非金属固体材料在微重力环境中的着火及燃烧特性研究

微重力条件下固体材料的着火和火焰传播特性研究对于发展燃烧理论、保障航天器防火安全具有重要意义.由于地面设施微重力时间长度的限制,已有对微重力下材料燃烧过程的实验研究主要集中在热薄材料,而关于热厚材料的实验结果十分有限.作为实践十号(SJ-10)卫星科学实验项目之一,非金属材料燃烧实验将利用长时间微重力条件开展低速流动中典型热厚材料着火和火焰传播过程研究.简要介绍非金属材料燃烧项目的研究目标、空间实验内容、有效载荷技术特点和地面实验验证情况.     

《微重力流体力学》简介

微重力流体科学是流体力学与空间材料、空间生物技术、燃烧交叉的新兴学科．研究微重力环境中流体的流动、迁移,热、质输运和相变等基本规律,还有物理化学问题和低温问题,这是微重力科学的基础和核心近三十年来,随着空间技术的进步,空间科学迅速发展．空间飞行器在轨道自由飞行时,其间的微重力水平仅为地面的１０~－３～１０~－６量级,在地面重力作用下常见的浮力对流、静压不均匀和沉降等现象都极大地减弱．因此,有可能利用微重力条件得到在地面条件下难于得到的高质量生物制品和新材料．但是,在微重力环境中,许多在地面上的次级…     

微重力气液两相流动与池沸腾传热

综述了近年来中国科学院微重力重点实验室(国家微重力实验室)完成的一系列微重力气液两相流动与池沸腾传热方面的地基实验、飞行实验和理论研究等方面获得的主要成果.在微重力气液两相流动方面,提出了半理论Weber数模型用于预测微重力条件下气液两相弹-环状流转换,并采用Monte Carlo方法,针对气泡初始尺寸对泡-弹状流转换的影响进行数值研究.通过俄罗斯"和平号"空间站与IL-76失重飞机实验,获得了微重力下的气液两相流型图,与此同时在地面利用小尺度毛细管模型模拟了微重力气液两相流动特征.实验测量了微重力气液两相流压降,并基于微重力流动特性建立了一个泡状流压降关联模型.在微重力池沸腾传热方面,利用我国返回式卫星完成了两次空间实验,其中,第22颗返回式卫星搭载铂丝表面R113池沸腾实验采用控制温度的稳态加热方式,而实践8号育种卫星搭载平面FC-72池沸腾实验则采用控制加热电压的准稳态加热方式.同时,还进行了地面常重力和落塔短时微重力条件下的对比实验研究.观察到丝状加热表面微重力时轻微的传热强化现象,而平板加热表面微重力核态池沸腾低热流时传热强化、高热流时传热恶化.微重力实验中观察到气泡脱落前存在横向运动现象,据此分析了气泡行为与传热之间关系,并提出了一个预测丝状加热表面气泡脱落直径的半理论模型.旨在对相关领域的进一步发展和空间两相流系统的应用提供数据及理论支持.     

微重力池沸腾过程中的气泡热动力学特征研究

微重力池沸腾过程中的气泡热动力学特征研究项目是实践十号返回式卫星科学实验任务之一,主要关注微重力池沸腾过程中孤立生长气泡周围局部流动与传热机理.目前,实验装置SOBER-SJ10正样产品已完成研制和地面测试,并开展了一系列地面对比实验.地面实验结果表明设备工作正常,性能指标达到设计要求.地面实验结果表明过冷度对起始沸腾过热度影响甚微.空间飞行实验将于近期进行,其结果将加深对沸腾传热机理的认识.     

德国Bremen落塔

<正> 建立在德国不莱梅(Bremen)应用空间技术和微重力中心(简称 ZARM 研究所)的落塔(drop tower)不仅是欧洲唯一的、也是目前国际上最大的地面微重力研究实验装置之一.自1990年9月正式投入运行以来,它巳完成了许多重要的研究计划,取得了一系列成果,对空间科学研究和发展作出了贡献,已成为世界瞩目的微重力研究中心和基地.     

热毛细对流表面波空间实验研究

介绍了实践十号返回式科学实验卫星19项科学项目载荷之一:热毛细对流箱表面波空间实验研究,包括项目研究目标、意义、研究内容、空间实验模型及地面匹配实验结果等.阐述了本项目开展空间实验研究的必要性,用科学的地面实验研究数据预测和对比微重力条件下可能获得的研究结果,展望本项目可能取得的成果.     

微重力流体物理专题序

微重力流体物理主要研究微重力环境中流体的行为及运动规律以及重力变化对运动规律的影响. 微重力环境中, 浮力对流、重力沉降及分层、液体静压等极大地减小, 地面重力效应掩盖的次级效应凸显, 从而影响或改变流体运动机制与行为. 微重力流体物理研究关注微重力环境(包括低重力环境)中液体、气体或多相混合物以及分散体系等物质的流动...     

搭载实践十号卫星的蒸发液滴空间实验研究

实践十号蒸发对流实验以微重力环境中的蒸发相变流体界面过程为主要研究内容,利用空间微重力条件下浮力对流消失和热毛细对流起主导作用的特殊环境,实验研究置于加热底板的蒸发液滴相变过程中表面蒸发与表面张力驱动对流的耦合机理.利用研制的空间蒸发对流装置完成了在轨工况的科学匹配实验,得到了不同工况(温度、液滴大小、加热底板材料)下蒸发液滴形貌和热流量、蒸发速率等变化规律.为后续空间实验结果的比对分析提供了前期结果.     

微重力下造血与神经干细胞三维培养与组织构建研究

正干细胞是一类具有自我复制和分化能力的多潜能细胞,具有再生各种组织器官的潜在功能。了解微重力作用对人体内的干细胞的作用,为地面干细胞的应用以及人类在宇宙中长期生存都将提供重要的科学依据。利用太空微重力条件下,研究神经干细胞和造血干细胞在微重力条件下长期增殖和分化,期望发现地面实验中难于发现的调控造血与神经细     

中国科学院力学研究所2004年科研工作总结与思考

2004年,力学所以国家科技中长期规划和中国科学院中长期科技发展规划的制定为牵引,以筹划进入中科院院“三期”创新、争取承担“十一五”国家和中科院重大科研项目为动力,持续、多层面地进行了研究所发展规划的论证．在此基础上提出了发展蓝图,即6个主要的学科方向(微重力科学和空间技术、高温气体动力学与跨大气层飞行、微尺度力学与微系统、工艺力学与材料设计、海洋与环境工程、生物力学与生物工程),4个科研平台(微重力科学平台、高超声速飞行技术平台、微／跨尺度力学平台、海洋工程研究平台)．包含的基本科学问题是复杂介质和极端条件下的力学行为．     

西安地铁二号线沿线地裂缝未来位错量估算及工程分级

地裂缝在地铁设计使用期内的最大垂直位错量是西安地铁二号线穿越地裂缝结构设计的一个十分重要的参数。本文以历史水准监测资料为基础,分析了西安地铁二号线沿线各地裂缝在不同历史阶段的活动特征与活动原因,对各地裂缝的未来活动趋势进行了预测。然后通过基于不同时间段地裂缝活动速率的最大垂直位错量估算结果的对比分析,得出了地铁设计使用期内各条地裂缝与地铁交汇点处地裂缝的最大垂直位错量,并以此为依据,将西安地铁二号线沿线地裂缝分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ级等4个工程级别。     

地铁抗震设防水准的研究及北京地铁工程典型地段地震小区划

地铁作为人口密集且遭受地震破坏后难以修复的重要生命线工程,如何确保其地震安全具有越来越重要的意义。本文将以北京具有典型意义的地铁线路———北京地铁五号线作为研究目标,在对沿线地震、地质条件分析的基础上,通过分析研究在不同场地条件、不同风险水平和不同深度条件下的地震动参数和反应谱变化规律,确定了地铁工程的抗震设防概率风险水平为50 a超越概率63%、10%、2%,设计地震动参数取地表计算值。并通过北京地铁五号线工程地震小区划及分区反应谱特征研究,确定北京地铁五号线工程的抗震设防要求。     

中国东部沿海地带及邻区的环境工程地质与可持续发展研究

沿海地带是海陆交接的边缘地带, 是-个多功能的自然综合体, 蕴藏着丰富的自然资源, 开发潜力很大。但沿海地带自然环境复杂多变, 生态环境极为脆弱, 而沿海地带的开发利用又涉及许多部门和学科, 在开发过程中已引起若干环境工程地质问题, 因此, 加强沿海地带资源开发的环境工程地质研究有极为重要的意义。本文分析了我国沿海地带资源开发过程中引起的主要环境工程地质问题, 采用BP神经网络模型对沿海地带及其邻区的工程地质环境质量进行了评价与区划。在此基础上, 对中国沿海地带可持续发展方略进行了探讨。     

损伤引起的反向应变率效应及其对本构关系和热粘塑性失稳的影响

对于材料在高应变率下的应变率无关和应变率负敏感现象,本文根据铸镁合金的宏观与微观相结合的试验结果,提出了一个基于损伤弱化的反向应变率效应机制,并建议了一个计及这一反向效应的热粘塑性本构方程。由此可以解释材料的表观应变率强化、表观应变率无关和表观应变率弱化三类基本情况。相应地,随损伤引起的反向应变率效应的增强,热粘塑性失稳也有三种基本情况:或在更高应变率或更大应变下发生绝热剪切,或由临界准则转化为临界应变准则,以及或在高应变率下不会发生绝热剪切。     

基于多节点微桁架元的薄板锚固区拉压杆模型

目前混凝土桥梁结构D区多依据应力迹线的走向以及应力积分来确定拉压杆模型的基本构形, 模型中杆件 的布置存在一定的困难和随意性.针对此问题, 以后张薄板锚固区为研究对象, 提出一种多尺度分区渐进结构优化算法.首先, 通过一种新的多节点微桁架元构建相应的等效基结构.然后利用此算法对不同偏心锚固力作用下的等效基结构进行分析, 以自动生成锚固区拉压杆模型.最后, 将该拉压杆模型与美国AASHTO桥梁设计规范中推荐的模型进行了对比.研究结果表明:该算法能够定量化确认拉压杆模型中杆件的位置, 特别是拉杆位置与数值分析得到的受拉区合力作用线能较好吻合.     

《力学学报》的产出及学术影响力分析

在钱学森先生领导下,于1957年创刊的《力学学报》作为力学学科历史最悠久的综合性期刊,她见证了20世纪50年代以来中国力学学科的发展轨迹,也见证了中国几代力学人才的成长和发展.本文采用文献计量指标,对《力学学报》从创刊至2018年的产出及学科影响力情况进行分析,用数据说明她对推动我国力学学科的发展、学术成果交流所做出的贡献.本文首先梳理了《力学学报》历年载文量、发文机构、发文作者等情况;然后分析了该刊在力学类期刊中的排名位置;最后,对载文内容特点进行分析,包括主要学科分布及近年刊文的研究热点.      

青藏铁路多年冻土区沼泽化斜坡路基稳定性分析

青藏铁路多年冻土斜坡段路基稳定性对铁路长期运营具有潜在的威胁,分析评价当前和未来斜坡路基稳定性可指导路基工程的正确设计和施工,从而保证铁路的安全运营。多年冻土地温变化使斜坡路基稳定性分析不同于普通土路基,其冻融交界面位置是制约斜坡路基稳定性的关键所在。通过对安多试验段3a来的地温监测,分析路基地温变化规律,并预测了未来50a内试验段地温的变化趋势,建立了当前和未来条件下的斜坡路基稳定性模型,计算分析了斜坡路基的稳定性。通过上述研究,取得以下认识和结论:(1)铁路路堤的填筑,引起多年冻土温度场重分布;由于坡向不对称和几何不对称,使得地温场存在不对称;(2)依据冻融界面位置和活动层的地温特征将冻土路基划分为4个不同时期,即冬季严寒期(1~2月)、春夏融化活动期(3~8月)、最大融深期(9~10月)及回冻活动期(11~12月);通过计算对比分析,每年最大融深期的稳定性系数最小;(3)数值分析的预测结果表明,20a以后,安多段试验段路基的多年冻土完全退化,在所预测的第10年最大融深期稳定性系数最小。     

PARTICLE PROPERTIES—PROMISE AND NEGLECT

We see two major trends in Particle Technology. First, the focus is shifted from unit operations towards functional products, i.e. towards product engineering. Second, modeling will become more and more important. Processes cannot yet be designed from basic molecular understanding. Nanotechnology, however, begins to bridge this gap between molecules and particles and may thus open new ways not only for the production and handling of particulate matter but also for the engineered design of advanced material properties. Starting from the concept of product engineering we investigate the basic preconditions for tailoring nanoparticulate properties, i.e. the control of the particle interactions. Nanotechnology can only be transferred to industrial production if the interactions are effectively controlled. Material and particle properties are essential for predictive models. Although strong tools like MD, DEM or population balance models are available, these models are only predictive if realistic material and particle properties are available which is often not the case. We show for selected examples how particle properties can be obtained by studying the physically relevant elementary processes. The impact breakage behavior of many different materials is described by a master curve. Particle adhesion can be modeled if the roughness of particle and substrate and the Hamaker constant are known. The latter is obtained from adsorption studies.     

位势流动和非均匀介质中声波方程的36种形式

声波方程是对大多数声学问题进行数学描述的出发点. 那些得到 广泛应用的经典波动方程及对流波动方程都存在苛刻的适用条件, 即仅适用于描述处于静态或匀速运动状态的定常 均匀介质中的线性无耗散声波. 然而, 很多实际场合并不满足这些严格的适用条件. 本文对经典声波方程和对流声波 方程进行推广, 导出了编号为W1$\sim$W36的36种不同形式的声波方程, 涵盖了处于静止、势流或旋涡流状态下的非均匀 和/或非定常介质中的声波传播问题. 所考虑的声波传播情形包括: (1) 线性波, 即具有小梯度(小振幅)性质; (2)非线性波, 即具有陡峭梯度性质, 包括``波纹'(小振幅大梯度)或者大振幅波. 本文仅考虑非耗散声波, 即排除了由剪切、体积黏度及热传导所引起的耗散. 对具有匀熵或等熵(熵沿流线守恒)性质的均匀介质和非均匀介质中的声传播进行了研究但非等熵(即耗散)情况除外; 另外, 对非定常介质中的 声波问题也进行了分析. 所涉及的介质可以处于静止、匀速运动状态, 或者是非匀速的和/或非定常的平均流动, 包括: (1)低Mach数的势平均流(即不可压缩的平均态), 或高速势平均流(即非均匀可压缩的平均流); ② 变截面管 道中的准一维传播, 包括无平均流的号管和具有低或高Mach数平均流的喷管; 或③平面的、空间的、或轴对称的单 向剪切平均流. 本文没有探讨其他类型的旋涡平均流(将与耗散及其他情形一起留待下一步研究), 例如, 可能与剪切效应相结合的轴对称旋转平均流. 通过对流体力学的一般方程进行消元处理或根据声学变分原理, 导出了36种波动方程, 对一些波动方程还采用这两种方法进行相互校验. 尽管声波方程的36种形式没有涵盖非线性、非均匀与非定常及非匀速运动介质 这3个效应的所有可能的组合情形, 但它们的确包括了孤立状态下的各种效应, 并包括了多种多重效应组合的 情形. 虽然经典波动方程和对流波动方程仅适用于处于静止(或匀速运动)的均匀定常介质中的线性无耗散声波, 但它们在 相关文献中已被广泛采用; 本文给出的36种声波方程提供了它们多种有用的推广形式. 在许多实际应用中, 经典波动方 程和对流波动方程仅是粗略的近似, 声波方程的更一般形式可提供更令人满意的理论模型. 本文每节末尾给出了这些应用 的众多范例. 在这篇评论文章中引用了240篇参考文献.     

基于修正的Clough-Penzien地震动模型时MTMD的动力特性

研究了由许多刚度和阻尼保持常量而频率呈线性分布的TMD形成的MTMD的地震特性，基于虚拟激励法和本文提出的平稳过滤有色噪声地震动模型（修正的Clough-Penzien地震动模型），建立了结构－MTMD系统的传递函数，进而导出了设置MTMD时结构的动力放大系数（DMF）明确表达式。MTMD的优化准则可选为最大动力放大系数的最小值的最小化（Min.Min.Max.DMF)。通过最优搜寻可得MTMD的最优频率间隔、平均阻尼比、调谐频率比和相应的无量纲控制有效性指标。考虑结构受控频率与场地土卓越频率比的不同取值和不同场地类型，研究了场地土卓越频率和场地类型对MTMD最优参数及有效性的影响。而且，为比较，基于Clogh-Penzien地震动模型和不考虑地震动模型的结果也被考虑。