粗糙微管道内液体流动特性的实验研究

利用实验方法研究了粗糙度对矩形截面微管道内液体流动阻力特性的影响，采用微观粒子图像测速技术测量了粗糙微管道内的流场结构.实验结果表明：在层流状态下，3%—7%的相对粗糙度可以导致微管道内流动阻力的明显增加，在粗糙单元附近形成的压差阻力是导致流动阻力增加的主要原因.粗糙单元还会引起微管道内的流动失稳，导致粗糙微管道内层流向湍流的转捩提前. 关键词： 微管道 粗糙度 微观粒子图像测速 转捩     

BGK方法在非结构网格上的应用

采用旋转局部坐标的方法,发展了一种针对非结构网格的BGK计算方法.该方法属于有限体积法,大致分为两个步骤:①空间离散:②通量计算及时间推进.在第①步中,采用基于最小二乘法的高阶ENO格式来获得宏观物理量的高阶导数;在第②步中,采用旋转坐标轴的方法来计算非结构网格单元各边的通量.并得出了后台阶绕流(Backward Facing Step)及翼型绕流(Flow Over an Airfoil)两个算例的计算结果.     

小口径轴对称收缩喷嘴射流冲击大平板噪声特性的实验研究

为研究小口径喷嘴冲击射流的噪声特性，测定了3mm口径的轴对称收缩喷嘴在各种压比情况下产生的亚音速和超音速射流冲击坚固大平板产生的噪声。发现噪声在空间呈近似四瓣分布，当喷嘴与平板距离减小时，噪声指向壁射流下游的瓣到增强，反之，噪声指向喷嘴上游的瓣得到增强。噪声随喷嘴距平板距离的增加呈增强的趋势，在距平板一定距离内有锯齿现象。噪声随喷嘴压比的增加而增强，相应于各种工况，存在一不同的压比值，此压比之前，噪声随压比的增大而迅速提高，但有起伏现象，在此压比之后，噪声平缓地随压比的增大而增强。     

长微直管内气体低速流动的亚堵塞现象

长微直管道内多流态并存的流动特性研究不仅有理论意义，而且在太空飞行器的控制系统中有着重要的应用价值.采用实验研究和理论模型近似分析相结合的方法研究了长微直管道内的气体流动特性.实验中，以空气为工作介质，进口压力分别设定为130，250，320kPa，出口压力变化范围为9—100?kPa.沿程分布有五个测压点，进出口设有温度传感器，测量出口流量的同时可以得到沿程压力分布.近似理论模型采用二维平板近似模型.研究发现，在保持进口压力不变、不断降低出口压力的条件下，当进出口压比低于5.3左右时，质量流量随压比增加 关键词： 长微直管道 亚堵塞 表面积与体积比 多流态并存 临界压比     

超声速中等欠膨胀冲击射流的涡声关系研究

使用大涡模拟方法对冲击面为平面的超声速中等欠膨胀冲击射流进行了数值模拟.利用三阶迎风和四阶对称紧致格式对无量纲化轴对称可压缩滤波N-S方程进行空间离散,时间上推进采用的是三阶精度的TVD型Rugge-Kutta法. 通过与经典的冲击射流实验比较,证实了程序的可靠性. 数值模拟得到了流场中不同尺度的涡结构和激波结构,观察到了上行声波和反射波以及流场中不同位置的声源,分析了冲击区剪切层附近区域的压强和涡旋转强度变化的频率、冲击平板上的压强变化频率以及射流剪切层中不同位置的涡合并出现的频率,发现冲击区剪切层附近区域的压强和涡强度变化以及射流剪切层中的涡合并现象和离散频率的冲击单音有重要关联.      

微纳结构超疏水表面的湍流减阻机理研究

超疏水表面的优异性质使其在现代生活和工业生产中具有十分广泛的潜在应用价值. 本文采用了碳纳米管缠绕技术和聚氟硅氧烷疏水化处理方法制备了具有二级微纳米结构的超疏水表面. 测量了由该超疏水表面构建的槽道中的流动压降,将其与普通表面构建的槽道内的流动压降进行比较,发现在层流情况下,流动阻力减小最多达到了22.8%. 在湍流的情况下,超疏水表面的减阻比例约为53.3%,减阻效果比层流更加明显.利用PIV (particle image velocimetry) 技术测量了具有超疏水表面的槽道内的速度场,通过超疏水表面速度滑移和湍动脉动场信息,分析了湍流减阻效果比层流更加明显的物理机制.     

Gas flow characteristics in straight silicon microchannels

Experiments have been conducted to investigate nitrogen gas flow characteristics through four trapezoidal silicon microchannels with different hydraulic diameters. The volume flow rate and pressure ratio are measured in the experiments. It is found that the friction coefficient is no longer a constant, which is different from the conventional theory. The characteristics are first explained by the theoretical analysis. A simplified rectangular model (rectangular straight channel model) is then proposed. The experimental results are compared with the theoretical predictions based on the simplified rectangular model and the two-dimensional flow between the parallel-plate model which was usually used. The difference between the experimental data and the theoretical predictions is found in the high-pressure ratio cases. The influence of the gas compressibility effect based on the Boltzmann gas kinetic analysis method is studied to interpret the discrepancy. We discuss two important factors affecting the application extent of different prediction models.     

超音速冲击射流离散频率噪声的屏蔽抑制方法

根据导致超音速冲击射流离散频率噪声的反馈机理，提出了一种能够有效地破坏反馈环的形成，从而抑制超音速冲击射流离散频率噪声的喷嘴屏蔽方法。这种方法是通过阻隔反馈波使其不能到达喷嘴唇口从而破坏反馈环、同时屏蔽罩不与射流接触来实现降噪的目的的。本文介绍了这种方法的基本思想并提出了屏蔽罩的设计要点。实验结果表明，对于合适的屏蔽罩的参数，降噪效果达5分贝以上。应用LDV方法对超声速射流轴线速度进行了测量和比较，发现应用屏蔽降噪方法以后射流轴线速度显著增加，核心区长度增加50%左右。分析表明这种降噪方法对射流冲击障碍物的推力和除尘除水效率的提高有帮助。     

Controllable preparation of vertically standing graphene sheets and their wettability and supercapacitive properties

Vertically standing graphene(VSG) sheets have been fabricated by using plasma enhanced chemical vapor deposition(PECVD) method.The lateral size of VSG nanosheets could be well controlled by varying the substrate temperature.The higher temperature usually gives rise to a smaller sheet size.The wettability of VSG films was tuned between hydrophobicity and hydrophilicity by means of oxygen and hydrogen plasma treatment.The supercapacitor electrode made of VSG sheets exhibited an ideal double-layer-capacitor feature and the specific capacitance reached a value up to 9.62 F·m~(-2).     

冲击射流中反馈环机理的再研究

冲击射流的噪声抑制对于研究短程起飞和垂直起降飞行器(STOVL)是极其重要的. 为了研究冲击射流噪声尤其是冲击单音与涡结构尺度之间的关系以及反馈声波的上传方向,采用小波分析技术和``声类比'方法来分析冲击单音的传播方向. 研究中用到的冲击射流的速度场由PIV技术给出,冲击单音的频率通过噪声场的测量获得. 利用双正交小波变换来提取冲击射流速度场中含有的波动信息,结合冲击单音的频率特性对噪声场进行研究.研究结果表明大尺度结构是冲击单音的``拟声源'. 此外,还可以看出大尺度涡结构产生的反馈声波一部分向喷嘴出口处传播,形成反馈环;另一部分反馈声波向四周传播.