改进虚拟边界算法在超声速流动问题求解中的应用

提出了一种改进的虚拟单元浸没边界法,并与一种高阶格式的有限差分算法相结合,运用于求解超声速复杂几何绕流问题.该算法的核心思想在于在固体边界的内部和外部分别施加满足边界关系的作用点,使得几何边界离散更加细化,起到了壁面附近网格局部加密的作用.采用源空间内流体点作为反距离插值算法的重构点,有效避免了插值点数目过少而与作用点相重合情况.通过对二维激波反射现象(马赫数为2.81)和三维超声速球体绕流问题(马赫数为1.2)的数值模拟,与实验结果对比表明,本文改进算法相对一般的虚拟边界法来说能显著提高数值精度,减小计算误差.计算结果揭示了球体绕流中剪切层、压缩波系和尾迹的相互作用导致自由剪切层失稳的机理.剪切层厚度和湍流雷诺脉动经历了线性增长、大幅度震荡和小幅度波动三个阶段,导致剪切层表面褶皱因子变化呈指数规律增长.其湍流结构表现出明显的各向异性,具体在流向雷诺正应力在湍流脉动中占主导地位,激波的压缩作用对不同方向雷诺正应力的影响存在空间迟滞效应.     

吡喃木糖和O-乙酰基吡喃木糖热解形成羟基乙醛的机理研究

以半纤维素主要成分木聚糖的两种单体--吡喃木糖和O-乙酰基吡喃木糖为模型化合物,运用密度泛函理论(DFT),采用B3LYP方法和6-31+G(d,p)基组进行计算,研究了吡喃木糖热解形成HAA的6条可能的反应路径和O-乙酰基吡喃木糖热解形成HAA的3条可能的反应路径。由此确定了吡喃木糖热解形成HAA的最优路径为:吡喃木糖首先开环得到链式木糖,然后C3羟基和C2氢脱水,随后经重排和逆醇醛缩合反应生成包含C4/C5的HAA;该路径的决速步骤为脱水反应,能垒为253.3 kJ/mol。O-乙酰基吡喃木糖热解形成HAA的最优路径为:O-乙酰基吡喃木糖首先支链断裂脱出乙酸(AA),开环后的链式中间体经氢转移反应得到包含C4/C5的HAA;该路径的决速步骤为最后的氢转移反应,能垒为317.6 kJ/mol。     

活性炭吸附脱除水中抗生素污染物研究进展

活性炭对抗生素污染物吸附性能的主要影响因素是其孔结构和化学结构性质。活性炭孔结构的构建方法可分为活化法、模板法和原位法,化学结构性质的调控方法可分为后处理法和原位法,掺杂的元素有氧、氮、硫、磷、硼等。围绕抗生素污染物的吸附,综述了活性炭的性质调控方法,并展望了活性炭性质调控的发展方向,为新型高效活性炭吸附剂的构建及吸附机理的研究提供了指导与借鉴。     

超黏性激波捕捉技术在激波/火焰相互作用问题中的应用

本文基于时空三阶精度的两步泰勒伽辽金有限元高阶格式(TTGC)上实现了一种超黏性激波捕捉技术.该激波捕捉技术通过引入网格相关的体积黏性项和剪切黏性项以提高对激波/湍流相互作用过程的捕捉精度和可靠性.利用经典的一维SOD激波管算例和一维Shu-Osher算例对此激波捕捉技术进行了数值验证。并将该技术用于模拟了激波与火焰的相互作用问题,分析了火焰的演化过程及激波/边界层相互作用过程,揭示了分叉结构对火焰传播特性的影响.研究表明超黏性激波捕捉技术能够有效捕捉超声速反应流中的激波、湍流和边界层等复杂流动信息,同时能很好地控制激波附近的数值耗散现象.     

高超声速飞行器宽速域翼型多目标优化设计研究

高超声速飞行器正向着速域更宽、空域更广、航程更远的方向发展.因而对于现代高超声速飞行器的设计而言，除了保证高超声速的性能外，还必须兼顾满足工程需求的亚声速、跨声速、超声速特性.文章对薄翼型在不同速域下的流动机理进行分析，总结了不同速域下翼型增升减阻的设计准则，然后采用RANS方程流动求解器，结合基于Kriging模型的代理优化算法，开展了高超声速飞行器宽速域翼型的优化设计研究.首先，以NACA64A-204翼型为基准翼型，采用线性加权法进行了考虑亚、跨和高超声速气动特性的多轮次宽速域翼型优化设计研究，得到了一种宽速域性能得到改善的新翼型.然后，以优化得到的新翼型为原始翼型，开展多目标优化设计，获得了宽速域翼型两目标和三目标的Pareto最优化解集.      

金属有机源化学气相沉积法生长氧化锌薄膜中氢气的作用及其机理

本文重点探讨了金属有机源化学气相沉积生长ZnO薄膜中氢气的作用与机理.研究表明氢气对ZnO薄膜的结构与性质具有重要的影响.当采用叔丁醇为氧源时,氢气对ZnO薄膜的晶体质量,表面结构和发光性质主要产生负面的影响,同时发现氢气的加入有助于抑制碳的沾污.而当采用笑气为氧源时,测量显示表面变光滑,晶体质量得到提高,发光强度也得到提升.氢气在笑气作为氧源生长ZnO的过程中基本起到了正面的作用.论文最后从氢气降低生长表面能量,提高表面原子迁移能力但存在表面腐蚀作用的方向以上结果给予了较好的解释.研究显示MOCVD生长高质量ZnO薄膜中氢气的优化具有特别重要的意义.     

Impact of polarization dependent loss on degree of polarization as feedback signal of polarization mode dispersion

Polarization dependent loss (PDL) has been recognized as a critical issue because various inline optical components may have nonnegligible PDL effect that interacts with polarization mode dispersion (PMD). We investigated the impact of PMD-PDL interaction on degree of polarization (DOP), which is the most commonly used feedback signal in PMD compensation. The simulation results of a 40-Gb/s NRZ code optical transmission system show that the maximum PMD increases from approximately 40 ps to more than 45 ps, while minimum DOP declines from approximately 0.6 to approximately 0.2. The interaction of PMD and PDL also induces residual PMD underestimation of 5-8 ps, which causes degradation of PMD compensation performance.     

Compact first and second order polarization mode dispersion emulator

Polarization mode dispersion (PMD) is becoming major system impairment in high speed and long distance opti- cal fiber transmission systems. Since the PMD-induced pulse spreading is a frequency-dependent statistic pa- rameter and varies randomly over time, it is difficult to be compensated[1-3]. Large length of single mode opti- cal fiber is needed to generate certain amount of PMD in laboratory, and the PMD effect in the fiber varies slightly and slowly over time. Therefore, PMD emula- …     

非线性对流扩散问题的交替方向差分流线扩散法

1引言Peaceman,Douglas等人于1955年提出了差分格式的交替方向法。随后,Douglas,Dupont于1972年又提出了有限元格式的交替方向法[1]。其基本思想是:对两个或三个空间变量的二阶抛物型和双曲型问题,将交替方向法与Galerkin方法相结合,通过算子分裂技术,把高维问题转化为一系列低维问题,交替地沿各空间变量的方向求解。[2]、[3]和[4]给出了对更一般扩散问题(带对流项的抛物方程)的数值求解和误差分析。