第九届全国周培源大学生力学竞赛(个人赛)命题工作小结

 本文总结了第九届全国周培源大学生力学竞赛个人赛的命题工作,介绍了命题思路,每一道题所涉及的知识点和能力考核目标,也介绍了命题与基础力学教学相结合,在综合素质与创新能力的考核,对学生易犯错误的针对性设计,以及使赛题集新颖、灵活和趣味性于一体,又兼具拔尖人才选拔功能等方面的探索.     

除尘管道内铝粉运移及沉积的数值研究

基于DPM(Discrete Phase Model)模型，研究了长直通风管道内粒径服从Rosin-Rammler 分布的铝粉的运移与沉积规律．基于颗粒与壁面的碰撞过程中的能量分析，建立了粉尘沉积-回弹模型，得出了粉尘沉积的判定准则及脱离壁面时的回弹速度．利用UDF 将沉积-回弹模型嵌入Fluent，完成了对管道内粉尘运移和沉积的数值模拟．粉尘沉积的数值结果与实验结果符合得较好，验证了所提模型的有效性．数值结果表明风速的增大使管道内粉尘浓度明显降低，管壁粉尘沉积率也降低；粒径的增大对粉尘浓度的大小影响不明显，主要影响粉尘浓度在管道内的分布情况，同时会增大粉尘在管壁的沉积率．     

含温度载荷的管板变形的解析解

根据换热器结构形式建立了用于计算管板变形的力学模型,参考ASME Ⅷ 1计算管板的有效弹性常数,并将外筒和换热管束分别等效为会因温度和压力载荷产生轴向变形的弹簧和弹性基础.应用Ritz法建立了管板挠度的解析解,将该解析解与三个不同规模换热器的有限元分析结果进行对比.结果表明,建立的解析解与有限元分析结果吻合良好,验证了推导的管板变形解析解的正确性.研究结果对固定管板式换热器的设计有较大的指导意义.     

斜抽运无机液体激光器的流场热分布

激光二极管斜抽运的多增益段串接的液体激光器能够明显地提高激光光束质量、获得较高的输出功率.针对斜抽运子增益段工作时所涉及的流动、传热和壁面耦合,建立了计算子增益段流场热分布的流-热-固耦合模型,应用有限单元法完成了其瞬态流场热分布的数值模拟.该方法排除了不精确的换热系数对计算结果的影响,使得换热系数不再是计算的先决条件,而只是计算结果之一,并且为评价流道形状、流速、吸收系数等因素对流场热的影响,以及进一步改进和控制液体激光介质的流场热分布,提供了可靠的分析方法.数值模拟研究表明:换热系数是空间位置的函数,     

求解大柔度梁/绳索的ANCF单元及隐式迭代格式

为模拟大柔度梁/绳索结构的变形和大范围运动,基于绝对节点坐标方法ANCF(Absolute nodal coordi-nate formulation)和HHT(Hilber-Hughes-Taylor)积分方法,建立了ANCF单元的隐式动力学迭代格式.得到了简洁的节点等效力向量,且进一步导出了切线刚度矩阵的全部公式,并基于罚方法实现了对不同ANCF单元的铰接和刚性连接.分别对弦振动、双杆摆和T字摆、柔绳进行了数值模拟,数值结果与理论解及已有结果吻合良好,验证了本文方法的正确性.     

一种层流翼型附面层流动的数值模拟和实验研究

论文通过数值模拟方法对NACA6412层流翼型的低速绕流特性进行了研究,采用修正的BaldwinLomax湍流模型对来流速度为25m/s、8°迎角时翼型的流场、背风区的速度型分布、不同弦向位置附面层厚度的变化规律以及转捩位置进行了模拟,数值模拟结果与风洞实验结果具有一定的相关性.     

高功率KTP晶体光参量振荡器热效应

采用有限元分析方法对KTP晶体内部3维温度分布情况进行了精确计算。根据参量过程满足的能量守恒条件和动量守恒条件,利用KTP晶体的热光色散方程计算了参量过程中温度对相位匹配角、光波走离角、允许角及晶体的有效非线性系数的影响。结果表明:晶体内温度分布不均匀;在沿着通光方向上晶体截面温度分布不同;加强晶体表面冷却效果,可有效降低温度对相位匹配角、光波走离角、允许角及晶体的有效非线性系数的影响。