液滴与液面碰撞时发生环形穿人的条件

在自由落下的液滴与液面碰撞的实验中,蔡一坤发现环形穿入现象,它的出现与下落高度之间有某种周期性关系,蔡文根据实验结果整理出了经验公式,本文从液滴的自由振动出发,得到了与实验结果符合得更好的公式,从而为环形穿入提供了理论解释。     

环形桁架结构模态实验及有限元仿真分析

针对大型可展开环形桁架天线结构开展了模态实验和有限元仿真分析。首先设计加工了环形桁架实验模型,采用锤击法对自由边界条件下环形桁架结构进行了实验模态分析,得到环形桁架结构的前六阶固有频率及其对应模态振型,并通过模态置信准则对实验结果进行了可靠性分析。其次,建立了环形桁架实验模型的有限元模型并进行模态分析,仿真得到其前六阶固有频率和模态振型。最后详细对比分析了实验结果与有限元仿真结果。结果表明:二者固有频率误差小于5%,且实验模态振型与有限元仿真模态振型一致,证明了本文分析结果真实可靠;同时,分析得到了环形桁架结构第一、二阶振型为椭圆形,第三、四阶振型为三角形,第五、六阶振型为四边形。     

气相中双液滴正碰过程数值模拟研究

液滴碰撞现象普遍存在于动力装置燃烧室喷嘴的下游区域,影响燃料的雾化性能。为了揭示相同直径的双液滴中心碰撞机理,求解了轴对称坐标系下的N-S方程,采用VOF(Volume of Fluid)方法捕捉液滴碰撞过程中气液自由表面的演化规律。利用Qian等提供的实验结果对计算模型进行数值校验,验证了模型的准确性。在此基础上,研究了环境压强对液滴碰撞反弹后不同结果(分离和融合)的影响,分析了环境压强和Weber数对液滴碰撞分离的影响。结果表明,液滴在碰撞反弹后的状态(分离或融合)是由液滴间气膜压强与环境气动阻力共同作用的结果,环境压强对液滴碰撞分离过程基本没有影响;Weber数越大,碰撞过程中变形的幅度越大。     

相近韦伯数条件下激波波后液滴初期变形的影响机制

以实验结合数值模拟与理论分析的方法,研究韦伯数在2 100~2 700区间内,不同组合流动参数对液滴破碎初期变形的影响与作用机制。实验中通过高速摄影捕捉到一系列具有明显差异的液滴变形模态,表明在相近韦伯数下液滴的初期变形仍受到气流速度、密度等具体流动参数的显著影响。以刚性球体替代液滴进行外流数值模拟,利用球体表面气动力分布推算出的液滴表面变形趋势与实际变形形态吻合,表明液滴的初期变形特征与外流流动分离和涡特征具有一致性。对流场和理论变形数据的分析显示,流动分离发展阶段和稳定阶段对液滴作用力以及它们所诱导的液滴变形特征存在很大差异;分离发展与液滴变形过程的特征时间之比可由气液密度比的平方根表示,它决定了液滴早期变形的基本形态。分离发展阶段所占时间比例越高,即实验中气液密度比越高,则液滴更倾向于发展出单个显著的环形突起,反之则趋于形成多个相对均衡的突起。     

双液滴热毛细迁移的实验研究

在地面实验中,研究在竖直向上温度梯度流场中,双液滴的热毛细迁移运动和它们间的相互 作用. 豆油和硅油分别作为实验系统的母液和液滴. 液滴迁移轨迹被记录和分析. 实验结果 表明,大小液滴的实验迁移速度均小于理论迁移速度;两个液滴之间的相互作用对小液滴的 影响更为明显,使之出现倾斜``8'字的迁移轨迹;两个液滴的运动速度都出现了振荡现象, 小液滴可能出现短时反向迁移. 实验结果与数值模拟结果较为相似,但尚有差异,需要进一 步进行研究.     

液体环轴对称抛洒首次破碎的理论分析

对于水和无水乙醇环形轴对称抛洒实验的首次破碎结果的分析表明，在给定实验条件下，液体密度大约是气体的1000倍，液体首次破碎的过程分2个阶段:首先，界面不稳定性非线性发展，液体尖钉在惯性力和空气阻力的作用下，拉伸变细变长；然后在射流不稳定性的作用下，断裂成液体珠串。这个理论分析给出的首次破碎的平均液体直径与实验结果基本一致。理论分析表明，无水乙醇破碎液滴的平均直径比水液滴小，是无水乙醇表面张力值仅为水的1/3的一个必然结果。     

激波诱导高速气流中液滴的初期变形

基于激波管平台和高速摄影方法对平面激波诱导高速气流中液滴的早期变形现象进行实验研究。研究发现在相近的We数或Re数下,实验参数的改变可导致液滴形态发展出现显著差异。这种差异主要体现在背风面的脊状环形突起、褶皱区以及后驻点区的凹凸形态。对刚性圆球外流的数值模拟显示,液滴变形早期形态与外流场结构和表面气动力分布之间存在鲜明的对应关系。最后采用简化理论推导出一组估测液滴早期变形的表达式。将数值模拟所得气动力数据代入计算发现:导致液滴变形的主要驱动力是液滴表面不均匀压力的挤压效应,而不是界面剪切摩擦所引起的切向流动堆积效应,前者高出后者约2个数量级;此外,采用压力作用理论计算所得液滴外形在主要变形特征和变形量级上均可与实验图像很好地吻合。     

Oldroyd-B黏弹性液滴弹跳行为的改进SPH模拟

基于光滑粒子流体动力学SPH(Smoothed Particle Hydrodynamics)方法对Oldroyd-B黏弹性液滴撞击固壁面产生的弹跳行为进行了模拟与分析。首先,为了解决SPH模拟黏弹性自由表面流出现的张力不稳定性问题,联合粒子迁移技术提出了一种改进SPH方法。然后,对Oldroyd-B黏弹性液滴撞击固壁面产生的铺展行为进行了改进SPH模拟,与文献结果的比较验证了方法的有效性。最后,通过降低Reynolds数捕捉到了液滴的弹跳行为;并在此基础上,分析了液滴黏度比、Weissenberg数和Reynolds数对液滴弹跳行为的影响。结果表明,改进SPH方法可有效地模拟黏弹性自由表面流问题;液滴黏度比、Weissenberg数和Reynolds数对液滴最大回弹高度均有显著的影响。     

多液滴热毛细迁移的研究

通过密度匹配方法地面模拟微重力环境,以豆油和硅油作为实验系统母液和液滴,研究非均匀温度场中液滴热毛细迁移行为. 用马赫- 泽德干涉仪测量实验系统背景温度场. 用阴影法观测液滴热毛细迁移. 单液滴实验中,得到与YGB 理论预测趋势相一致的结果;双滴实验中,观察到小液滴超越大液滴现象;实验表明液滴迁移过程中液体的黏性系数起重要作用,小液滴超越大液滴过程中,两液滴水平位移都出现明显偏移,且大液滴横向位移更显著. 创新性的设计了三相多液滴热毛细迁移实验,为实际工业生产中多相分离问题提供科学研究基础.      

DROP FORMATION FROM A CAPILLARY TUBE IN THE PRESENCE OF SURFACTANT 1)

本文研究了竖直毛细圆管出口表面活化剂包覆液滴的形成过程。基于泰勒展开和润滑近似理论, 建立了液滴形成过程的一维动力学模型,并且通过坐标变换和有限差分的方法进行了数值求解。结果显示, 液滴自由面上表面活化剂包覆层可促进液滴颈部断裂,加快液滴头部与尾部锥形区的分离过程。与此同时, 还可增大颈部断裂前液滴下落的极限位移。与表面活化剂的活性相比, 液滴自由面上表面活化剂浓度的变化对液滴形成过程以及液滴形貌变化的影响更为显著。     

一个新的表面裂纹韧带极限载荷公式

表面裂纹韧带极限载荷的预测在未爆先漏评判中有着十分重要的意义。现有公式大都过于保守，当用于ＬＢＢ评判时将会低估实际裂纹穿透时瞬时长度，给出偏不安全的结果，本文提出了一个表面裂纹极限破坏的新模型；简要地介绍了新韧带极限载荷公式的推导过程；最后，以图表形式与现有公式作了详细地比较和分析。     

含脱层层合板的能量释放率各型分量分析

本文是文献［１］的继续。文献［１］利用可动边界变分问题，导出了层合板内部脱层前缘各点处的总能量释放的表达式。在此基础上，本文对文献［１］的分析模型作了进一步的完善，导出了层板理论分析下的能量释放率各型分量的表达式，并对圆形脱层进行了计算分析。     

单边自由的固支岩板黏弹性行为分析及其应用

利用黏弹性理论对单边自由的固支岩板的黏弹性力学行为进行了分析研究，重新导出了相空间中黏弹性参数的变换关系式，并利用此式建立了单边自由的固支岩板的广义Kelvin黏弹性分析格式，将其应用于某层状岩体洞室顶板的变形特性分析．计算表明，其与实际勘察结果比较接近，可供工程实际应用参考．     

HYDROELASTIC VIBRATION OF A CIRCULAR CONTAINER BOTTOM PLATE USING THE GALERKIN METHOD

The free vibration of a flexible thin plate placed into a circular hole and elastically connected to the rigid bottom slab of a circular cylindrical container filled with fluid having a free surface is studied. The liquid is assumed to be incompressible, inviscid and irrotational. The effect of the free surface wave is also taken into account in the analysis. First of all, the exact expression of velocity potential of the liquid movement is derived by a combination of the superposition method and the method of separation of variables. With the help of the Fourier–Bessel series expansion, part of the unknown coefficients in the solution is determined by the consistency condition between the liquid movement and the plate vibration, in the form of integrals associated with the dynamic deflection of the plate. Then, the Galerkin method is applied to derive the eigenfrequency equation of the fluid–plate interaction. Finally, the effects of various parameters and the free surface wave on eigenfrequencies of the fluid–plate system are discussed. As a consequence, the accuracy of the nondimensional added virtual mass incremental (NAVMI) factor solution has also been evaluated by comparing with the more accurate Galerkin solution. It is shown that the proposed method is also applicable to the vibration analysis of circular plates in contact with an infinite liquid by only taking a finite but larger size of liquid to replace the infinite liquid in the computation.     

变截面梁板弯曲问题的一般解答

本文利用广义函数研究了截面呈阶梯形变化的梁板弯曲问题,直接导出了挠度通用公式。研究结果表明,不论梁板边界的约束条件怎样,均可归结为求解一个二元一次线性代数方程组的问题,与传统方法相比要简捷得多。     

横观各向同性圆柱体自由振动的弹性力学解

本文由横观各向同性的弹性力学方程出发，研究有限长圆柱体的自由振动问题。利用文献「１」的通解，将位移分量和应力分量分别表达成傅里叶－塞尔级数和双曲－贝塞尔级数的形式。通过边界条件和级数的正交关系，得到关于有限长圆柱自由振动频率的特征方程。利用数值方法求解特征根，从而得到圆柱体三维振动的自振频率。     

橡胶基复合靶抗贯穿特性的近似分析方法

采用体积含量加权的方法确定了复合靶等效状态方程参数,采用纤维含量平方外推的方法确定了复合靶的等效强度。然后利用球腔膨胀和柱腔贯穿相结合的方法提出了一种分析计算钢球贯穿橡胶基复合靶的近似分析模型。计算方法简明、高效,而且对剩余速度和临界穿透速度等的计算结果与已有实验有良好的符合。     

FFP在黏土中贯入过程的CFD模拟

圆锥静力触探法(Cone penetration test, CPT)广泛应用于土的抗剪强度测试中。在此基础上发展的自由落体式贯入仪(Free fall penetrometer, FFP),依靠自由下落获得的动能和自身重力势能贯入土中,不需要借助外部加载装置,提高其使用的便捷性。但在动力贯入过程中FFP与土的相互作用更为复杂,涉及到土体的率效应和拖曳阻力等的影响。因此,对FFP各项受力和相关参数的准确分析有助于提高其实用性以及测量的准确性。作者采用基于计算流体动力学(computational fluid dynamics, CFD)的分析软件ANSYS CFX 17.0模拟FFP在均质黏土中的贯入过程,借助动网格的大变形分析方法来模拟FFP贯入过程中的运动边界问题。提出了薄层单元法模拟FFP与土体的界面摩擦接触行为。在CFD模拟中,土体材料采用非牛顿流体来模拟,其剪切强度受土体切应变率的影响(即土体的率效应)。通过模拟贯入仪在黏土中以不同的速度贯入的过程,研究FFP的端部阻力和侧壁阻力与贯入速率、土体强度和密度、界面摩擦系数以及率效应参数之间的关系,建立了端部承载力系数、端部和侧壁率效应参数及拖曳系数的表达式,并提出了土体不排水抗剪强度的预测方法,为FFP测试数据的解析提供依据。