热水喷泉的理论与实验研究

通过实验研究莫尔吸量管吸入部分热水的热水喷泉现象,并自行设计实验装置避免人手扳动时抖动莫尔吸量管,从而形成连续水柱.根据范德瓦耳斯方程结合伯努利方程对喷泉喷射高度进行了理论推导和数值计算,通过多项式拟合方法来解决喷泉传热温度不易测量的问题,再探究多种实验参数对喷射高度的影响.根据实验结果:喷射高度与温度成正比;吸水量约为莫尔吸量管的30%~45%,喷嘴的直径越小,热水喷泉的喷射高度越高.     

热水喷泉现象的理论研究

研究了莫尔吸量管中吸入部分热水产生的喷泉现象,应用伯努力方程得到最大喷射高度的表达式,讨论了吸水高度、平衡温度及喷嘴孔径对最大喷射高度的影响.通过多项式拟合求得平衡温度与吸水高度的关系式,解决了平衡温度不易测量的难题.     

莫尔吸量管热水喷泉现象的研究

建立了薄壁大孔口流线型管嘴出流模型,并推导了莫尔吸量管中吸入部分热水后产生喷泉的最大喷射高度表达式.讨论了吸水体积、热水温度和吸量管直径对最大喷射高度的影响,并分析了影响最大喷射高度的因素.实验结果表明:热水温度愈高,吸量管直径愈大,喷泉高度愈大.在影响莫尔吸量管喷泉高度的因素中:流体流动状态对其影响最大,流体在管中与壁面发生碰撞对其的影响程度次之,其次是流体传热对喷射高度的影响,流体本身物性、空气阻力对喷射高度的影响最弱.     

移液管热喷泉物理过程的研究

装有热水的移液管倒置且尖端朝上时会喷出热水形成喷泉,这是大学物理热学中直观展示气体受热膨胀的一个很好的实验.我们建立了一个傅立叶传热与等压膨胀相结合的模型分析其物理过程,并利用COMSOL软件搭建模型验证.实验上搭建一个半机械化的实验装置,对热喷泉的动态过程进行拍摄,得出了热喷泉高度与热水温度呈线性关系,实验结果与理论模型相符.     

希罗喷泉动力学分析

本文构建了一个希罗喷泉系统,利用修正后的非定常伯努利方程及连续性方程,在层流与非定常的基本假设下,解出其动力学方程;使用Mathematica软件并结合实验参数进行数值求解,推导了喷射高度随时间的理论变化关系,并探讨了喷射瓶的相对放置高度、横截面积、喷射管道直径以及喷口高度等参量对喷泉高度的影响.同时运用Tracker软件追踪喷泉高度,建立了空气弹簧的模型,完成了理论与实验的相互验证.     

缺陷形状对铝材料微喷射的影响

通过二维弹塑性流体力学欧拉程序MEPH,对包含不同形状不同角度缺陷铝材料的微射流现象进行数值模拟,并对其最大喷射速度以及喷射系数进行数值统计,得到不同形状、不同角度缺陷最大喷射速度及喷射系数的变化规律.并将计算结果与实验结果进行比较,基本吻合,能够反映试验规律.     

金属表面几何缺陷微细结构对微喷射特性的影响

基于光滑粒子流体动力学方法, 分别采用实测样品几何缺陷模型和简化V形沟槽模型对铅的微喷射过程进行了模拟. 重点分析了金属表面几何缺陷微细结构对微喷射特性的影响, 并将数值计算结果与相应的实验测量值进行对比. 结果表明, 基于实测样品几何缺陷模型计算的最快喷射速度和累积喷射量与实验测量结果符合得很好. 进一步研究发现, 在实测样品几何缺陷诱导的微喷射过程中存在“二次汇聚喷射”现象, 与单次喷射相比, 该过程会诱导产生更高的喷射速度并显著影响微喷物的空间密度分布. 这说明除了受扰动波长、深度影响外,表面几何缺陷微细结构也是影响金属微喷射过程的重要因素.     

MgO和Cu的弹性常数随温度及压强变化关系的研究

从Anderson-Grüneisen参数定义式和热膨胀系数定义式出发,根据Tallon的普遍化理论,推导出了一个用于计算弹性常数的理论模型,用所得到的理论模型分别计算了MgO和Cu两种固体材料的弹性常数 、 和 随压强以及温度变化的理论数值,并将理论计算结果与Kumar模型计算结果以及相关实验数据进行了比较,对所得到的理论模型计算结果与Kumar模型计算结果之间的差异性进行了分析和探讨。研究结果表明：所推导的理论模型计算结果与实验数据更加符合,并且由于所用的推导方法不依赖于晶体的结构,因此该模型具有更好的合理性和普适性。     

MgO和Cu的弹性常数随温度及压强变化关系的研究

从Anderson-Grüneisen参数定义式和热膨胀系数定义式出发，根据Tallon的普遍化理论,推导出了一个用于计算弹性常数的理论模型,用所得到的理论模型分别计算了MgO和Cu两种固体材料的弹性常数 、 和 随压强以及温度变化的理论数值，并将理论计算结果与Kumar模型计算结果以及相关实验数据进行了比较，对所得到的理论模型计算结果与Kumar模型计算结果之间的差异性进行了分析和探讨。研究结果表明：所推导的理论模型计算结果与实验数据更加符合，并且由于所用的推导方法不依赖于晶体的结构,因此该模型具有更好的合理性和普适性。     

折射率色散效应对晶体硅太阳电池反射率的影响

为了分析色散效应对晶体硅太阳电池反射率的影响，在考虑材料折射率色散效应的情况下，运用光学干涉矩阵计算了具有SiO2单层减反射膜和MgF2/ZnS双层减反射膜晶体硅太阳电池的反射率与波长的函数关系，并与实验结果和未考虑色散效应的计算结果进行了对比分析.结果表明：考虑折射率色散效应的计算结果与实验测量数据完全相符，而未考虑折射率色散效应的计算结果与实验测量数据相差较大，最大差值分别为21.5％和16.9％.     

利用液体夹心法测量LiF单晶高压热导率简

提出了液体夹心法热导率测量技术,采用CHBr3液体作为夹心材料实现了样品/窗口界面的理想接触,并将动载荷作用下的夹心法高压热导率实验测量压力下限拓展至40GPa,为绝缘介电晶体高温高压热导率测量提供了技术支持.实验利用平面碰撞和DPS测试技术,结合液体夹心法实测了LiF单晶高压热导率数据,对现有热导率理论模型进行了研究和探讨,结果显示,在γ/γ0=(ρ0/ρ)2时,修正后的Roufosse理论公式与实验数据符合较好,这一研究结果为非透明材料冲击波温度测量中的热传导修正提供了实验数据和理论模型.     

MgO和Cu的弹性常数随温度及压强变化关系的研究

从Anderson-Grüneisen参数定义式和热膨胀系数定义式出发,根据Tallon的普遍化理论,推导出了一个用于计算弹性常数的理论模型,用所得到的理论模型分别计算了MgO和Cu两种固体材料的弹性常数C_(11)、C_(12)和C_(44)随压强以及温度变化的理论数值,并将理论计算结果与Kumar模型计算结果以及相关实验数据进行了比较,对所得到的理论模型计算结果与Kumar模型计算结果之间的差异性进行了分析和探讨.研究结果表明:所推导的理论模型计算结果与实验数据更加符合,并且由于所用的推导方法不依赖于晶体的结构,因此该模型具有更好的合理性和普适性.     

中子与9Be和6,7Li反应的次级中子发射谱实验研究

测量了8.17MeV与10.27MeV中子与⁹Be和^6,7Li作用的次级中子双微分截面. 对于10.27MeV, 为了消除从D(d,np)破裂反应来的源破裂中子对双微分截面测量结果的影响, 采用了常规多探测器快中子飞行时间谱仪和非常规多探测器快中子飞行时间谱仪相结合的办法. 用Monte-Carlo方法对实验测量得到的飞行时间谱进行了详细的模拟, 通过测量谱与模拟谱的比较, 得到了实验测量的次级中子双微分截面. 实验测量结果以n-p(常规谱仪)和n-C(非常规谱仪)弹性散射微分截面作为归一. 测量结果与评价数据以及其他测量数据进行了比较. 用一个基于Hauser-Feshbach和激子模型的轻核核反应理论模型对^6,7Li的次级中子双微分截面进行了计算, 理论计算结果与实验结果符合得较好.     

L-R两步欧拉方法在铝材料微喷射中的应用

应用三维弹塑性流体力学Lagrangian-Remapping两步欧拉计算方法对铝材料微喷射现象进行了数值模拟研究。计算了Asay实验中表面刻有相同深度、不同夹角沟槽的金属铝微喷射模型,计算得到的微喷物总质量、最大射流速度和实验结果均符合较好。进一步展开了对相同深度、更大夹角范围沟槽微喷射的数值模拟。分析认为喷射最大速度随沟槽角度的增大呈线性下降趋势。同时给出了喷射系数随沟槽角度的变化的拟合关系曲线,看到由于材料强度及沟槽角度变化后造成的波系关系变化的影响,随着沟槽角度增加,喷射系数曲线呈明显非线性发展。     

基于声光折射的聚焦超声焦点声压检测

提出了一种基于声光折射对聚焦超声焦点声压进行非侵入式检测的方法。当一束直径小于声波长的平行光束入射穿过聚焦超声的焦点时,通过研究焦点声压与光线偏转的具体关系,建立了光线最大偏转距离与焦点声压变化的关系模型,从而计算出焦点峰值声压。为了对理论模型进行验证,采用凹球面型聚焦换能器进行实验研究。通过与采用光纤水听器测量的结果进行对比,证明理论模型的可行性。结果表明实验得到的光斑图像与理论分析的结果一致,且用该方法测得的焦点峰值声压与光纤水听器测量的结果相比,相对误差小于15%,证明该方法具有可行性,能够定量检测焦点峰值声压。模型的提出也为将声光折射效应用于整个聚焦声场的定量检测提供了实验依据和理论依据。     

利用液体夹心法测量LiF单晶高压热导率

提出了液体夹心法热导率测量技术, 采用CHBr3液体作为夹心材料实现了样品/窗口界面的理想接触, 并将动载荷作用下的夹心法高压热导率实验测量压力下限拓展至40 GPa, 为绝缘介电晶体高温高压热导率测量提供了技术支持. 实验利用平面碰撞和DPS测试技术, 结合液体夹心法实测了LiF单晶高压热导率数据, 对现有热导率理论模型进行了研究和探讨, 结果显示, 在γ/γ0=(ρ0/ρ)2时, 修正后的Roufosse理论公式与实验数据符合较好, 这一研究结果为非透明材料冲击波温度测量中的热传导修正提供了实验数据和理论模型。     

散砂及表层海洋(砂质)沉积物中的声速

根据作者的颗粒介质中的声传播理论,应用熄灭定理,给出了颗粒介质中的声速公式.对表层海洋(砂质)沉积物及气砂中的声速作了数值计算,结果表明,在大气压力下,气砂中的声速比空气中的声速小.而在表层海洋沉积物中,散射相互作用的影响不可忽视,粘滞波相互作用对声速的影响不大.刚性粒子理论结果与发表的实验数据比较符合,弹性粒子理论模型应该说是符合实际的,但给出的结果反而比实验数据小,这表明更多的实验测量是需要的.还比对分析了已发表的实验数据,结果表明,颗粒介质理论是更适宜于研究气砂中的声传播问题.     

双向自动扫描探针法测定电感耦合等离子体的有效电子温度

根据双探针法(DPM)理论模型,用自行设计的双向自动线性电压扫描器测定了Ar-ICP在不同工作条件下的电子温度Te,包括不同高度(负载线圈以上)9～16.5mm、等离子气流速12—20 l/min和不同功率1—1.5kW。电子温度随高度和流速的增加而下降;随功率的增加而升高。并且对通水情况下的测定做了探讨。实验结果与理论模型之间的相关系数是0.892～0.998,方法的标准偏差是1.33%。对所测得的扫描曲线、实验现象和影响实验结果的因素作了分析。     

态选择电荷交换实验测量以及对天体物理软X射线发射模型的检验

在高温天体等离子体环境中,低能高电荷态离子与中性原子和分子之间的电荷交换是天体物理环境中软X射线发射的重要机制之一.电荷交换软X射线发射相关的天体物理建模需要大量的主量子数n和角量子数l分辨的态选择俘获截面数据,目前这类数据主要来自于经典或者半经典的原子碰撞理论模型.本文利用反应显微成像谱仪,系统测量了炮弹能量为1.6—20.0 keV/u Ne~(8+)与He的单电子俘获n分辨的态选择俘获截面.将测得的相对态选择截面与多通道Landau-Zener方法以及分子库仑过垒模型计算的结果进行比较,发现理论模型计算结果与实验测量结果在弱反应通道上存在显著差异.进一步结合天体物理中常用的l分布模型,计算了1.6和2.4 keV/u Ne~(8+)与He之间电荷交换中的软X射线发射谱,通过与近期实验测量的X射线谱比较,发现计算的软X射线谱强度明显偏离已有的测量值.这些研究表明,多通道Landau-Zener方法、分子库仑过垒模型以及l分布模型在定量描述电荷交换态选择截面时存在一定的不足,如果将这些理论模型应用于天体物理的X射线背景研究中,可能导致对天体等离子体参数的描述不够准确.     

修正反射系数的Kirchhoff近似方法计算高斯起伏冰面三维声散射

针对随机起伏冰面的声散射计算问题,利用修正反射系数的Kirchhoff近似方法计算了高斯起伏冰面的三维声散射。在计算模型中引入了冰面局部统计平均反射系数的概念,将二维高斯起伏冰面的散射分为相干散射和非相干散射,分别得到两类散射成分的散射系数公式,计算了高斯起伏冰面三维声散射的散射强度。分析了散射强度与随机起伏冰面的均方根高度、声波入射角度及频率的关系。通过实验室水池中高斯起伏冰面的散射强度测量实验,对理论模型的计算结果进行了验证。将实验结果分别与采用冰面局部统计平均反射系数的模型计算结果和文献中采用平整冰面镜反射系数的模型计算结果进行了对比,采用冰面局部统计平均反射系数的模型计算结果与实验测量值吻合较好。