土壤-植物-大气连续体水分传输动力学及其应用

本文根据作者的研究成果介绍土壤-植物-大气连续体(SPAC)中的势场与水势分布、水流阻力与水容的组成和量级,SPAC 中的水流通量计算,SPAC 中水分传输动力学模拟模型及 SPAC 水分传输动力学在农田节水灌溉和田间水量转化与水量平衡研究中的应用等问题.     

土壤内水分流动及温度分布计算——耦合型模型

本文目的在于发展一个计算土壤内水分输送及能量交換的物理模型——耦合型模型,驱动该模型的大气条件是由实测而得的,引用对蒸发的土壤表面阻抗关联了在大气中水汽通量与从地表的蒸发,由于这种阻抗引入,计算模拟的结果与实测值达到了较好的吻合。     

滚动轴承-偏置转子系统动力特性数值分析与实验研究

应用有限元法建立偏置转子的计算模型,采用考虑轴承Hertzian接触力和内间隙等非线性因素的二自由度滚动轴承模型,建立了滚动轴承-偏置转子系统的非线性动力学模型.通过数值仿真和实验研究分析了转子系统的非线性动力特性.实验数据和有限元模型计算结果是一致的,证实了所建立滚动轴承-转子系统非线性模型的合理性.发现由于滚动轴承非线性因素的影响,当转速达到系统共振转速的两倍附近时,激起了系统亚谐共振.     

随机变刚度电磁支撑-转子-轴承系统不定动力参数实验识别

识别出随机变刚度电磁支撑-转子-轴承系统的不定动力参数是实验研究随机支撑刚度参数转子动力学问题的前提。为此,基于Riccati传递矩阵法的相关理论和计算程序,结合电磁支撑-转子-轴承系统各种工况下的一阶固有频率实测值,对转子系统的不定动力参数进行了识别,给出转轴轴套、联轴器等附件对转子刚度加强作用的具体数值,以及滑动轴承的支撑刚度和扭转刚度参数值。将这些数据代入到转子动力学理论模型中,得到相同工况下两测点振型幅值比值的理论值,并与实验值进行了比较。结果表明:各测点振型幅值比值的理论值和实验值之间的偏差小于5%,说明转子系统不定动力参数识别结果的精度和准确度完全满足实验研究的要求。     

有相变的颗粒群-气体系统的多相流体力学

研究有相变(蒸发、燃烧)的颗粒群-气体系统的多相流体力学、对探讨大气中的云雾,反应堆安全的冷却,火炮的发射,固体火箭尾喷管的流动,各种液雾、金属粉、煤粉与空气的混合与燃烧,煤粉的气化,流态化燃烧,燃烧产物中烟粒的生成与清除,以及各种喷雾冷却、喷雾干燥过程等等都有重要意义。随着计算机技术、数值计算方法及计算流体力学、计算传热学、计算燃烧学的发展,已逐渐有可能对工程中各种实际的有多相流体的装置建立数学模型,进行数值计算,对各种流动、传热、传质的参数作出预估,从而减少实验研究的工作量,这就促使多相流体力学得到了不断发展。      

一个多孔有机织物热湿传递过程的数学模型

利用多孔介质中的Darcy定律建立了一个多孔有机织物中热湿传递过程的数学模型，并提出了一个描述多孔有机织物中液相水重力与表面张力的对比关系的数H=5gρldcLτlεl1/3/2σcosФε1/3采用Crank—Nicolson方法数值求解了该模型，得到了在相同初始和边界条件下，不同有机材料织物中的热湿传递过程，并给出了多孔有机织物中的水蒸汽的浓度场分布、温度场分布以及纤维中的含水量的分布。计算结果与实验结果是吻合的。     

土壤-植被-大气统一体内水分循环和能量交换——SPAC模型

引言人们生活在大自然中,上有大气,下有陆地海洋,其间分布着各种植被,组成一个紧密相关的统一体。研究这个统一体内各部分之间水的输运及能量的交换无疑是十分重要而必需的。一个用于这个统一体内过程研究的模型——土壤—植被—大气统一体模型,就是适应这种需要而提出的。以下简称这个模型为SPAC(Soil-Plant-Almosphere Continuum的简称)模型。      

托卡马克中冷等离子体层对MHD不稳定性影响的数值分析

本文克服了自由边界模型和固定边界模型的局限性,提出了一种经过改善的物理模型,建立了相应的线性扰动方程,研究了冷等离子体层对不稳定性的影响,并且作了解析和数值计算。所得到的结果能够解释磁流体不稳定性实验研究的一些重要结果。     

浮力-热毛细对流表面位型研究

将栅线结构光源系统与图像处理技术相结合,形成一种实时诊断浮力-热毛细对流表面形貌的光学测量系统.研究两端带有温差的矩形池内薄层流体的表面变形.应用图像互相关方法对实验结果进行计算和分析,得到了流体表面变形定量的实验结果.实验结果表明了在浮力-热毛细对流的发展过程中,出现流体表面变形,温度梯度、表面张力、浮力、液固亲润问题、以及壁面温度决定了该表面变形大小和变形方向.     

基于多孔介质理论的混凝土徐变力学行为的有限元分析

水分是影响混凝土徐变的最重要因素之一,但通常为了计算的简便往往忽略了水分的影响,造成计算结果有很大的误差.文章根据混合物理论结合罚参数法、Galerkin加权残值法以及徐变应力分析的隐式解法,推导得到了混凝土徐变两相多孔介质模型.建立了有限元计算模型,给出了求解算法并编制了有限元程序.计算和试验比较分析表明,该理论和计算方法得到的结果遵循徐变相关性质,说明了该理论和计算模型的合理性.最后,指出了模型中存在的不足以及进一步的研究方向.     

2021-08期封面

铝粉反应模型是对悬浮铝粉尘气-固两相爆轰进行数值模拟研究的关键。通过考虑铝粉燃烧产物氧化铝（Al₂O₃）在高温下的分解吸热反应,改进了铝粉的扩散燃烧模型。将该模型嵌入到三维的气-固两相爆轰数值计算程序中,分别对铝粉/空气混合物以及铝粉/氧气混合物的爆轰进行了数值模拟,计算得到的稳定爆轰波速度与实验结果、文献值均吻合较好,误差小于5.5%,表明改进的铝粉反应模型适用于不同氧化气体氛围中铝粉尘爆轰的模拟计算。此外,对两相爆轰参数及爆轰流场的物理量分布进行分析,获得了铝粉反应模型对爆轰波结构的影响规律。     

探地雷达测定地基土含水量的实验研究

利用室内模型槽,采用探地雷达开展了测定地基土含水量的室内实验研究。通过对探地雷达反射波法测定的介电常数和烘干法测定的含水量之间的曲线拟合,提出了实验用粉土的含水量与介电常数之间的经验公式。与实测含水量的对比分析表明,Topp公式在一定含水量范围内有良好的适用性,而本文提出的经验公式较Topp公式具有更宽的含水量适用范围和更高的预测精度;针对不同类型土建立相应的含水量和介电常数之间的经验公式是必要的,将有助于提高探地雷达测定地基土含水量的精度。     

新型橡胶隔振器参数辨识及动力学特性研究

采用粘弹性-超弹性-弹塑性材料本构模型,对一种新型的橡胶隔振器进行了动态特性研究,并与已有实验结果进行了对比。根据所得到的恢复力-位移迟滞回线,研究了频率、动态位移幅值对橡胶隔振器的动刚度的影响。在此基础上,给出了这种新型橡胶隔振器的非线性恢复力模型并进行了参数辨识。根据所得恢复力模型对隔振器系统进行了动力性能研究,发现此橡胶隔振器在低频时隔振作用很小,但在高频时隔振效果明显且随频率增加力传递率逐渐减小,隔振效果最大可达到96%。该隔振器的建模和参数辨识方法为这类隔振器的优化设计和工程应用提供了理论依据和分析方法。     

浮式垂直轴风机的动力学建模、仿真与实验研究

考虑气动力和水动力的耦合研究浮式垂直轴风机系统的运动响应,将固定式垂直轴风机的气动载荷计算方法进一步推广到海上浮式垂直轴风机的气动载荷计算.考虑阻尼力、波浪力、风载荷、系泊力等,建立了浮式垂直轴风机系统的纵荡-垂荡-纵摇运动方程.考虑动态失速和浮式基础运动,基于双致动盘多流管理论,推导了风机叶片气动载荷计算公式,编制了数值计算程序.以Sandia 17 m风机为例,验证了气动载荷计算程序的正确性.最后进行了模型实验,其中模型的风机为Φ型达里厄垂直轴风机,支撑基础为桁架式Spar型浮式基础,将模型实验结果与数值计算结果进行了对比,验证了耦合计算程序.结果表明,数值计算得到的风机系统的垂荡、纵摇运动的RAO(幅值响应算子)曲线与模型实验结果吻合较好,验证了耦合程序的正确性.然而,由于数值计算与模型实验在运动自由度、阻尼、风载荷等方面存在差别,数值计算结果与模型实验结果仍有一定的差异.     

转子系统阻尼固有频率的传递矩阵—多项式计算法

本文提出了转子——支承系统阻尼固有频率的一种计算方法,即采用Riccati分块矩阵递推,直接得到系统的特征多项式L(S)=0,然后用Bairstow-Newton法迭代解出全部特征根。和传统的传递矩阵法比,该法计算速度快,占用内存少,避免了数值不稳定和丢根,且可依次求得系统的全部解。文中对一模型转子和国产20万千瓦汽轮机转子系统做了计算,计算结果与实测值较好地接近。这个方法将有助于诸如汽轮发电机组这样的高速大型旋转机械的合理设计和可靠运行。     

基于等温吸附的页岩水分传输特征研究

研究页岩的水分传输特征至关重要,不仅有助于认识页岩的物理化学性质,而且也有助于评价页岩气的吸附扩散和流动能力.本文设计了页岩的水分传输实验装置,采用美国伍德福德和中国南方龙马溪组页岩为研究对象,开展了不同温度、不同湿度下页岩的水分传输实验,研究了页岩的水分传输特征和影响因素.结果表明,页岩的水分吸附属于Ⅱ型曲线,包含着单分子层吸附、多分子层吸附和毛细凝聚的过程,GAB模型可用于描述页岩的水分吸附过程;水分吸附随着相对压力的增大而增强,有机碳含量和温度对页岩水分吸附起着增强作用,而方解石会抑制页岩的水分吸附;随着相对压力的增大,页岩的水分扩散系数呈现先增大后减小随后增加的趋势,其系数大约在8.73×10~(-9)～5.95×10~(-8)m~2/s之间;伍德福德页岩的等量吸附热均大于龙马溪页岩的等量吸附热,这与其页岩的成熟度有关.研究结果为认识页岩的物理化学性质和力学性能以及评价页岩气的吸附流动能力提供参考依据.     

基于等温吸附的页岩水分传输特征研究

研究页岩的水分传输特征至关重要,不仅有助于认识页岩的物理化学性质,而且也有助于评价页岩气的吸附扩散和流动能力.本文设计了页岩的水分传输实验装置,采用美国伍德福德和中国南方龙马溪组页岩为研究对象,开展了不同温度、不同湿度下页岩的水分传输实验,研究了页岩的水分传输特征和影响因素.结果表明,页岩的水分吸附属于II型曲线,包含着单分子层吸附、多分子层吸附和毛细凝聚的过程,GAB模型可用于描述页岩的水分吸附过程;水分吸附随着相对压力的增大而增强,有机碳含量和温度对页岩水分吸附起着增强作用,而方解石会抑制页岩的水分吸附;随着相对压力的增大,页岩的水分扩散系数呈现先增大后减小随后增加的趋势,其系数大约在8.73$\times$10$^{ - 9}\sim $5.95$\times $10$^{ - 8 }$m$^{2}$/s之间;伍德福德页岩的等量吸附热均大于龙马溪页岩的等量吸附热,这与其页岩的成熟度有关.研究结果为认识页岩的物理化学性质和力学性能以及评价页岩气的吸附流动能力提供参考依据.      

血管输入阻抗的拟合方法与初值选取

研究了模拟动脉系统的集中参数模型的数据拟合问题,分析了用修正的Noordeergraaf五单元模型计算血管输入阻抗的有关问题,对参数拟合问题中被广泛运用的Newton迭代法与正交试验法作了评述,就其中至关重要的初值选取问题建议了一些简单实用的方法,讨论了参数选取的范围与参考值,并将数值计算结果与实测结果作了比较,所建议方法的有效性得到了证实。     

机器—基础柔性隔振系统的功率流试验研究

在对楼层安装机器柔性耦合动力系统功率流理论研究的基础上，本文进一步从实验观点研究了机器—基础柔性隔振系统的功率流传递谱。建立了柔性隔振系统实验模型和功率流测试分析系统，从能量观点对机器—隔振器—弹性基础耦合系统的振动传递机理进行了实验研究。通过对称和非对称系统的功率流对比实验，揭示了功率流传递谱的非对称效应，验证了理论分析的正确性。     

球形容器内甲烷-空气爆炸特性分析与理论计算

为研究甲烷-空气混合物在密闭球形容器内的爆炸特性,首先利用化学平衡计算软件确定合适的燃烧产物与化学平衡温度,估算甲烷-空气混合物的最大爆炸压力。然后基于火焰增长模型,用MATLAB编辑循环语句程序,计算了甲烷-空气混合气体爆炸的压力时程曲线,通过与实验数据对比,验证了化学平衡软件计算方法与火焰增长模型的可行性,并分析了误差的产生原因。进而利用火焰增长模型推出的经验公式计算爆燃指数,发现在当量比附近与实验结果拟合程度较好。