中等光强纳秒激光电离苯团簇产生多价碳离子的数值模拟和实验研究

飞秒强激光与团簇相互作用产生多价离子的现象已被广泛报道,然而近期多个研究小组发现当功率密度低至1010W/cm2的纳秒激光照射团簇时,同样也观察到了多价离子的存在.虽然可以用"多光子电离引发-逆韧致吸收加热-电子碰撞电离"电离机理对这种现象进行解释,但是缺乏相应的数值模拟.建立了一个简化的数值模型,根据有质动力势Up计算团簇内电子能量,再由Lotz公式计算出相应的电离截面,最后由动力学反应速率方程计算出团簇内多价碳离子随时间的演变.详细分析了团簇尺寸、电子密度等关键参数对多价离子产生的影响.数值模拟结果表明:团簇电离在小于0.7 ns时间尺度内完成,C2+,C3+和C4+多价离子强度达到平衡后,离子相对强度由大到小依次为C2+,C3+,C4+,这与实验结果相一致;多价离子的价态随着团簇尺寸的增加而升高,半径为5.6 nm的苯团簇比半径为3 nm的苯团簇更容易产生高价态的离子,这也与实验结果相一致.     

Numerical simulation and experimental investigation of parametric generation of light pulses in a KTP crystal

Numerical simulation and experimental investigation of the process of parametric generation of light inside a KTP crystal excited by laser pulses have been performed. The calculation method includes the solution of a system of coupled truncated equations, which describe the three-wave interaction in a laser resonator partially filled with a KTP crystal, with the use of reflection boundary conditions for amplitudes together with initial conditions corresponding to the level of noises. The time profile of the intensities of the interacting pulses and their energies were calculated. The results obtained make it possible to determine the optimal values of optical parameters of the resonator that ensure the maximum efficiency of conversion. The calculated values of the conversion efficiency are in good agreement with experimental data. Translated from Zhurnal Prikladnoi Spektroskopii, Vol. 67, No. 1, pp. 56–60, January–February, 2000.     

氚在锆合金包壳材料中的扩散行为模拟

基于氚扩散基本模型建立了氚扩散行为一维模拟程序,对模拟程序进行了典型实验验证,模拟结果与实验结果符合较好。分析了不同氚浓度、温度分布对锆合金包壳材料中氚的扩散行为的影响。分析结果表明：包壳-芯块间隙内氚浓度的升高会导致进出包壳的氚扩散通量提高,渗透通量增大;由于包壳氧化层相对较低的扩散系数,包壳氧化层的存在对氚渗透有较大的限制作用;温度对氚扩散速率的影响很显著,温度越高,扩散速度越快;锆合金外表面氧化层的相对低温限制了氚渗透出包壳管的速率,温度梯度导致的热致扩散有利于氚向包壳冷测扩散。     

加速器电水锤数值模拟与实验研究

强流加速器水介质形成线放电或击穿形成的冲击波对陶瓷真空界面具有破坏作用。为获得该冲击载荷的信息,应用通用软件ANSYS/LS-DYNA建立了一种水下爆炸有限元模型,将电弧放电等效为爆炸源,模拟得到了冲击波传播时序、压力历史曲线及陶瓷板的加速度响应;为验证模型的有效性,应用“针-板”电极水开关在输出电脉冲40~50 ns、幅值100~300 kV可调的10级陡化前沿Marx发生器上开展了电水锤缩比实验研究。实测了不同击穿电压下冲击波峰压、波速和主脉冲宽度,并依据经验公式计算了放电沉积能量和冲击波能量,平均约17%的间隙放电能量转换为冲击波机械能。对冲击波能量与峰压关系进行了拟合,并与数值模拟结果进行了比较,二者变化趋势基本一致,量级上吻合较好。     

加速器电水锤数值模拟与实验研究

强流加速器水介质形成线放电或击穿形成的冲击波对陶瓷真空界面具有破坏作用。为获得该冲击载荷的信息,应用通用软件ANSYS/LS-DYNA建立了一种水下爆炸有限元模型,将电弧放电等效为爆炸源,模拟得到了冲击波传播时序、压力历史曲线及陶瓷板的加速度响应;为验证模型的有效性,应用"针-板"电极水开关在输出电脉冲40～50 ns、幅值100～300 kV可调的10级陡化前沿Marx发生器上开展了电水锤缩比实验研究。实测了不同击穿电压下冲击波峰压、波速和主脉冲宽度,并依据经验公式计算了放电沉积能量和冲击波能量,平均约17%的间隙放电能量转换为冲击波机械能。对冲击波能量与峰压关系进行了拟合,并与数值模拟结果进行了比较,二者变化趋势基本一致,量级上吻合较好。     

基于板式换热器的天然气冷却模拟与实验研究

结合实际工程项目,针对某新型天然气冷箱液化流程中的三台钎焊板式换热器,采用双通道耦合换热模型,以分段线性插值法计算天然气物性,基于FLUENT软件进行了天然气冷却换热过程的CFD数值模拟仿真,并开展了该新型冷箱的实验测试研究。将数值模拟计算结果与HSYSY工艺流程设计值以及实验测试结果进行对比。结果表明,数值模拟计算结果与HSYSY设计值平均误差为4.94%,证明了采用CFD数值模拟方法对HYSYS工艺流程设计与设备选型进行校核具有一定的参考价值。数值模拟计算结果与实验测试结果平均误差为7.78%,证明了数值模拟仿真所采用的简化假设、换热模型以及求解方法对于板式换热器天然气冷却换热过程是合理的。     

强激光辐照下纯铝动力学响应和层裂的数值模拟

采用改进的损伤度函数模型,该模型将材料损伤断裂看作为一种典型的逾渗过程,根据逾渗临界准则,采用应力松弛函数来描述损伤后期微损伤之间的连通效应,考虑了损伤对材料本构的影响,对纯铝在强激光辐照下的动态力学响应和层裂破实验进行了数值模拟。通过高斯分布激光脉冲压力加载,计算分析了激光与样品相互作用。计算结果表明：损伤演化明显地改变了材料力学响应以及样品中波传播特性,计算较精确地再现了实测自由面速度随时间的变化过程。根据计算结果分析了损伤演化过程,485 μm厚样品中损伤的分布主要集中在距离样品后界面100 μm 范围内,具有明显的损伤局部化特征,最大损伤值为11.2%。     

随机过程数值仿真的精度实验与分析

为了考核随机过程数值仿真中采用的混沌多项式展开,小波动态自适应网格等的可靠性和近似程度,本文构造了一个具有解析解的随机过程,随后进行数值仿真。比较了数值仿真结果与解析解,证明两者是相互一致的。说明所采用的数值仿真方法是成立和近似度是可以接受的。所进行比较的随机过程解析解是相对比较简单的,当对更复杂的情况需要进一步数值实验验证。在文中并讨论了影响数值仿真精度和增加数值仿真工作难度的因素。     

混合板式换热器板通道的数值模拟研究

本文采用二维非稳态数学模型、周期性充分发展边界条件对混合板式换热器中的板通道内的流动和换热进行数值模拟。在Re=4407～22035工况范围内,计算了半圆型、半椭圆Ⅰ型和半椭圆Ⅱ型三种不同纵截面形状波纹板通道内的流动和换热性能。数值模拟结果分析表明,波纹通道内的流动会因为流体从凸面流向凹面时产生回流而形成涡,即产生扰动,强化了后面的换热,但同时增大了阻力。并得出半圆型通道换热最强,Nu为椭圆Ⅱ型的1.4倍;但其阻力最大,压降为椭圆Ⅱ型的1.9倍。     

炸药枪击试验和数值模拟研究

HL-10炸药是一种以RDX为基的含铝炸药,为了研究该炸药在子弹或金属破片撞击作用下的安全性,利用12.7 mm机枪法对钢壳包覆的柱形HL-10装药进行了枪击试验,试验结果表明,炸药没有发生燃烧或爆轰现象,由此可定义该炸药的枪击感度试验反应等级为1级。建立了炸药枪击试验的计算模型和数值计算方法,对子弹撞击和穿透炸药过程进行了三维数值模拟计算,计算结果与试验结果相符,分析了子弹速度对HL-10炸药枪击感度的影响,其结果可为炸药安全性评价分析提供理论根据。为了进一步验证计算模型和方法,对美国的PBX-9404炸药的枪击作用过程进行了计算分析,结果表明,PBX-9404炸药在枪击作用下发生了完全爆轰反应,与Neff等人的试验结果相吻合。     

Numerical evidence for mass dependence in the diffusive behavior of the “Heavy Particle” on the line

A numerical simulation shows that the diffusion constant of a test particle in a one-dimensional system of hard points depends on the mass of the test particle.     

感应式脉冲推力器中等离子体加速数值研究

为了分析感应式脉冲放电等离子体推力器中时变电磁场作用下等离子体的放电参数分布及其随着磁场强度变化的影响,引入了利用双曲型散度清除方法的二维轴对称瞬态等离子体流动的磁流体力学数值模型.计算结果表明,随着输入能量的增加,等离子体团出现速度峰值的时刻提前,等离子体中同时存在的异号电流环对其加速具有阻滞作用.等离子体的加速效率随着磁场强度非线性增大,磁场大于某一临界值时(几何构型下峰值磁场强度大于0.45 T),有限空间情况下等离子体的加速效率获得显著提高.     

混凝土材料动态力学性能实验与数值模拟研究

 利用轻气炮对素混凝土材料进行了3种不同冲击速度下的动态力学性能实验,得到了时间-应力曲线,随后利用软件进行数值模拟,将模拟结果与实验结果进行比较,解释了飞片和靶板破坏过程中波的传播过程。通过分析发现：混凝土材料表现出明显的率相关性、滞后效应和应力波的衰减特征,这些与材料内部损伤的演化密切相关;混凝土材料在压缩波、边侧稀疏效应和左、右自由表面反射拉伸波的共同作用下,最终形成宏观破碎;实验中靶板尺寸设计合理,有效避免了边侧稀疏效应对锰铜压阻计测试信号的影响。     

同轴插板式相移器数值模拟与实验研究

根据同轴插板式相移器的基本工作原理,对该相移器进行了数值模拟与优化设计,并重点研究了其结构工艺和相移控制方式。在此基础上研制了一个中心频率为4.1 GHz的相移器模型,并通过矢量网络分析仪进行了实验测量。测量结果表明：在4.0～4.2 GHz的频带范围内,该相移器可实现90°的相移量,相移量化精度为1°,相移精度为±１０°,相移器插损1.5 dB。     

卧式离心铸造过程数值模拟与水力学试验研究

建立了卧式离心铸造情况下液体充型及凝固过程的数学模型.基于该模型对卧式离心铸造轧辊离心阶段的温度场、流场进行了数值模拟.采用水力学模拟试验与数值模拟进行对比,结果表明数学模型准确可靠.通过对卧式离心铸造充型过程中金属液运动规律的分析,发现卧式离心情况下金属液按螺旋形轨迹充填型腔.随着转速的增加,金属液更易于均匀铺满型腔.这对采用卧式离心铸造轧辊的实际生产具有一定的指导作用. 关键词： 卧式离心铸造 数学模型 数值模拟 水力学试验     

冷藏展示柜蒸发器优化布置的数值模拟及实验研究

以冷藏展示柜为对象,建立了物理数学模型,用SIMPLE方法计算了3种蒸发器布置型式下柜内空气流动换热的温度场,并对柜内的温度变化过程进行了实验研究,实验结果与模拟计算结果吻合较好,验证了数值模拟的可靠性.通过数值模拟和实验研究得到冷藏展示柜蒸发器最优布置型式.     

弹丸超高速撞击铝靶成坑数值模拟

 低地球轨道的各类航天器易受到微流星体及空间碎片的超高速撞击,损伤航天器飞行关键系统,进而导致航天器发生灾难性的失效。微流星体及空间碎片防护结构设计,是航天器设计的一个重要问题。采用AUTODYN软件进行了弹丸超高速正撞击及斜撞击铝靶成坑的数值模拟,给出了二维及三维模拟结果。研究了弹丸密度、弹丸形状、板厚度、弹丸速度、弹丸直径和弹丸撞击入射角等对靶成坑的影响。模拟结果同实验结果进行了比较,模拟的成坑形状和特征尺寸同实验相吻合。验证了数值模拟方法的有效性。     

Experimental and numerical investigation on the exergy and entransy performance of a novel plate heat exchanger

There has been increased attention on various types of plate heat exchangers because of their high efficiency and compactness. This article presents an investigation of heat transfer and fluid flow performance of a novel plate heat exchanger based on numeric studies and experimental tests. Parameters of the novel plate heat exchanger are analyzed and discussed. The thermo-hydraulic transfer performance of different plate heat exchangers is comprehensively analyzed using the exergy and entransy principle. The results indicate that the novel plate heat exchanger has better thermo-hydraulic transfer performance than the smooth plate heat exchanger. The result of this study provides a paradigm for the optimal design of plate heat exchangers.     

Numerical investigation of the partial oxidation process in porous media based reformer

Numerical investigation of the thermal partial oxidation process of Methane in porous media based reformer is performed. A finite volume based CFD code, including radiation modeling, in combination with a detailed chemical kinetics scheme is used to perform the numerical simulation. A heterogeneous approach for the heat transport modeling in porous media (separate coupled energy equations for the gas and solid phases) was used. Validation of the model with experimental data is also performed. The model was able to predict the temperature behavior in the reformer reasonably well. However, the concentrations of H₂ and CO were under predicted while the H₂O concentration was over predicted.     

A hyperchaotic system stabilization via inverse optimal control and experimental research

In this paper, some basic dynamical properties of a four-dimensional autonomous hyperchaotic system are investigated by means of Poincar′e mapping, Lyapunov exponents and bifurcation diagram. The dynamical behaviours of this new hyperchaotic system are proved not only by performing numerical simulation and brief theoretical analysis but also by conducting an electronic circuit experiment. An efficient approaching is developed for global asymptotic stabilization of this four-dimensional hyperchaotic system. Based on the method of inverse optimal control for nonlinear systems, a linear state feedback is electronically implemented. It is remarkably simple as compared with other chaos control ways, like nonlinear state feedback.