单液滴撞击倾斜液膜飞溅过程的耦合Level Set-VOF模拟

采用耦合水平集--体积分数法(CLSVOF)对液滴撞击倾斜表面液膜后液膜的形态演化及飞溅过程进行数值模拟, 并对液滴撞击液膜过程中形成的空气卷吸现象进行研究并探讨了撞击角对此的影响, 分析了液滴撞击后液体内部的压力和速度分布, 对液滴撞击倾斜表面液膜的飞溅过程进行讨论, 并与实验结果进行了对比, 验证了CLSVOF方法研究液滴撞击倾斜液膜的可行性. 结果表明, 液滴撞击倾斜液膜时前后两部分飞溅现象产生的机理不同, 前半部分飞溅是由于压差引起的颈部射流, 而后半部分则是由液膜径向流动产生的飞溅现象. 随着撞击角的增大, 空气卷吸气泡数量减少.     

基于氮掺杂碳载铁复合物的锌空电池氧阴极催化剂

迫在眉睫的环境和能源问题推动人类探索可行、可靠和可再生的能源技术.锌-空气电池和氢氧燃料电池等器件显示出高能量转换效率,但是仍有许多难题有待克服,例如阴极侧上缓慢的氧还原反应(ORR),以及高昂的成本极大地限制了铂基催化剂在商业上的广泛应用.因此,开发高性能的廉价ORR催化剂具有重要意义.过渡金属碳氮化合物(M-N-C, M=Co, Fe等)成为最有希望替代铂基催化剂的一类材料, M-N-C催化剂可以通过直接热解含有过渡金属、氮和碳物种的前驱体合成.然而热解时金属原子易团聚,多孔结构不能被有效地控制,导致相对较差的催化活性.目前, MOF衍生的催化剂在能源转化和储存技术中得到了广泛的关注,其具有丰富的氮含量、高比表面积和可调的孔道结构等特点.本文报道了一种简便可靠可控的合成铁氮共掺杂碳十二面体纳米结构催化剂的方法,并作为阴极电催化剂用于锌空气电池中,测试结果证实,合成的铁氮共掺杂的纳米碳具有与铂基材料相当的活性和更加优异的稳定性.表面吸附了的邻菲罗啉铁的ZIF-8在碳化过程中,氮基团能够结合铁形成Fe Nx结构单元,因此可得到铁氮共掺杂的电催化剂.粉末X射线衍射,扫描电镜证实ZIF-8的成功合成.经过热解得到的催化剂中Fe Nx或Fe Cx衍射峰较弱,表明样品中铁含量较低,存在部分无定型铁.通过拉曼光谱分析发现,引入的邻菲罗啉在热解过程中诱导了缺陷的形成,所以Fe-NCDNA-0的ID/IG比值明显高于NC.同时ID/IG随着铁含量的增加而减少,这是因为铁可以诱导石墨化,诱导效应随着铁含量的增加而增加.分析氮气吸附-脱附等温线得出,引入邻菲罗啉之后,比表面积增加;而铁的引入因其占据了微孔结构,导致比表面积下降.同时电镜证实Fe-NCDNA-2具有较大的形貌扭曲,使得该材料具有较大的比表面积.系统的电化学研究表明,氮掺杂有利于增强ORR活性,在引入铁之后形成高效的活性中心会进一步提高催化性能.因此, Fe-NCDNA-2在碱性条件下表现出优异的ORR性能.线性扫描伏安法曲线表明,铁氮共掺杂的材料表现出与Pt/C相似的性能,其中Fe-NCDNA-2的半波电位(E1/2)为0.863 V,比商业Pt/C的电位更正(E1/2=0.841 V).同时, Fe-NCDNA-2具有更加优异的稳定性,测试30000 s后的电流保持率为80%(Pt/C:64%).在中性介质中,合成的材料也展示了较高的ORR活性.Fe-NCDNA-2的E1/2=0.715 V,催化30000 s后电流保持率77%,均优于商业Pt/C催化剂.组装的锌空气电池进一步验证其作为氧还原催化剂实际应用的可行性.相比于以Pt/C为催化剂做空气阴极的电池,以Fe-NCDNA-2组装的电池表现出更高的开路电压,更高的功率密度(184 m Wcm^-2),以及更加优异的充放电循环稳定性.该工作也有利于启发研究人员探索类似的氮掺杂过渡金属碳材料在各种催化上的应用.     

预热燃烧模式下半焦NO排放和燃尽特性实验研究

为探究更高预热温度下(1000℃)半焦预热燃烧工艺的降氮潜力,在两段电炉串联组成的沉降炉系统上考察了预热温度(600-1400℃)、燃烧温度(1200-1400℃)和过量空气系数(α=0.6-1.4)对半焦燃烧NO释放和燃尽的影响。结果表明,进一步提高预热温度(1000℃)能够同时降低NO排放和提高燃尽率,并且富燃料工况下,预热温度升高带来的NO降低幅度比贫燃料工况下降低幅度大,预热温度从800℃升高至1400℃时,NO降幅最大可达74%(α=0.6),明显高于贫燃料条件下NO降幅20.6%(α=1.4)。但是,富燃料工况下,预热温度升高带来的飞灰含碳量降幅比贫燃料工况下降低幅度小,贫燃料条件下飞灰含碳量最大降幅为26.8%(α=1.4),高于富燃料条件下降幅15.95%(α=0.6)。对于燃烧温度对半焦燃烧NO释放的影响,发现存在一临界过量空气系数α=1,当过量空气系数高于该临界值时,随燃烧温度提高,NO排放量增加,当过量空气系数低于该临界值时,随燃烧温度的提高,NO排放量减小。     

Robust airfoil optimization based on improved particle swarm optimization method

A robust airfoil optimization platform is constructed based on the modified particle swarm optimization method (i.e., the second-order oscillating particle swarm method), which consists of an efficient optimization algorithm, a precise aerodynamic analysis program, a high accuracy surrogate model, and a classical airfoil parametric method. There are two improvements for the modified particle swarm method compared with the standard particle swarm method. First, the particle velocity is represented by the combination of the particle position and the variation of position, which makes the particle swarm algorithm a second-order precision method with respect to the particle position. Second, for the sake of adding diversity to the swarm and enlarging the parameter searching domain to improve the global convergence performance of the algorithm, an oscillating term is introduced to the update formula of the particle velocity. At last, taking two airfoils as examples, the aerodynamic shapes are optimized on this optimization platform. It is shown from the optimization results that the aerodynamic characteristic of the airfoils is greatly improved in a broad design range.     

Aerodynamics of indirect thrust measurement by the impulse method

The aerodynamic aspects of indirect thrust measurement by the impulse method have been studied both experimentally and numerically. The underlying basic aerodynamic principle is outlined, the phenomena in subsonic, supersonic and arc-heated jets are explored, and factors affecting the accuracy of the method are studied and discussed. Results show that the impulse method is reliable for indirect thrust measurement if certain basic requirements are met, and a simple guideline for its proper application is given.     

风速对空气源热泵翅片管换热器结霜特性影响

针对风速对空气源热泵翅片管室外换热器结霜特性的影响进行了实验研究.实验结果表明,结霜量随风速的增加不是成线形增长,在风速为1.3m/s时结霜量最小.霜层厚度随着风速的增加反而减小,而翅片管换热器的最大换热量随着风速的增加而增加.     

水中空气隔层衰减冲击波性能研究

 根据鱼雷对舰船毁伤的特点,建立了多介质水下爆炸数值模型,提出了交界面处理及广义光滑长度计算方法,编制了多介质水下爆炸计算程序,并对水下爆炸空气隔层衰减冲击波的性能进行了定量分析。结果表明：无论是接触爆炸还是非接触爆炸,空气隔层均可有效衰减冲击波,并且接触爆炸中空气隔层衰减冲击波的效果更好,最大可使冲击压力峰值降低约55%;空气隔层厚度与爆炸厚度之比为1时便可达到较好的衰减冲击波效果,继续增加空气隔层厚度对衰减冲击波效果影响不大。研究结果可为舰船结构防护及防雷舱的结构设计提供参考。     

用混合劈尖测量水膜折射率

所谓"混合劈尖"是区别于单纯的空气劈尖和水膜劈尖的一种新型劈尖,即在劈尖角θ及有效长度L保持不变的情况下,在空气劈尖内人为地制造出水膜特区,形成一劈两区的布局.实验中同一光束的平行单色光垂直照射在该劈尖上,在两区域内不     

液体推进剂模拟工质在离心喷嘴内流动特性研究

设计了一种双旋流槽离心式喷嘴,采用高速录像系统,研究了液体推进剂模拟工质在喷口处的雾化角特性。在实验基础上,建市r离心式喷嘴内流的VOF模型,基于FLUENT软件进行了数值模拟,获得了喷嘴内流场密度、速度分布特性。结果表明：喷雾初期喷嘴内存在一个空气核,随后很快消失,雾化角变小并趋于稳定。雾化角计算值与测量值吻合较好。     

不同温度下空气比热容比测量装置的研究

针对大学物理实验现有测量空气比热容比装置存在的不足,研制了可测量不同温度下空气的比热容比的装置,包括贮气瓶、压力传感器、温度传感器及水浴系统.该装置可使贮气瓶内空气保持在30～90℃之间的任一温度.每隔10℃测量空气的比热容比值,实验结果表明空气比热容比随温度上升而下降.