流体动力学的研究: 面向国家需求

流体动力学这门科学描述液体和气体的运动及其和固体的相互作用,它几乎涉及日常生活的方方面面,并在大部分科学和工程领域中处于核心地位,所以,这是一门宽广的多学科的学科领域,流体力学影响着国防、国土安全、交通、制造业、医学、生物学、能     

心脏瓣膜的流固耦合研究进展

许多心脏疾病都会导致心脏瓣膜病变受损.心脏瓣膜一旦损坏必须对患者实施心脏瓣膜移植手术,选择合适的人工心脏瓣膜成为患者术后健康生活的关键.论文从临床应用和治疗角度对两种人工心脏瓣膜的进行了全面分析,重点介绍了生物组织瓣膜的力学特点及其流固耦合分析的研究进展.     

计算流体动力学的现状和展望

本文综述了计算流体动力学的进展,侧重物理问题(而不是方法)。首先,讨论了描述质量、动量和能量守恒的流体动力学控制方程。其次,在接下去的两节中叙述了无粘流和边界层流的近期计算工作。最后,结合近期文献中的几个例子阐述了数值求解Navier-Stokes方程的粘性流计算。     

计算流体动力学的新趋势(Ⅱ)

<正> 3 新颖的算法 3.1 数值解的范围 要想使复杂流场的准确数值仿真成功,计算方面的处理方法应该是既强调对流体基本物理规律和力学规律的理解,也注意建立它们的准确模型.计算模型必须基于最少的一组过程和机理,人们认为这些模型能给出已知的分析解和观测结果的主要特点.对每一个主要过程     

平面磁通量压缩流体动力学的数值模拟

磁压缩发电机(MCGS)是一种应用炸药爆炸压缩导体包围的磁场,从而产生几百兆高斯强磁场并可作为初级能源,产生几百兆焦耳的能量和兆安培的电流。Chernyshev等指出如作为初级能源做某些应用,产生兆安培电流脉冲的上升时间的数量级必须要达到微秒量级,但典型的一端燃烧型(endburn)的磁压缩发电机电流脉冲的上升时间要几百微秒,所以不能满足要求,1978年Pavlovskii等提出应用轴上(axial initiation)起爆的磁压缩发电机,其上升时间可大为缩短。     

近海水域海洋流体动力学方程的数值模拟

近海水域海洋流体动力学方程数值模拟的研究,最早可追溯到1919年Defant的工作,50年代末开始得到蓬勃发展。60年代和70年代主要发展二维全流模式。现在对于二维全流模式数值模拟的研究应该说是相当完善的,不仅有系统的理论,提出了许多有效的方法,而且广泛地应用于诸如潮汐环流、风暴潮等的工程和预报的实际计算。三维模式是70年代开始发展的,近10年来发展很快。三维模式比较起二维模式来,其数值模拟自然要困难许多。这引起了研究者广泛的兴趣。现在三维模式的数值模拟,虽然提出的方法很多,也已有了不少成果,但研究工作仍是方兴未艾。      

在椭圆截面管道中的磁流体动力学管流

对于在外加横向均匀磁场下,不可压缩、粘滞、导电液体流经椭圆截面管道的一维定常流动问题,本文第一次给出其解析解,文中假设流体在绝缘管壁上没有滑动。     

流体动力学数值计算中两种自由面格式的比较

Ｒｉｃｈｔｍｙｅｒ等指出,流体动力学数值计算中的自由面条件可取为或两种形式,对这两种自由面条件进行了比较和分析。结果表明,前一种自由面条件对凝聚态和气态物质都是适用的,但后者只对凝聚态物质适用,用于气态物质时,误差较大。     

计算流体动力学的新趋势(Ⅰ)

<正> 1 引言:目前的能力 1.1 计算流体动力学展望 计算流体动力学涉及用数字计算机寻求流体动力学方程的解,以及流体动力学研究中数字计算机的应用.它用于以下几个方面:流体动力学的基础研究,复杂流动结构的工程设计,了解并预计燃烧和推进中化学反应与流体流动的相互作用,自然现象和湍流性质的基础与应用研究,整理并分析实验数据,外推实验研究中难以达到的或花费昂贵的参数范围.     

不同心排出量下主动脉瓣血流动力学的PIV实验研究

主动脉瓣发生病变时导致心排出量(cardiac output, CO)减少,而心排出量减少与主动脉瓣血流动力学耦合作用, 引发瓣膜继发性疾病.本文基于医学影像数据三维重构带有冠状动脉的主动脉根部,制备高度光滑和透明的主动脉根部实验模型, 构建体外脉动循环模拟系统,利用粒子图像测速技术(particle image velocimetry,PIV)研究冠状动脉存在时心排出量对主动脉瓣速度分布、黏性剪应力(viscous shear stress, VSS)和雷诺剪应力(Reynolds shear stress, RSS)等血流动力学的影响.研究结果表明: 冠状动脉的存在改变了主动脉窦中的涡旋运动和涡度,冠状动脉存在时流体经由冠状动脉流出, 主动脉窦中的涡旋运动逐渐消失,涡度较早开始减小. 峰值期, 中心对称流动两侧区域存在正、负高黏性剪切区域,存在冠状动脉一侧的升主动脉下游存在高雷诺剪应力区域.心排出量显著影响主动脉瓣的速度分布、VSS和RSS等血液流动和受力状况.随着心排出量增大, 冠状动脉存在时峰值期的最大速度、VSS和RSS增大, 即$CO=2.1$, 2.8, 3.5和4.2 l/min时, 最大速度分别为0.98, 1.13, 1.21和1.37 m/s, 最大VSS分别为0.87, 0.95, 0.96和1.02 N/m$^{2}$, 最大RSS分别为103.76, 116.25, 138.68和146.55 N/m$^{2}$. 心排出量较低时,主动脉瓣较低的跨瓣流动速度和黏性剪应力易导致血栓形成,研究结果可为主动脉瓣置换术提供理论参考.      

Birkhoff系统动力学的研究进展

提出一个新力学———Ｂｉｒｋｈｏｆ系统动力学的基本理论框架,介绍近年的研究成果,建议相关的未来研究方向      

PIV EXPERIMENTAL STUDY ON THE HEMODYNAMICS OF AORTIC VALVE UNDER VARIED TILTED ANGLES 1)

瓣叶血栓是主动脉瓣置换术后典型的继发性瓣膜疾病,血流动力学特征异常在其发展过程中至关重要.本文利用粒子图像测速 (particle image velocimetry,PIV) 系统,实验研究了主动脉瓣开口纵向轴线与升主动脉纵向轴线之间倾斜角度 ($\alpha =0^\circ$, $\alpha=5^\circ$,$\alpha =10^\circ$ 和 $\alpha =15^\circ$) 对速度、涡度和黏性剪应力分布等血流动力学特性的影响.研究结果表明：当 $\alpha =0^\circ$ 时,主动脉根部跨瓣血液流动为中心对称流动,而 $\alpha =5^\circ$,$\alpha=10^\circ$ 和 $\alpha =15^\circ$ 时跨瓣血液流动向升主动脉的左冠状动脉一侧倾斜.随着倾斜角度增大,跨瓣血液流动方向倾斜程度增加,血液流动冲击升主动脉壁,损伤内皮细胞导致血栓形成.主动脉瓣倾斜时主动脉窦血液流动速度增大,涡旋也更向主动脉窦底部运动,不利于血液从冠状动脉口流出向心肌供血.同时,主动脉根部的高涡度和高黏性剪应力区域也向升主动脉的左冠状动脉一侧倾斜,主动脉窦的高涡度区域位于主动脉窦底部、高黏性剪应力区域分布于主动脉窦壁面处.主动脉瓣存在倾斜角度时,涡度和黏性剪应力较大,特别是 $\alpha =10^\circ$ 和 $\alpha=15^\circ$,为血栓形成提供了有利环境.研究结果可为临床主动脉瓣置换术参数选择以及继发性瓣膜疾病的避免提供理论依据和技术参考.     

纳米颗粒多相流体动力学研究及应用

纳米颗粒多相流研究是目前多相流研究中新的研究方向及重点发展领域. 为探索纳米尺度多相流相间作用机理及内部存在机制,采用理论分析及数值计算手段,对一般动力学方程的封闭处理、颗粒碰撞率宏观模型的有效构建、颗粒凝并系统动力学演变特性的机理分析、非稀相问题碰撞率的求取、双变量问题求解方法的建立以及一些实际应用进行了系统研究,提出了新的针对纳米尺度颗粒动力学演变的一般动力学方程求解方法,并将其应用于实际工业过程问题的研究. 该文对上述研究工作进行了综述.     

交通流理论的研究进展

交通难已成为困扰大中城市发展的普遍问题,亟待发展有效的交通流理论来指导这一问题的解决。本文从交通流的动力分析和交叉口延滞模型两大方面评介交通流理论研究进展和现状,列举了有关的数学、力学模型,分析了它们的效用与不足之处。      

空间充气管展开动力学研究进展

最近空间充气展开结构引起了人们的广泛关注, 这是因为空间充气展开结构具有折叠体积小, 重量轻和展开可靠性高等优点, 于是一些空间计划也开始考虑利用充气展开结构的优势.然而, 在空间充气展开结构应用到太空之前还有一些重要的问题需解决, 其中之一就是控制和掌握充气展开结构的充气展开动力学特性.充气管用于驱动展开并支撑空间结构是一种重要的构件. 围绕充气管在展开过程中的动力学问题, 详细地综述了近20年来国际上的研究进展情况. 首先讨论了有关的充气展开模型, 包括非线性铰链模型、卷曲折叠管展开模型、控制体积模型、能量法模型和流-固耦合模型等.然后介绍了有限元模拟研究进展, 并分别评述了$Z$形、卷曲、多边形以及变直径伸缩等折叠管的充气展开实验研究. 文章最后指出了充气管的充气展开的理论、有限元模拟以及实验在今后值得关注的研究方向.     

坡面流及土壤侵蚀动力学(I)——————坡面流

坡面流是坡面土壤侵蚀的根本动力,是研究土壤侵蚀动力学过程的基础.本文简要介绍了坡面流的基本特征和水力学特性,综述了坡面入渗产流过程、坡面流阻力,以及坡面流运动的数学描述和预报模型等方面的研究进展.指出复杂坡面条件下的坡面流运动,以及从小尺度过渡到大尺度将是今后坡面流研究的重要发展方向.      

泥石流研究述评

泥石流这一特殊的二相流体是山区常见的一种自然灾害,一般可分为稀性泥石流(颗粒碰撞及离散力起主导作用)和粘性泥石流(粘性力起主导作用)两大类。本文概略地评述了泥石流的几个问题,即泥石流形成学、分类学、动力学等,指出急需解决的问题有泥石流汇流理论、泥石流阻力规律等。文中还根据近年来的动态和趋向,推断更加深入的理论研究和以数学模型为核心的泥石流流域管理模式将会成为泥石流学科发展的主要方向。      

两相流中密度波现象的研究及进展

密度波（又称连续波、空隙度波、运动学波）是两相流中的特殊现象，本文评述两相流密度波理论的主要研究进展，这些理论不仅研究了线性密度波和非线性密度波的特性，还研究了气液两相流的流型转变与密度波的关系，流化床中气塞的形成和床层的塌陷现象与密度波的关系等．同时介绍试验和理论研究在密度波的波速、频率、稳定性和色散性等方面取得的主要结论．最后指出密度波的理论和试验研究尚需进一步解决的问题．     

非牛顿流体流动的格子Boltzmann方法研究进展

格子玻尔兹曼方法（lattice Boltzmann method,LBM）能够直接计算局部剪切速率并可以达到二次精度,因此在非牛顿流动数值模拟中展现出一定优势。尽管已证实LBM 对于非牛顿流动的适用性,但是LBM 需要通过即时调节BGK（Bhatnagar-Gross-Krook）碰撞项中的松弛时间来实时反映黏度改变,当松弛时间接近1/2 时,迭代会出现数值不稳定现象。该文对LBM 在非牛顿流体研究中的进展进行了总结,介绍了增加数值稳定性的方法并对结果的精度进行了比较,在此基础上对LBM 在非牛顿研究中的进一步发展进行了展望。