不同的分子间势对LJD状态方程的影响

本文分別采用6-exp,M-M和LJ(6,12)三种形式的分子间作用势,计算了LJD理论的压缩性因子,以检验由于势的不同对LJD状态方程造成的影响。     

高温高压气体状态方程研究及钱学森方程改进

钱学森根据分子动理论的普遍原则,结合Lennard-JonesDevanshire(LJD)液体理论的结果,给出了一个适用于高温高压气体的普适状态方程. 该方程有物理基础,且具有计算精度高、形式简单及显含温度的优点. 本文用分子动力学方法检验了LJD理论的适用性,并给出精确的高温高压气体状态方程分子动力学数值解, 在此基础上修订了钱学森状态方程. 改进后的钱学森状态方程在高密度范围内与MD结果平均绝对偏差率小于10%.      

高压气体状态方程的计算机模拟

在解决某些特殊条件下的力学问题时,有时需要知道几十万大气压下的高压气体状态方程。这种高压状态方程难以用实验方法得到。从分子间相互作用势出发采用近似的统计模型导出理论状态方程是一种可行的办法。例如,在计算凝聚炸药爆轰产物性质时所用过的LJD状态方程(基于Lennard-Jones和Devonshire笼子模型的状态方程)就是其中之一。为了考察它与实际符合的程度,以便在更广的范围内使用这种类型的状态方程,本文采用Monte Carlo方法对高压气体的行为进行了直接的计算机模拟,将计算的等温线与LJD模型的结果进行了比较。     

应用LJD理论计算凝聚炸药的爆轰参数

本文采用Buckingham 6-exp势并考虑多层分子对笼子势能的贡献,导出了LJD模型的状态方程。用它计算了51种CHNO系炸药爆轰产物的平衡成分和CJ参数。在TQ16机上计算每个CJ点的机时约为30秒。     

流固偶合运动的边界元法

本文给出了流固偶合运动(包括物体散射辐射及偶合运动)的边界元法理论和应用.对于散射问题,求出了物体引起的散射势及入射波作用于物体的载荷.对于辐射问题,求出了辐射势及物体在流体中运动的附加质量和附加阻尼.偶合问题包括求其中包含的散射势和辐射势以及作用于物体之上的散射力、物体的附加质量、附加阻尼、物体在入射波作用下的运动.在偶合运动问题中,本文采取了边界积分方程与物体在流体中的运动方程联立求解的方法,并将其运用到边界元法的数值过程中.所编制的程序有较高的精度.最后给出了数值计算结果与理论解的比较.     

塑性损伤本构模型的自由能势函数研究

自由能势函数是不可逆热力学量及其共轭量的标量泛函,是广义标准材料模型的重要组成.论文根据损伤状态、过程、作用和伪势的定义和定理,分析了损伤耗散势的数学和物理含义,探讨了损伤耗散势的理论基础和描述耗散势的一般理论方法.研究了耗散势、损伤作用和自由能势函数的相互关系,给出了满足上述基本原理的自由能表达式,基于增量最小原理的变分形式得到了损伤理论基本方程的数值离散方程,实验模拟验证了该文理论和数值方法的正确性和有效性.     

绕流直接数值模拟误差分析

对于无边界绕流问题的计算流体力学模拟通常是将物体置于“足够大”的槽道中，而通过不断改变槽道尺寸以及离散网格密度，后验对比方式来检查模拟误差。本文结合多种经典流场理论，提出一种简单的先验误差估计方法来确定槽道尺寸以及相应的网格分布。在此方法中，对于槽道尺寸的确定基于线性叠加原理（即在极小雷诺数下采用Stokes理论解叠加，而在其他雷诺数条件下采用势流理论解叠加），来估计槽道尺寸对绕流结果的影响。而对网格尺寸与分布，则是使用多项式逼近中的基本误差分析工具，应用到速度边界层，远场势流，以及Rankine涡等简单流动，从而确定整个绕流问题中的离散误差。为了验证前面的理论分析结果，本文模拟了相当大雷诺数范围内的二维翼型以及三维圆球绕流，所得数值结果非常好地验证了理论分析。结果表明，对于Stokes流动问题，槽道尺寸需要大约100倍于物体特征尺寸来保证其结果与无边界绕流相差不超过1%；而在雷诺数超过大约100时，槽道尺寸只需10倍（二维绕流）或者5倍（三维绕流）于物体特征尺寸来达到同等精度。在此先验误差估计方法可应用于一般化的绕流问题。     

气泡与弹性边界的相互作用研究

从气泡与弹性边界相互作用基本现象入手, 基于势流理论, 建立气泡与弹性边界相互作用的数值模型, 计及浮力与表面张力, 模拟弹性介质附近单个气泡的动态特性, 通过气泡周围压力场的分布来讨论蘑菇状气泡的成因, 数值结果与已有实验结果吻合良好. 讨论两个气泡与弹性边界的相互作用, 并通过与Robinson 和Blake的实验结果对比, 验证数值模型的正确性. 数值模拟发现, 浮力、弹性系数和密度比是影响气泡动态特性的重要特征参数.      

液Ar冲击压缩特性的理论计算

用exp-6有效两体势模型和液体变分微扰理论计算了液Ar冲击压缩曲线,在35GPa以下的压力范围内计算的冲击压缩曲线与Thiel及Nellis等人的实验数据及其它理论的计算结果符合较好。计算结果表明文中所选的势较为准确地反映了液体分子间的相互作用。也对较高冲击压力下理论计算的冲击曲线和实验结果之间的偏差作了分析,结合不透明度实验的结果,我们认为当压力超过35GPa,温度在12000K以上时,液Ar体系电子激发对系统热力学状态有较大影响。     

沿平板下落薄膜流动的研究综述

沿平板下落薄膜流动的时空演化一直是流体力学中一个相当活跃的研究领域.全面回顾了下落薄膜从长波近似方程到积分边界层方程, 从线性稳定性分析到弱非线性分析, 从首次失稳到二次失稳以及从有限振幅计算到直接数值模拟的发展历程, 总结了下落薄膜已有的理论结果和数值结果.此外,还介绍了沿加热平板下落的薄膜流动的最新研究进展, 概述了其它类型下落薄膜的研究情况.      

PETN、RDX和HMX炸药爆轰参数的数值模拟

用吉布斯自由能最小原理,通过解化学平衡方程组,求解PETN、RDX和HMX炸药爆轰产物系统的平衡组分,计算结果与用BKW和LJD方法计算的结果相近。用自编的程序从碳的石墨相、金刚石相、类石墨液相和类金刚石液相4种相态中确定出炸药爆轰产物中游离碳更可能存在的相态,并用此相态计算碳的吉布斯自由能。以WCA状态方程作为爆轰气相产物的物态方程,对PETN、RDX和HMX炸药爆轰参数作了预言,爆轰CJ点的爆速、爆压和爆温的计算结果与实验值吻合得很好。     

交流电弧的外迴路对弧柱特性的影响

本文研究了交流电弧的弧柱与外迴路之间的耦合作用,以及电弧边界随时间的波动对电弧特性的影响,用数值方法给出了电弧的特性曲线。结果表明,当ωθ≤5时外迴路与弧柱间的耦合作用显著。弧电流在过零点后发生畸变,畸变大小与外迴路阻抗及ωθ值有关。电弧边界和热流势随时间波动较大,相对波动量可达50％以上。当ωθ≤1时,本文从理论上证实存在熄弧峰值电压,与实验结果一致。     

非对称涡流机理的数值研究

基于多重线涡模型(MLVM),本文建立了一种计算机时少、收敛性强的适用于大迎角涡流势流数值模拟的迭代算法,在给定物面上对称或不对称分离线位置条件下,首次得到了迎角大到60°的收敛解,用本文算法对一切拱头体进行的数值实验表明,旋转体在大迎角零侧滑时产生菲对称涡流的机理本质上是粘性的。     

地下爆炸气体输运的一种双孔隙度数学模型

考虑气体在压力驱动下的渗透、气体和岩体的热传导以及气体的扩散,建立了用于模拟地下爆炸气体输运的二维轴对称双孔隙度双渗透率数学模型,并编制了数值模拟程序;研究了参数在取值范围内变化对计算结果的影响。结果显示：泄漏到地表的气体随着裂隙区域圆心角的增大而先增大后减小,随裂隙渗透率的增大而增大,随介质孔隙度和孔隙渗透率的增大而减小。用该模型对一次砂砾岩中地下爆炸实验气体的泄漏行为进行了数值模拟。将数值模拟结果与气体泄漏实测结果进行对比,反推出当地介质的裂隙渗透率在4×10^-11 m2～5×10^-11 m2之间。利用反推得到的介质参数,可以对同类介质中地下爆炸气体泄漏行为进行预测。     

Morris-Lecar系统中通道噪声诱导的自发性动作电位研究

在生物物理学中, 越来越多的现象是由于分段确定性的动力系统与连续时间马氏过程之间的耦合作用而产生的. 因为这种耦合性, 相关的数学模型更适合取为随机混合系统而不是扩散过程(基于It?随机微分方程). 本文从理论上和数值上研究了在弱噪声条件下无鞍点状态的随机混合Morris-Lecar系统中, 由通道噪声诱导的自发性放电现象. 一个动作电位的初始阶段可视为噪声诱导的逃逸事件, 其最优路径和拟势可由辅助Hamilton系统给出. 由于系统不存在鞍点, 因此可选择虚拟分界线(ghost separatrix)为阈值, 研究噪声诱导的自静息态的逃逸事件. 通过计算在阈值处的拟势, 便可发现其值有一个明显的最小值, 其作用类似于鞍点. 通过改进的Monte Carlo模拟方法, 计算了历程概率分布, 其结果对初始阶段和兴奋阶段的理论解均给出了验证. 此外, 基于前人将拟势等高线作为阈值的另一种选择, 我们对两种阈值取法的优劣性进行了比较. 最后, 本文研究了钠离子和钾离子通道噪声的不同组合对最优路径和拟势的影响. 结果表明: 钾离子通道噪声在自发性放电过程中起主导作用, 且两种噪声强度存在一个最优比例能使总的噪声强度达到最小.      

用压电材料进行损伤鉴别的理论与数值分析

对压电材料用于损伤监测的理论和数值分析做了一些研究。首先,设计了一种用压电材料进行损伤监测的模型。然后,对这个模型进行分析,找出简单有效的解答办法,将求解过程分解为断裂力学分析和压电分析两部分,并通过适当的假设,进行了详细的理论推导。通过正电有限元程序进行仿真计算,将数值计算结果与理论解进行比较以验证提出理论的正确性,并分析得到了裂纹参数与压电层表面电势变化之间的关系和普通弹性材料泊松比对波峰参数的影响。最后,用提出的方法验算了两个例题。从结果来看,理论结果和数值结果非常接近。     

裂隙岩体局部化破坏分析的多重势面分岔模型

采用多重势面弹塑性分岔理论对裂隙岩体的局部化破坏进行计算模拟．基于多重势面弹塑性理论分析局部化问题，构造了适用于裂隙岩体破坏的多重势面不连续分岔模型，并使用数值方法求解局部化方阶在有限元方法的基础上，使用该模型计算裂隙岩体的局部化破坏条带．算例分析表明这一模型用于分析裂隙岩体的局部化破坏是有效的．     

三维湍流流动的涡量-向量势法数值模拟

本文采用涡量-向量势法,结合常规的 k-ε双方程湍流模型,并运用重新推导的固体壁面涡量边值计算法,对扁平射流煤粉燃烧器内的冷态三维流场进行了数值模拟。计算结果与实验数据相吻合。本文工作证明,用涡量-向量势法求解三维湍流问题是可行的,该法具有不应忽视的优越性,值得进一步开发。     

楔形体入水时域解的复边界元数值分析

基于速度势理论,利用复数变量边界元法对二维楔形体常速入水冲击的时域解进行了数值研究。 以相似解作为数值计算的初始条件,采用时域解射流线性近似处理方法,利用复数变量边界元法进行求解,以 减少计算量和数值误差。深入讨论了扩展坐标系求时域解、射流处理、网格划分和网格更新等关键技术。最 后数值计算了不同斜升角楔形体入水时的自由液面隆起、射流飞溅和压力分布,经与相似解结果作比较,自由 液面隆起轮廓基本吻合,而压力分布更符合实际情况,从而证明了模型及分析方法的正确性。     

用两方程模型计算回转体尾部和尾流湍流流动的流线迭代法

本文提出一种利用流线迭代法计算回转体尾部和尾流的定常、不可压缩湍流流动的数值方法。采用Harlow-Nakayama提出的两方程(K-ε)湍流模型。在数值计算上.1)把湍流流动中的总压,湍动能和它的耗散率方程中的对流项写成这些量沿流线变化的形式,静压采用径向压力梯度方程。2)用坐标变换,把径向和轴向都延伸至无穷远的流动区域变换到有限区域内,在外边界可使用自由来流条件,边界层流动和层外的势流流动可用统一的方程组求解。3)没有部分抛物型和薄边界层等种种近似假定。计算实例表明,理论预测和试验结果吻合。