La0.7Sr0.3CoO3-δ钙钛矿催化剂表征及其催化氧化碳黑性能研究

为了研究La_(0.7)Sr_(0.3)CoO_(3-δ)钙钛矿催化剂对碳黑的催化氧化过程,本研究通过研究催化剂和碳黑的两种不同接触方式,即紧密接触与松散接触,讨论了其对碳黑催化氧化过程的影响。结果表明,与松散接触和无催化剂接触条件相比,紧密接触条件下碳黑的tig(起燃温度)分别下降了89.5和157.4℃,同时随着催化剂/碳黑的比例增加,碳黑氧化的tig、tm(最大转化温度)、tf(燃净温度)均向低温区域移动,表明该催化剂对碳黑有着良好的催化氧化性能。     

拉普拉斯算子的直观物理意义

梯度、散度、旋度等算子的物理意义都很直观,但拉普拉斯算子的物理意义则不明显。本文通过基于空间导数定义,利用中心差分的方法直观地给出了拉普拉斯算子的物理意义,即当离散点间距趋于零时,每个离散点的值若等于它周围点的值的平均值,则拉普拉斯值为零。我们指出,在一定程度上这种描述类似于"曲率",但又有着显著不同。另外,在此物理意义的基础上总结出局部均匀剪切和均匀旋转两种常见的拉普拉斯值为零的情形,给出了直观的图形描述。最后,利用此物理意义解释了拉普拉斯算子和扩散的关系。本文的目的是帮助学生更好地学习掌握相关知识。     

标量湍流的能量传输特性

应用直接数值模拟数据,从标量湍流传输的三波关系出发,进行湍流及标量湍流传输谱的多尺度分析,研究不同尺度间的能量传输性质,证实标量能量的传输与湍动能传输具有不同性质,大尺度速度脉动对标量传输有较大贡献,尤其是与标量小尺度脉动的相互作用,使标量模拟需要有比速度场更高的网格分辨率;并发现标量湍流的能量传输具有明显的非局部性;另外,定义了能量传输系数,发现在相同的Re数和Pe数条件下,标量湍流的对流惯性较速度脉动的惯性子区宽.     

A Closure for Isotropic Turbulence Based on Extended Scale Similarity Theory in Physical Space

The closure of a turbulence field is a longstanding fundamental problem, while most closure models are introduced in spectral space. Inspired by Chou's quasi-normal closure method in spectral space, we propose an analytical closure model for isotropic turbulence based on the extended scale similarity theory of the velocity structure function in physical space. The assumptions and certain approximations are justified with direct numerical simulation. The asymptotic scaling properties are reproduced by this new closure method, in comparison to the classical Batchelor model.     

Corrections to the scaling of the second-order structure function in isotropic turbulence

The approach of Obukhov assuming a constant skewness was used to obtain analytical corrections to the scaling of the second order structure function, starting from Kolmogorov＇s 4/5 law. These corrections can be used in model applications in which explicit expressions, rather than numerical solutions are needed. The comparison with an interpolation formula proposed by Batchelor, showed that the latter gives surprisingly precise results. The modification of the same method to obtain analytical corrections to the scaling law, taking into account the possible corrections induced by intermittency, is also proposed.     

一种改进的均匀各向同性湍流初始化方法

均匀各向同性湍流是一种最简单的湍流理想状态,也是湍流基础理论研究的最重要对象之一.为了用数值方法产生均匀各向同性湍流场,一般采用Rogallo提出的方法在谱空间生成初始场,然后再转换到物理空间.研究表明,由该方法生成的初始湍流场在3个棱向上呈各向异性,在结构函数和速度概率密度分布上均有体现.尽管在初始场样本很多时,这种各向异性可以在平均意义上消除,但作为数值模拟采用的单个流场则波动较大,不利于在实际计算中作为单个初始场生成各向同性湍流.在此基础上提出一种改进的Rogallo初始化方法,称为模量平均法,将Rogallo方法在3个轴向分别进行,并进行模量平均,最后采用能谱进行模量控制.这种方法可以一方面保持初始场能谱,另一方面减小单个流场的各向异性波动,以产生各向同性程度更佳的单个初始场.在统计意义上,新方法可以分别将结构函数和速度概率密度的相对标准差减小约10%.     

一种基于过滤与反卷积的新型高阶浸没边界法

传统浸没边界法在边界附近只有一阶精度,而高精度的改进方法都需要额外引入跳跃条件,因此不具备普适性．文中设计了一种基于过滤和反卷积的新型算法,既在一定程度上提高了精度,又避免了以往方法中引入额外跳跃条件的难题．通过一个简单的一维算例验证了新算法可以达到接近二阶精度,其具体的精度值与反卷积步骤中选取的逆核函数在积分域边界的连续性有关．     

可解尺度各向同性湍流的标度律

针对大涡模拟, 首先利用 EDQNM 能谱和传输谱理论, 在3种不同的过滤器下分别计算可解尺度各向同性湍流的二阶、三阶结构函数标度律, 并通过速度差扭率验证了可解尺度湍流的 ESS 理论. 研究了该可解尺度湍流标度律及速度差扭率与多个因素的关系, 这些因素包括: 两点距离与过滤尺度的比、大涡模拟雷诺数和过滤器类型. 结果显示, 当两点距离位于过滤尺度量级时或大涡模拟雷诺数较小时, 可解尺度标度律与未过滤流场的标度律相差很大进而必须加以修正, 而且可解尺度流场也不再总是满足 ESS 理论进而对应的速度差扭率也需要修正. 然后通过3个例子介绍了这些结果在大涡模拟亚格子模型中的应用.      

理性亚格子建模的实践与反思

亚格子建模是大涡模拟中的核心问题之一.理性亚格子建模的初衷是为尽量去除建模过程中的经验和唯象的成分,让建模过程中的每一步都在物理和数学上有迹可循.根据理性亚格子建模的理论已经发展出一系列不依赖经验常数和唯象模型的亚格子模型,但在实际问题中的效果却仍有不足,从而引发了近年来对亚格子建模思想本身的反思.本文回顾已有的研究和新的进展,目标是对未来的大涡模拟给出理性且自洽的理论指导.     

非均衡湍流研究进展

Richardson-Kolmogorov能量级串理论是湍流研究中最重要的基础理论,其中一个推论是能量的传输和耗散应当是均衡的,对应于耗散系数${C_\mathit{\boldsymbol{\epsilon}}}$为常数.然而近些年的实验及数值模拟都发现了不符合Richardson-Kolmogorov能量级串理论的非均衡耗散律,即使在此区域内Reynolds数足够高,能谱满足Kolmogorov的-5/3标度律,${C_\mathit{\boldsymbol{\epsilon}}}$也不为常数,而满足${C_\mathit{\boldsymbol{\epsilon}}}$~Re_Im/Re_Ln,其中m≈1≈n,Re_I为入口Reynolds数,Re_L为以积分尺度为特征长度的当地Reynolds数.近三年来又发现流向速度梯度扭率S_k和Lagrange速度梯度自相关的时间演化Φ'_ijij也可以用来度量非均衡湍流现象,为非均衡湍流的研究开辟了新路.