C20离子团簇在氧化物中穿行时库仑爆炸过程的理论研究

研究了C20团簇在几种金属氧化物(Al2O3,SiO2)中穿行时发生的库仑爆炸过程.采用线性介电响应理论,并结合Mermin形式的介电函数,得到了团簇中各组成离子的空间感应势,其中组成团簇中各组成离子的电荷分布情况由Brandt-Kitagawa有效电荷理论模型来描述.通过求解运动方程得到离子团结构随时间的演化过程,并采用Monte Carlo方法模拟了爆炸过程中的多重散射现象.我们发现,尾流效应使团簇的空间结构和电荷分布呈现非对称性.     

短脉冲激光尾流场中的前向Raman散射

用212维粒子模拟分析了前向Raman散射对激光尾流场加速电子的影响.前向Raman散射使脉冲长度在传播方向上被拉长，脉冲后沿变陡，产生的尾流场相速度明显减小，而且超热电子的最大动能明显小于理论估计值.此外激光频率整体向低频移动.     

基于图像处理的模拟尾流气泡幕研究

利用图像处理技术,对模拟的尾流气泡幕进行了定性和定量分析.压强较小时,位于不同层面上气泡的重叠少,通过二值图像处理可清楚地观察气泡的尺度大小及密度分布;而当压强较大时,不同层面气泡重叠幅度大,大部分气泡的边界难以判断,不能够得到气泡尺度参量及密度分布等信息.利用区域分割技术对获取的气泡幕灰度图像进行伪彩色显示,定性分析了气泡幕中气泡尺度、分布等信息.基于形状分析的等效直径、气泡幕剩余面积和剩余面积变化显示,不同压强下气泡的等效直径分布均在5～100像素范围,平均等效直径为55像素,压强较小条件下小气泡比例较大.     

两端铰接的细长柔性圆柱体涡激振动响应特性数值研究

目前细长柔性圆柱体涡激振动响应的研究方法主要包括实验方法、计算流体动力学方法以及半经验模型方法. 鉴于实验方法研究成本较高、计算流体动力学方法计算时间较长,本文基于尾流振子模型对线性剪切来流下两端铰接的细长柔性圆柱体涡激振动响应特性进行了半经验模型方法研究. 先建立了柔性圆柱体结构振子以及尾流振子之间的耦合模型,紧接着基于二阶精度中心差分格式对耦合模型先离散后迭代进行求解. 对不同剪切参数下柔性圆柱体涡激振动响应的振动波长、振动频率、振动位移以及响应频率随时间的变化特性等参数进行了分析. 分析结果表明:圆柱体的涡激振动响应由驻波和行波混合组成. 当无量纲弯曲刚度较小时,在圆柱体两端附近,驻波占主导;而在圆柱体中间段附近,行波占主导. 当无量纲弯曲刚度较大时,在圆柱体整个长度区间上均为驻波占主导. 随着剪切参数的增大,振动位移以及振动波长均逐渐减小,而振动频率和频率带宽均逐渐增大.      

扑翼尾流脱落涡特性的PIV实验研究

通过色流实验和粒子成像测速技术(particle image velocimetry, PIV)对扑翼近场尾流脱落涡的结构轨迹和能量进行了定性及定量研究.结果表明:因展向流动充分性的不同, 存在两种牛角型涡系结构; 上下扑时翅翼交替产生顺时针和逆时针脱落涡, 两涡运动轨迹呈近似弧形对称, 对称轴的仰角略大于攻角; 脱落涡的涡心涡量在上下扑极点达到最大值, 环量最大值出现在到达极点前的1/5~2/5周期之间; 产生脱落涡的半周期内, 涡的平均环量都随减缩频率的增大而增大, 减缩频率较低时, 下扑平均环量大于上扑平均环量, 减缩频率较高时则相反; 振幅对涡能量影响明显, 减缩频率为2~2.5时, 振幅±40°时的涡平均环量约是振幅±30°时的两倍, 减缩频率越大振幅影响越明显.      

尾流激励的叶片气动力降阶模型

气动力降阶模型是研究叶片气动弹性振动快速高效的新方法。现有气动力降阶模型的研究主要集中在叶片颤振方面,没有涉及更为常见的上游尾流激励的叶片振动问题。本文提出基于Volterra级数的尾流激励叶片气动力降阶模型,为尾流激励下叶片振动和动静叶干涉振动研究提供了新的思路。采用行波法简化尾流的参数个数,用阶跃信号法识别降阶模型的核函数。二维叶片的算例结果表明,本文方法可以较准确地描述尾流激励引起的叶片气动力振荡,而且计算效率极高。     

圆柱绕流三维不稳定性的低维Galerkin法分析

利用低维Ｇａｌｅｒｋｉｎ方法及Ｆｌｏｑｕｅｔ稳定性分析理论,计算分析了圆柱绕流的三维线性不稳定性．分析中构造了能较好描述尾迹区流动的周向基函数,建立了完备的合理的基函数组,改进了计算机算法．结果证实圆柱二维周期流对展向小扰动为不稳定的,正确地预计了出现三维长波不稳定性的临界雷诺数Ｒｅｃ＝１９０;扰动展向波长为λｃ一３．６ｄ．对雷诺数Ｒｅ为１８０,１９０两种工况下的圆柱三维绕流流场的计算进一步证实了这种流动的整体不稳定性．本文所预计的临界值比Ｎｏａｃｋ等人的结果更为精确,与Ｂａｒｋｌｅｙ等人的ＤＮＳ解一致,与Ｗｉｌｌｉａｍｓｏｎ的实验相符．     

Numerical simulation of trajectory and deformation of bubble in tip vortex

According to the behaviors of a bubble in the ship wake flow,the numerical simulation is divided into two stages,quasi-spherical motion and non-spherical motion,based on whether the bubble is captured by the vortex or not.The one-way coupled particle tracking method(PTM) and the boundary element method(BEM) are adopted to simulate these two stages,respectively.Meanwhile,the initial condition of the second stage is taken as the output of the first one,and the entire simulation is connected and completed.Based on the numerical results and the published experimental data,the cavitation inception is studied,and the wake bubble is tracked.Besides,the split of the bubble captured by the vortex and the following sub-bubbles are simulated,including motion,deformation,and collapse.The results provide some insights into the control on wake bubbles and optimization of the wake flow.     

海洋热塑性增强管(RTP)涡激振动数值计算

基于Van der Pol尾流振子模型和多体系统传递矩阵法(transfer matrix method for multibody systems, MSTMM), 建立了可以快速预测海洋热塑性增强管(reinforced thermoplastic pipe, RTP)振动特性和涡激振动响应的动力学模型. 仿真结果与ANSYS软件仿真结果以及文献实验数据对比, 验证了本文模型的准确性. 研究了考虑RTP立管刚性接头, 不同顶张力, 不同来流分布等情况对RTP立管涡激振动响应的影响. 计算结果表明: 流速越大, 立管涡激振动激发出的模态越高; 立管涡激振动主要受低阶模态控制; 立管的刚性接头对立管的湿模态影响较小, 但是对较高阶模态为主所激发出的涡激振动振幅分布影响较大; 剪切流对沿立管轴向的涡激振动振幅分布影响较大, 低流速能量小所引起的涡激振动幅值较小, 但是当剪切流流速达到能激发出较高阶模态时, 相比同等流速的均匀流所引起的涡激振动振幅要大.