层流向湍流的转变：基本方程和模型

目的 研究剪切流从层流向湍流转变的物理机制。方法 从包含角动量守恒方程的新流体力学方程组出发,进行理论分析。结果 得到了剪切流转换过程中大尺度运动的方程和小尺度运动的方程,并对空间局部高剪切区中的小尺度运动建立了一个四波相互作用模型。结论流体大尺度运动的方程仍具有Ｎａｖｉｅｒ－Ｓｔｏｋｅｓ方程的形式,而对于局部高剪切区的小尺度扰动,必须同时考虑流体质元的速度ν（ｒ,ｔ）和角速度ω（ｒ,ｔ）的相互     

飞秒强激光作用下Ar原子团簇库仑爆产生的离子能谱

研究了Ar原子团簇在飞秒强激光作用下的电离机制,考虑了团簇经过库仑爆炸过程和流体力学膨胀过程两种膨胀机制情况下,对离子能谱进行了计算.计算结果与实验结果基本符合,能够很好地解释离子高能端特征,对低能端的能谱也进行了分析.     

二维Ta4C3O2电子结构的拓扑性质

过渡金属碳化物和氮化物也被称为MXenes材料,是一类具有独特性质的新型二维材料.经第一性原理计算发现,二维Ta₄C₃O₂的电子结构可能具有拓扑性质,而Ta₄C₃已被成功制备,Ta₄C₃O₂可通过表面功能化实现制备.这些结果将为研究MXenes材料的拓扑性质提供有利借鉴,也为今后的实际应用奠定基础.     

AutoNaut构型波浪滑翔器驱动机构数值模拟

波浪滑翔器是一款利用水下波浪动力转换机构实现波浪推进的水面无人探测平台,它出色的续航性能和无污染等优点受到了广泛的关注和认可。但是由于波浪滑翔器复杂的双体结构会导致其对作业水深有一定要求,且存在弱机动性、布放回收较为苛刻等缺点,制约了其全海况覆盖的发展。为了克服上述缺点,本文研发一种新型的利用升沉-俯仰共同驱动的波浪滑翔器(AutoNaut构型波浪滑翔器,ANWG)是极为必要的。首先,分析了ANWG推进机理,确定了其总体功能要求和设计目标,并完成了ANWG样机的总体结构设计;其次,进行了ANWG初步海试实验,对浮体船运动响应进行了分析,通过AQWA软件仿真计算,确定了ANWG浮体船的水动力参数,并基于浮体船的运动响应建立了被动扑动水翼的数值模型,得到了最佳的前后水翼弹簧刚度系数;最后开展了ANWG自航行海试实验,通过实验得到的推力和水翼摆角等因素与仿真结果进行了对比,结果验证了理论分析和仿真结果的正确性和可靠性。