圆筒内开缝圆筒自然对流的数值模拟

建立三维圆内开缝圆的数学模型,分别采用二维和三维SIMPLE算法QUICK格式,对王国祥实验参数下的圆内开缝圆自然对流换热问题进行数值模拟,当Ra数较小时,系统为稳态的,二维和三维数值结果均与实验结果吻合得非常好,当Ra数较大时,系统随时间振荡,整体呈现明显的三维特性,二维数值结果与实验结果的差异趋于增大,而三维数值结果与实验结果仍吻合得非常好。     

离心压缩机静叶间时序效应的实验研究

轴流压缩机中的时序(Clocking)效应已通过实验和数值模拟被证实存在,而离心压缩机中时序效应的研究还很少见报道.本文通过实验,研究了静叶间时序效应对压缩机性能的影响,并采用热膜传感器,测量了叶轮出口和扩压器进口流场.实验表明,Clocking效应对压缩机效率影响明显,影响幅值超过2%,最大达到3.6%,对压比也有相应的影响.不同Clocking位置,叶轮出口切向集平均速度改变达3.3%,径向达16.5%;对扩压器进口切向集平均速度的影响超过2%,径向达4%,且扩压器进口流动角改变1.5°.     

炸药条加载圆柱壳的数值模拟（Ⅱ）：解耦分析与实验验证

 根据已报道的二维流固耦合数值模拟结果,建立了经缓冲橡胶整形后的单炸药条载荷模型。将炸药条载荷叠加后直接施加在圆柱壳表面,进行二维解耦模拟,得到了与流固耦合模拟基本吻合的应力结果。在此基础上,对19条炸药条加载Φ265 mm×380 mm圆柱壳进行了三维解耦模拟,并采用相同状态的实验予以验证。结果表明,特征点应变响应吻合较好,验证了炸药条加载圆柱壳解耦数值模拟的有效性,为大量工况数值分析、提高建模和计算效率奠定了基础。     

电子束能量沉积的相对论Fokker-Planck方程的计算方法

针对相对论电子束在高密度等离子体中的能量沉积过程,建立三维动量空间中快电子能量沉积的相对论Fokker-Planck方程的可计算物理模型,构造数值算法并研制数值模拟程序.通过与解析模型和蒙特卡罗模拟相比较,验证数值方法和程序的可靠性.在二维动量空间的模拟基础上,通过计算能量区间为0.5 MeV~3.5 MeV的快电子在背景密度为300 g·cm^-3的氘氚等离子体中的能量沉积过程,发现由于碰撞效应使平均散射角趋近平衡,三维动量空间计算快电子连续射程和穿透深度与二维结果基本一致.     

离心压缩机级内静叶时序效应的数值研究

本文采用三维粘性非定常数值模拟的方法研究了离心压缩机级内静叶的clocking(时序)效应,研究结果表明,当两级静叶相对周向位置改变时最大效率变化为0.175%.另外,通过对非定常计算叶根,叶中和叶尖处流场图的分析,发现非定常环境下上游周期性尾迹对下游叶片边界层、尾迹以及叶尖泄漏流的相互作用.     

多棱锥镜产生多光束干涉场的理论和实验研究

提出了一种使用多棱锥镜和多棱台镜产生多束相干光形成二维和三维光学格子的方法。理论分析和数值模拟了多束轴对称平面波干涉产生的二维及三维点阵结构的特性,得到了光场分布随光束数增加的关系,发现随着干涉光数目的增加,干涉场会复杂变化,当棱锥棱数足够多近似于一个圆锥时,干涉场会变为同心圆结构的贝塞尔光束的场分布。实验上使用多棱锥和多棱台镜进行了多光束干涉实验,得到了多束轴对称平面波干涉形成的光学格子,将数值模拟与实验结果进行了比较,二者完全吻合。     

行波管三维非线性计算机模拟的改进

 采用宏粒子模型计算空间电荷力,导出行波管三维大讯号工作方程组,开发出Visual C++数值分析软件。随后进行计算机模拟,提出将三维空间电荷力处理为二维,大大节省了计算时间,数值结果与三维计算吻合很好。     

行波管三维非线性计算机模拟的改进

采用宏粒子模型计算空间电荷力,导出行波管三维大讯号工作方程组,开发出ＶｉｓｕａｌＣ＋＋数值分析软件。随后进行计算机模拟,提出将三维空间电荷力处理为二维,大大节省了计算时间,数值结果与三维计算吻合很好。     

聚变堆液态包层准二维磁流体湍流模型研究

为研究聚变堆氚增殖包层中液态金属湍流磁流体动力学(MHD)效应,开发了一种新的准二维单方程 MHD 湍流模型,并进行了相关数值模拟程序的编制及验证。对于矩形管道中的准二维 MHD 湍流流动,三维流 动主要发生在哈德曼层中,中心的主流区呈现出二维流动。为了反映这种特殊的流动特征,新湍流模型在标准 k-ε 模型的基础之上去掉了传统的耗散项,代之以电磁耗散项来模拟湍流 MHD 效应。同时,采用 Bradshaw 假设来对 湍流涡粘系数进行模化。为验证该湍流模型是否合理,编制了相关数值模拟程序,并利用直接数值模拟(DNS)结 果对该程序进行了校正,数值模拟结果与 DNS 结果吻合较好。计算结果表明,该湍流模型可应用于聚变堆液态 包层 MHD 湍流流动的数值模拟。     

不同维度ZnO能带结构和电子态密度的研究

本文采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法来研究不同维度ZnO的能带结构和电子态密度.参考实验上的ZnO晶格参数构建不同维度的ZnO模型并进行结构优化后再计算能带结构和电子态密度.研究结果表明二维和三维ZnO都属于直接带隙半导体且二维ZnO的禁带宽度大于三维ZnO;从三维变到二维,ZnO的电子局域化程度变高且Zn 3d轨道电子从能量较低的能级向能量较高的能级跃迁.本文的研究展示了二维和三维ZnO能带结构和电子态密度的异同,为二维ZnO基的器件研究提供了一定的理论参考价值.     

Effects of the approximations of light propagation on quantitative photoacoustic tomography using two-dimensional photon diffusion equation and linearization

Quantitative photoacoustic tomography (QPAT) employing a light propagation model will play an important role in medical diagnoses by quantifying the concentration of hemoglobin or a contrast agent. However, QPAT by the light propagation model with the three-dimensional (3D) radiative transfer equation (RTE) requires a huge computational load in the iterative forward calculations involved in the updating process to reconstruct the absorption coefficient. The approximations of the light propagation improve the efficiency of the image reconstruction for the QPAT. In this study, we compared the 3D/two-dimensional (2D) photon diffusion equation (PDE) approximating 3D RTE with the Monte Carlo simulation based on 3D RTE. Then, the errors in a 2D PDE-based linearized image reconstruction caused by the approximations were quantitatively demonstrated and discussed in the numerical simulations. It was clearly observed that the approximations affected the reconstructed absorption coefficient. The 2D PDE-based linearized algorithm succeeded in the image reconstruction of the region with a large absorption coefficient in the 3D phantom. The value reconstructed in the phantom experiment agreed with that in the numerical simulation, so that it was validated that the numerical simulation of the image reconstruction predicted the relationship between the true absorption coefficient of the target in the 3D medium and the reconstructed value with the 2D PDE-based linearized algorithm. Moreover, the the true absorption coefficient in 3D medium was estimated from the 2D reconstructed image on the basis of the prediction by the numerical simulation. The estimation was successful in the phantom experiment, although some limitations were revealed.

     

Thermal emission properties of 2D and 3D silicon photonic crystals

We present measurements of the thermal emission properties of 2D and 3D silicon photonic crystals with and without substrate heated resistively as well as passively with an aluminium hotplate. The out-of-plane and in-plane emission properties were recorded and compared to numerical simulation. It turned out that for the in-plane 2D photonic crystal and out-of-plane 3D photonic crystal emission a photonic stop gap effect is visible. For the out-of-plane 2D photonic crystal emission, no photonic bandgap effect is observable but instead strong silicon oxide emission from native oxide inside the pores of silicon are observable. A model for the modified thermal emission is presented.     

Numerical study of transient evolution of lifted jet flames: partially premixed flame propagation and influence of physical dimensions

Three-dimensional (3D) unsteady Reynolds-averaged Navier–Stokes simulations of a spark-ignited turbulent methane/air jet flame evolving from ignition to stabilisation are conducted for different jet velocities. A partially premixed combustion model is used involving a correlated joint probability density function and both premixed and non-premixed combustion mode contributions. The 3D simulation results for the temporal evolution of the flame's leading edge are compared with previous two-dimensional (2D) results and experimental data. The comparison shows that the final stabilised flame lift-off height is well predicted by both 2D and 3D computations. However, the transient evolution of the flame's leading edge computed from 3D simulation agrees reasonably well with experiment, whereas evident discrepancies were found in the previous 2D study. This difference suggests that the third physical dimension plays an important role during the flame transient evolution process. The flame brush's leading edge displacement speed resulting from reaction, normal and tangential diffusion processes are studied at different typical stages after ignition in order to understand the effect of the third physical dimension further. Substantial differences are found for the reaction and normal diffusion components between 2D and 3D simulations especially in the initial propagation stage. The evolution of reaction progress variable scalar gradients and its interaction with the flow and mixing field in the 3D physical space have an important effect on the flame's leading edge propagation.     

基于数值计算的斜流泵级性能改进

采用CFD数值模拟的方法对斜流泵级内部三维紊流流场进行计算,预测了其效率-流量、扬程-流量特性,并与实验结果进行了对比验证。根据得到的流场结果,通过斜流泵级水力尺寸改进-数值模拟分析的循环工作,在最终改进的斜流泵级预测流场中减少了泵内流场的漩涡运动,避免了出口回流的产生,削弱了叶顶间隙泄漏涡,提高了斜流泵级的效率,改进了能量特性,得到了斜流泵级改进前后流场与效率的对比。     

含分流叶片离心压气机时轮内部流场全三元数值模拟

本文使用Ｓ＿１／Ｓ＿２全三元送代计算和三元Ｎ－Ｓ方程解两种方法对含有分流叶片的Ｅｃｋａｒｄ离心叶轮内部三元流场进行了数值分析，并与激光测量值进行了比较。侧重分析了叶轮内部分离流动和射流尾迹区的形成和特点。     

弹丸形状对超高速撞击厚合金铝靶成坑影响的数值模拟

采用AUTODYN软件进行了弹丸形状对超高速正撞击厚合金铝靶成坑过程影响的数值模拟。给出了二维及三维模拟的结果。研究了在相同质量和速度的条件下,不同形状弹丸长径比、撞击方向等对超高速撞击厚合金铝靶所产生弹坑的损伤特性尺寸和成坑形状的影响,并与球形弹丸撞击所产生的坑进行了比较。结果表明：弹丸的长径比越大,弹丸的撞击成坑深度越大;非球弹丸的形状和撞击方向不同,成坑的形状和损伤的特征尺寸是不同的。     

干气密封三维微间隙流场数值模拟

采用三维流动求解器CFD-ACE ,以空气作为工作介质,对干气密封不同工况下的内部微间隙三维流场进行了数值模拟,得到了流场的压力分布及其产生的开启力,通过与文献中试验结果的比较和分析,三维流场的计算结果与文献中试验结果吻合较好.在考虑气体的可压缩性的情况下,直接求解N-S方程可对干气密封微间隙内的三维流场进行正确的描述.     

不同偏置影响锗硅异质结双极晶体管单粒子效应的三维数值仿真研究

针对国产锗硅异质结双极晶体管(SiGe HBT),采用半导体器件三维计算机模拟工具,建立单粒子效应三维损伤模型,研究不同偏置状态对SiGe HBT单粒子效应的影响.分析比较不同偏置下重离子入射器件后,各端口电流瞬变峰值和电荷收集量随时间的变化关系,获得SiGe HBT单粒子效应与偏置的响应关系.结果表明:不同端口对单粒子效应响应的最劣偏置不同,同一端口电荷收集量和瞬变电流峰值的最劣偏置也有所差异.载流子输运方式变化和外加电场影响是造成这种现象的主要原因.     

镉镍蓄电池及其在大功率脉冲恒流源中的应用

 介绍了碱性镉镍蓄电池用作脉冲大电流恒流源的可行性，叙述了该类电池放电电流的规律和消除记忆效应的办法，并列出了用镉镍蓄电池组装有关恒流源样机的测试数据和实际考验结果。实验证明：在脉冲式大电流场合下，使用蓄电池作能源，可以消除常用的高功率脉冲源对市电电网的冲击，节省大量设备投资，获得具有高稳定度性能的恒流源。     

钝感炸药圆筒试验与爆轰产物JWL状态方程研究

 对以TATB为主的钝感炸药JB-9014进行了25 mm和50 mm两种装药直径的圆筒试验，测试了TU1圆筒在爆轰产物驱动下的膨胀过程R(t)关系。对圆筒试验进行了综合分析和二维数值模拟计算，综合评估了JB-9014的作功能力和圆筒试验的相似性。通过二维流体动力学数值模拟，确定得到了JB-9014炸药爆轰产物JWL状态方程参数。经对JB-9014二维平面滑移爆轰驱动试验的数值模拟检验，证明确定的JWL状态方程参数是可靠的，具有较高的精度和普适性。