一种液面微形貌测量技术及在微浮力和表面张力研究中的应用

应用改进的云纹法测量微小物体漂浮在水面上所产生的水面凹陷曲面的三维形貌,并根据此三维形貌来定量测量微小物体受到的微浮力和表面张力,分析其与水面的相互作用.通过对不同大小的硬币浮在水面上所形成的液面三维形貌的测量以及进一步的分析表明:硬币浮在水面上是表面张力和浮力共同作用的结果,其中浮力起主要作用.该实验验证了所提出的技...     

气液耦合系统中固有频率的实验研究

流体砰击现象广泛存在于海洋环境、航空航天等自然界与工程中.流体砰击大尺度结构过程中,自由液面破碎时会包裹气体进入流场,气液混合易导致局部砰击荷载增大,引起结构破坏的危险.砰击过程中,气室压力对自由液面固有模态的影响尚未有系统的研究报道.该文采用物理模型实验方法在二维储舱内设计并开展一系列实验,系统研究了两种不同的气室压力对耦合系统的固有频率和阻尼的影响.实验中采用高速摄影机记录了自由液面振荡过程,通过自主研制的图像处理软件提取自由液面波高.结果表明:在低气室压力下,晃荡能量主要集中于一阶固有频率;在高气室压力下,晃荡能量主要集中于二阶固有频率.随着气室压强的增大,影响液体晃荡的主要固有频率提高,而对应的阻尼比却随之降低.因此,气体可压缩性是研究流体晃荡的一个重要因素.     

12英寸硅单晶生长过程中熔液面位置控制方法研究

集成电路用12英寸硅单晶生长过程中,为满足晶体生长界面附近温度梯度的要求,需要测量并控制晶体生长过程中硅熔体液面位置.传统的设定坩埚上升速度和激光测距的方法有时不能适应直拉硅单晶生长技术的发展.本文提出并实现了一种采用CCD图像捕捉和测量液面位置的方法,结合调节坩埚上升速度来控制液面高度,最终可以满足生长集成电路用12英寸硅单晶的需要.     

分离结晶过程中气液界面形状及稳定性

为确定分离结晶过程中气液界面形状及其稳定控制条件,采用四阶龙格-库塔法对地面条件下分离结晶法制备CdZnTe晶体过程中气液界面形状及气缝宽度进行了数值计算,并利用线性回归方法对数值结果进行了整理.分析表明:熔体与坩埚的接触角和气液界面两端压差是影响气液界面形状及其稳定性的主要因素;生长过程中要维持稳定的气缝宽度,必须满足冷热端气压差调节速率与结晶速率呈线性关系.     

利用流-固交界面上的伪瑞利波幅度进行液位检测的实验测量

基于流-固交界面上的伪瑞利波衰减依赖半空间流体性质这一特点,提出了一种利用伪瑞利波幅度测量液位的声学方法,并设计实验对其可行性进行了探讨。首先简要介绍了该方法的理论基础,回顾了前一篇文章的数值模拟工作所得到的重要结论;而后在水槽内进行实验,使用两个源距固定的横波换能器分别激发和接收铝制柱体表面的伪瑞利波,测量了不同液面高度下的脉冲伪瑞利波幅度及其主频偏移,并与数值模拟结果进行了比较。实验结果表明,测量所得的伪瑞利波幅度变化范围略小于数值模拟所得到的结果,但二者在反映变化规律上具有较好的一致性,即:随着液面高度的升高,脉冲伪瑞利波幅度近似呈指数下降,与此同时主频向低频偏移,偏移量近似呈线性规律增大。本文的研究结果从实验上验证了这一检测方法的可行性和有效性。      

一种改进的激光冲击强化效果实验验证方法

表面强化技术可以显著提高材料的疲劳性能,广泛应用于航空零部件的加工制造。在试验研究强化工艺对材料疲劳性能的增强效果时,常采用升降法来进行。针对升降法试验中存在的初始应力不易确定的问题,根据线性累积损伤理论和已知表面强化前材料疲劳特性的特点,提出一种快速确定升降法试验初始应力的方法,应用于K417材料激光冲击强化效果试验验证中。该方法仅需通过2～3个试件的实验即可找到适当的初始应力。通过对不同表面状态标准试片的振动疲劳试验,验证了激光冲击强化可较大幅度增强材料的疲劳性能。     

溃坝流的光滑粒子法模拟

用光滑粒子法模拟几种情况的溃坝流动,对坝外无水和有水的情况进行二维模拟,对坝外有立柱的情况进行三维模拟.流动控制方程采用雷诺平均方程模拟溃坝流动的湍流效应,采用混合长度形式的涡粘模式对控制方程进行封闭,推导其相应的光滑粒子形式的方程.模拟结果表明,数值模拟的流动特征与实验结果符合得非常好,说明发展的光滑粒子法有效.     

二维与三维氢原子的另外四类升降算子及归一化系数

对氢原子的径向Schrodinger方程,完全用因式分解方法,导出关于主量子数n和角量子数l的另外两类升降算子.用它们构造出第三类、第四类升降算子.并通过计算给出了四类升降算子的归一化系数.     

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。     

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为降低用来确定疲劳极限的升降法试验的工作量，以热力学为基础，引入损伤驱动力，构建 损伤演化方程. 积分此方程得到疲劳寿命与应力或应变的理论关系. 对光滑试件，根据成组 法疲劳试验结果利用最小二乘法拟合包括疲劳极限在内的材质参数. 利用损伤力学方法求得 高应力区的疲劳寿命曲线，由此递推得到低应力区寿命值和疲劳极限. 所得理论疲劳极限值 与升降法疲劳试验结果十分吻合. 节约了疲劳试验的机时、费用与人力.