多孔介质方腔内混合对流格子Boltzmann模拟

采用格子Boltzmann方法,对多孔介质方腔内的混合对流现象进行研究.方腔内部中心有一发热圆,径宽比D/L=0.4,冷流体从方腔左下角入口流进,从方腔左上角出口流出,四周壁面绝热.在普朗特数Pr=0.71和格拉晓夫数Gr=1.4×10⁴时,分析理查德森数Ri和达西数Da对发热圆表面平均努赛尔数Nu的影响.结果表明：Ri数位于10^-3~10范围内,Nu随Ri的增大而减小.Da越大,Ri对Nu的影响越显著;Da数位于10^-5~10^-2范围内,强制对流占主导的情况下（Ri≤0.1）,Nu随着多孔介质的Da的增大而增大.自然对流占主导的情况下（Ri=10）,Nu对Da的变化不敏感.     

淡水湖泊水下未知物体形状的反演

将逆散射问题转化为由远场算子F、测试远场数据f和未知物体边界Γ构成的算子方程F(Γ)=f.利用Levenberg Marquardt方法和A.Kirsh引入的F在Γ上导数,求解该方程,从而确定未知物体边界Γ.     

热质双扩散与流固共轭传热及吸附的LBM模拟

采用格子Boltzmann方法,基于孔隙尺度,对填有均匀介质的复合方腔顶盖驱动双扩散混合对流及流固共轭传热、吸附进行数值模拟.在孔隙率ε=0.79,普朗特数Pr=0.7,格拉晓夫数Gr=10⁴和路易斯数Le=1.0时,就不同浮升力比（-100≤Br≤100）和吸附率常数（0.001≤k₁≤0.005）对方腔内部热质传输的影响进行比较.给出流线、等温线、等浓度线、平均努赛尔数Nu_av、舍伍德数Sh_av和吸附量等.结果表明Br通过改变介质所处流场的浓度分布影响吸附,而k₁的增加显著地提高吸附效率和吸附能力.     

周期力调制噪声驱动下单模激光系统的多重随机共振

在周期力调制噪声驱动下单模激光系统的光强方程中加入调幅波, 用线性化近似方法计算了系统的光强关联函数和输出信噪比, 并对信噪比进行数值计算和分析, 发现低频调制频率Ω、高频载波频率ω和周期力频率Ω_λ对系统的输出信噪比有很大的影响. 具体表现为信噪比R 随低频调制频率Ω 的变化过程中出现了多重随机共振和极强的单峰共振, 当Ω << ω 时, 系统出现的是多峰共振, 且随着Ω_λ 增加, 共振峰间的距离增大, 峰值位置不变; 当Ω → ω 时, 输出信噪比R迅速增大, 而Ω_λ 的影响被削弱甚至可以忽略, 多峰共振消失; 当Ω = ω 时, 系统出现了极强的单峰共振. 此外, 信噪比随周期力频率的变化呈现振幅减小的多重随机共振, 而随载流频率的变化出现单峰随机共振.     

湍流热对流DNS多分辨率并行直接求解方法

依据温度标量场与动量计算的空间和时间计算分辨率不同的特点,采用两套网格,建立多分辨率双网格并行直接求解方法,用以解决极高Ra数湍流热对流DNS模拟巨大计算工作量的难题.在两套网格的数据交换上,根据每个细网格都满足连续方程,设计了速度的守恒平移插值方法.二维极高Ra数湍流热对流的计算结果表明,采用多分辨率双网格并行直接求解方法的DNS计算,可以使计算工作量降低近一个量级.瞬时温度场显示,双网格方法的计算结果可以很好地描述极高Ra数下快速运动的小尺寸漩涡团状羽流,得到的结果与原网格一致,不同方法计算得到的传热Nu数误差不超过1%.     

脉冲源法测量次临界系统裂变衰减特性的理论分析和数值模拟

针对点堆动力学理论解释脉冲源法测试原理时存在的问题, 基于无源中子输运方程分析次临界系统总中子数、泄漏γ射线计数率随时间的变化关系。理论分析表明: 脉冲中子源作用结束后(无源条件下), 在一定时间范围内, 泄漏γ射线计数率和总中子数近似成正比, 两者随时间变化服从近似指数衰减规律, 反映系统本身的裂变衰减特性, 可以由总中子数和γ射线计数率求解瞬发中子衰减时间常数。基于蒙特卡罗程序构造类Godiva裸铀球次临界系统, 模拟脉冲中子源作用下中子和γ射线输运过程, 计算总中子数、泄漏γ射线计数率及两者比值随时间的变化关系, 结果与理论分析一致; 利用脉冲源法由总中子数、泄漏γ射线计数率计算瞬发中子衰减时间常数α₀, 得到与α-k迭代一致的α₀。说明总中子数、泄漏γ射线计数率可以准确反映系统本身的裂变衰减特性。此外, 根据理论分析和模拟计算给出脉冲源法可用数据的时间范围, 分析泄漏γ射线计数率和总中子数比值的影响因素。     

出口雷诺数对平面射流自保持性的影响

通过实验研究出口雷诺数对平面湍流射流自保持性的影响. 测量的射流来自相同的喷嘴但不同的雷诺数Re（≡U_jh/ν,其中U_j是出口平均速度、h是窄缝出口的厚度和ν是黏性系数）,其变化范围是Re=4582—57735.所得的数据包括沿轴线的平均速度、湍流强度、积分尺度、高阶矩和能谱. 实验发现,随着Re的增大,平面射流发展减慢,平均速度和湍流强 关键词： 平面射流 雷诺数 自保持性     

尖晶石铁氧体TixNi1-xFe2O4中阳离子分布和Ti离子磁矩的实验研究

采用固相反应法制备了系列样品Ti_xNi_1-xFe₂O₄ (x=0.0, 0.1, 0.2, 0.3, 0.4). 室温下的X射线衍射谱表明样品全部为(A)[B]₂O₄型单相立方尖晶石结构, 属于空间群Fd3m. 样品的晶格常数随Ti掺杂量的增加而增大. 样品在10 K温度下的比饱和磁化强度σ_S随着Ti掺杂量x的增加逐渐减小. 研究发现, 当Ti掺杂量x≥ 0.2时, 磁化强度σ随温度T的变化曲线出现两个转变温度T_L和T_N. 当温度低于T_N时, 磁化强度明显减小; 当温度达到T_N时, dσ/dT具有最大值. σ-T曲线的这些特征表明, 由于Ti掺杂在样品中出现了附加的反铁磁结构. 这说明样品中的Ti离子不是无磁性的+4价离子, 而是以+2和+3价态存在, 其离子磁矩的方向与Fe和Ni离子的磁矩方向相反. 利用本课题组提出的量子力学方势垒模型拟合样品在10 K温度下的磁矩, 得到了Ti, Fe和Ni三种阳离子在(A)位和[B]位的分布情况, 并发现在所有掺杂样品中, 80%的Ti离子以+2价态占据尖晶石结构的[B]位.     

倾斜度及温度震荡频率对三维多孔介质方腔自然对流换热的影响

对三维多孔介质倾斜方腔内非稳态自然对流换热进行数值研究.腔体右壁面(X=1)保持恒温T₀,左壁面(X=0)基于温度T₀按正弦规律变化,其他所有壁面保持绝热.采用Brinkman扩展达西模型及SIMPLE算法模拟方腔内的流动.方腔沿y轴转动倾角α1的变化范围为0°~90°,沿x轴转动倾角α2的变化范围为0°~45°,无量纲温度震荡频率f的变化范围为5π~90π.详细研究倾角和温度震荡频率对三维方腔自然对流换热的影响.计算结果表明:当倾角α1=46°,α2=45°及温度震荡频率f=45π时,方腔内的换热最强.     

GdBaCo2O5+δ体系的滞弹性内耗研究

GdBaCo₂O_5+δ体系的低频内耗研究表明：体系中存在一个由额外氧运动引起的弛豫内耗峰；额外氧δ对这个弛豫内耗峰的大小、峰形及峰位有较大影响，反映了额外氧状态随δ而变化.当δ=0.005，体系中额外氧含量很少而接近零时，相应的内耗峰消失；δ达到一定数量后，出现弛豫内耗峰.由δ=0.278，0.407，0.421，0.515样品的弛豫内耗峰分析可得到体系随δ不同存在着三种不同的额外氧形态.此外，δ=0.421及0.515的样品在360K附近存在一个相变内耗峰，它对应着体系中的金属—绝缘体转变. 关键词： 2O_5+δ')" href="#">GdBaCo₂O_5+δ 额外氧 内耗峰     

Effects of Prandtl number in two-dimensional turbulent convection

We report a numerical study of the Prandtl-number(Pr) effects in two-dimensional turbulent Rayleigh-Benard convection.The simulations were conducted in a square box over the Pr range from 0.25 to 100 and over the Rayleigh number(Ra) range from 107 to 1010.We find that both the strength and the stability of the large-scale flow decrease with the increasing of Pr,and the flow pattern becomes plume-dominated at high Pr.The evolution in flow pattern is quantified by the Reynolds number(Re),with the Ra and the Pr scaling exponents varying from 0.54 to 0.67 and-0.87 to-0.93,respectively.It is further found that the non-dimensional heat flux at small Ra diverges strongly for different Pr,but their difference becomes marginal as Ra increases.For the thermal boundary layer,the spatially averaged thicknesses for all the Pr numbers can be described by δ_θ～Ra~(-0.30) approximately,but the local values vary a lot for different Pr,which become more uniform with Pr increasing.     

非牛顿流体沿竖直平板自然对流传热的计算研究

非牛顿幂次流体沿竖直平板层流自然对流为非线性两点边值问题,其速度场与温度场需耦合求解。采用几种数值方法对该问题进行了计算,研究了各种普朗特数(Pr)及不同幂次流体对沿壁面平均努赛尔数(Nu)的影响变化,并与有关文献的结果进行了对比分析。     

Temperature dependent direct-bandgap light emission and optical gain of Ge

Band structure, electron distribution, direct-bandgap light emission, and optical gain of tensile strained, n-doped Ge at different temperatures were calculated. We found that the heating effects not only increase the electron occupancy rate in the Γ valley of Ge by thermal excitation, but also reduce the energy difference between its Γ valley and L valley. However,the light emission enhancement of Ge induced by the heating effects is weakened with increasing tensile strain and n-doping concentration. This phenomenon could be explained by that Ge is more similar to a direct bandgap material under tensile strain and n-doping. The heating effects also increase the optical gain of tensile strained, n-doped Ge at low temperature, but decrease it at high temperature. At high temperature, the hole and electron distributions become more flat, which prevent obtaining higher optical gain. Meanwhile, the heating effects also increase the free-carrier absorption. Therefore, to obtain a higher net maximum gain, the tensile strained, n-doped Ge films on Si should balance the gain increased by the heating effects and the optical loss induced by the free-carrier absorption.     

Dynamic behaviors of water contained in calcium-silicate-hydrate gel at different temperatures studied by quasi-elastic neutron scattering spectroscopy

The dynamic behaviors of water contained in calcium-silicate-hydrate(C-S-H) gel with different water content values from 10%to 30%(by weight),are studied by using an empirical diffusion model(EDM) to analyze the experimental data of quasi-elastic neutron scattering(QENS) spectra at measured temperatures ranging from 230 K to 280 K.In the study,the experimental QENS spectra with the whole Q-range are considered.Several important parameters including the bound/immobile water elastic coefficient A,the bound water index BWI,the Lorentzian with a half-width at half-maximum(HWHM) Γ_1(Q) and Γ_2(Q),the self-diffusion coefficients D_(t1) and D_(t2) of water molecules,the average residence times τ_(01)and τ_(02),and the proton mean squared displacement(MSD)(u~2) are obtained.The results show that the QENS spectra can be fitted very well not only for small Q(≤1 A~1) but also for large Q.The bound/immobile water fraction in a C-S-H gel sample can be shown by the fitted BWI.The distinction between bound/immobile and mobile water,which includes confined water and ultra-confined water,can be seen by the fitted MSD.All the MSD tend to be the smallest value below 0.25 A~2(the MSD of bound/immobile water) as the Q increases to 1.9 A~1 no matter what the temperature and water content are.Furthermore,by the abrupt changes of the fitted values of D_(t1),τ_(01),and Γ_1(Q),a crossover temperature at 250 K,namely the liquid-to-crystal-like transition temperature,can be identified for confined water in large gel pores(LGPs) and/or small gel pores(SGPs) contained in the C-S-H gel sample with 30% water content.     

外加电场和Al组分对纤锌矿AlGaN/GaN量子阱中的电子g因子的影响

研究了外加电场和垒层的Al组分对AlGaN/GaN量子阱中的横向和纵向g因子(g⊥和g//)及其各向异性(δg)的影响.纤锌矿体结构的贡献(S_//~(bulk)和g⊥)是构成g⊥=(g//-g_0)=g_//~(bulk)的主要部分,但g_//~(bulk)和g⊥的差值很小且几乎不随外加电场和Al组分改变.当外加电场的方向同极化电场的方向相同(相反)且增加时,g_//~(bulk)和g_⊥~(bulk)的强度同时增加(减小).当外加电场从-1.5×10~8 V·m~(-1)到1.5×10~8 V·m~(-1)变化时,异质结界面对g⊥的贡献(Γ_(Inter))大于0且强度缓慢增加,阱层对g⊥的贡献(Γ_W)小于0且强度也缓慢增加.然而Γ_(Inter)的强度比Γ_w大,且后者的强度随着外加电场的改变增加较快,所以δg0且强度随着外加电场的变化而减小.当垒层的Al组分增加时,如果不考虑应变效应(S_(1,2)=0),g_//~(bulk)和g⊥的强度同时减小,然而考虑应变效应后(S_(1,2)≠0),β_1g⊥和γ1(g_//~(bulk))的强度随着Al组分的增加而增加.随着垒层Al组分的增加,Γ_(Inter)和Γ_w的强度都增加,但Γ_(Inter)的强度较大且增加得较快,所以的的强度缓慢增加.g⊥的强度先随着Al组分的增加而减小,然后又随着Al组分的增加而增加,因为g⊥小于0且强度随着Al组分增加得很快.结果表明,AlGaN/GaN量子阱结构中的电子g因子及其各向异性可以被外加电场、垒层的Al组分、应变效应和量子限制效应共同调制.     

外加直流电场作用下高阶弱非线性复合介质的电势分布

利用同伦分析方法, 研究了一类由柱形杂质随机嵌入基质所形成的、电场和电流密度满足J = σ E + χ |E|²E + η|E|⁴E 形式本构关系的高阶弱非线性复合介质在外加直流电场作用下的电势分布问题. 首先利用模函数展开法, 将本构方程及边界条件化成了一系列非线性常微分方程的边值问题; 再利用同伦分析方法进行求解, 给出了电势在基质和杂质区域的渐近解析解. 关键词： 高阶弱非线性复合介质 模函数展开法 同伦分析方法 电势分布