水下爆炸气泡融合动态特性研究

在自然界中,气泡融合是一种重要的物理现象．基于势流理论,采用边界积分法,对水下爆炸气泡融合进行数值模拟研究．依据已有的数值研究成果和实验数据,建立气泡融合三维动力学数值模型,数值模拟结果与实验值吻合良好．应用该文开发的三维计算程序,分析距离、水深等特征参数对气泡融合动态特性的影响,得到了一些规律性的曲线和结论,旨在为水下爆炸气泡融合机理和动态特性研究提供理论参考．     

管输条件下球形胶凝原油颗粒融化特性研究

研究管输条件下胶凝原油颗粒的融化特性对原油集输及停输再启动等具有重要的意义,基于宽相变区,采用数值分析方法研究了球形胶凝原油颗粒在管道中的融化特性.利用Fluent软件,模拟分析了油水温差为40、50、60°、水流速度为0.1、0.2、0.3m/s、半径为5、10、15mm胶凝原油的温度场及液相云图,得到不同初始条件下球形胶凝原油的总融化时间及温度变化曲线.结果表明:受导热机制作用,原油为同心融化;原油中心附近三个监测点的融化过程分为五个阶段,且相变前后换热速率发生显著变化;颗粒半径每增加5mm原油融化时间增加的幅度升高、油水温差每增加10°原油融化时间减少的幅度降低、水流速度每增加0.1m/s原油融化时间减少的幅度升高.     

单架飞机受干扰后飞机路径恢复多项式算法研究

飞机路径恢复是航班调整中保证航班能够运行的必要条件之一,而传统目标下的飞机路径优化问题是NP-hard的。本文针对单架飞机受到干扰后,基于最小最大目标的同机型飞机路径最优化问题,给出了一个新的多项式时间算法。首先基于航空公司调整航班的常用原则,提出把最大航班延误时间最小化作为问题的目标。然后根据问题的一些特点和目标形式,设计出解构造算法,得到飞机路径恢复问题的最优解,并分析出算法的复杂度为O(n²)。相对于一般的最小最大二分图匹配算法(复杂度为O(n³log(n))),该算法具有较小的时间复杂度。最后用实例验证了解构造算法的有效性。该研究结果将为航空公司减少航班延误提供理论和方法支持。     

圆形垂直浮力射流的稳定性与混合特性研究

建立浅水静止环境中圆形轴对称垂直浮力射流的k-ε模型,采用混合有限分析方法进行了数值计算．针对两种不同的流动形态:近区的混合流体以浮力表面层的形式沿径向扩散的稳定排放;近区产生旋涡,浮力热水对混合热水形成二次挟带的非稳定排放,并对稳定性判据进行了验证,最后对两种不同流动结构下的远区的混合特性进行了数值模拟,结果同Lee和Jirka的试验和理论资料均十分吻合．     

冰下流场动力学特性的数值模拟研究

在控制海冰运动的各项外力中,风、流的拖曳力起到了决定性作用;其中流拖曳力包括由于冰侧或冰脊压力梯度产生的形拖曳力和由于水流在冰底面的粘性作用产生的摩拖曳力.基于计算流体动力学软件FLUENT针对光滑冰底冰块进行二维数值模拟,分别得到5种不同入水深度、8种水流速度共40种工况下的冰下流场分布及冰块所受流体拖曳力.经对比发现,数值计算结果与物理模型实验结果吻合较好,从而验证了该数值模型在模拟冰下流场及拖曳力时的有效性.流场计算结果显示,冰下受影响流场区域随入水深度增加而扩大,尾流场近浮冰区域存在涡流,并且涡动中心随着入水深度的增加而逐渐远离浮冰尾部.拖曳力计算结果表明浮冰所受拖曳力与流速平方存在线性关系.     

双激励超音速气体雾化喷嘴共振特性的数值研究

超音速气体雾化(ultra-sonic gas atomization,USGA) 喷嘴是实现喷射雾化的重要装置,它能够产生脉动的超音速气流,获得较小的平均粒径和集中的粒径分布.在USGA喷嘴的共振管端部引入了主动的激励信号,组成双激励式超音速气体雾化器,并对超音速气体雾化器内部Hartmann腔体气体流场在无激励/有激励情况下所产生的气体振动特性进行了数值研究.结果表明在主动激励器的作用下,超音速气体雾化器内气流的振动效果如振幅和起振特性等都得到了有效的加强.研究发现超音速气体雾化器存在多个气体受激振动的共振频率,其对应于两类不同的共振模式,“Hartmann模式”和“全局模式”.双激励器信号的频率、激励幅度及相位差改变都能够有效地改变超音速气流的振动特性.研究同时阐明了Hartmann共振管和二次共振管在USGA喷嘴腔体内产生气体脉动时的联动特点.     

引气方式对轴流压气机性能影响研究

航空发动机空气系统需要从多级轴流压气机中间级引气,不同引气方式将对轴流压气机性能和流场产生不同影响.以一带进口导叶的单级轴流压气机为研究对象,采用数值模拟方法研究了全周开缝、均布开孔以及不同开孔角度等引气方式对压气机性能的影响.结果表明,引气可不同程度地提高压气机性能,沿流向倾斜开设引气孔使喘振裕度提升最大,达到8.2%,反流向开设引气孔使压气机效率、压比有较大提高.     

数值模拟计算在1000MW塔式锅炉NO_x生成特性中的应用研究

在新建的大型燃煤电站锅炉设计时,通过对炉内燃烧过程的合理组织,以取得锅炉低NO_X排放的效果.采用计算流体力学(CFD)模拟的方法,进行了某电厂1000MW超超临界塔式锅炉的数值模拟计算分析,获得了该1000MW塔式锅炉炉内速度场、温度场、CO浓度场、O-2浓度场和NO_X浓度场分布.计算结果表明:该1000MW塔式锅炉炉膛主燃烧区域的中心形成了巨大还原区,并且在炉膛上部具有明显的还原区域,能实现低NO_X排放的预期目标.数值模拟计算研究结论可用于指导锅炉燃烧系统的优化运行和NO_X排放的控制.     

螺旋挡板式泡沫发生器的设计及内部流动特性研究

泡沫流体冲砂洗井有效降低了油井中冲砂液的损失,而泡沫发生器的结构对产生致密细致的泡沫起重要的作用.在螺旋式泡沫发生器的结构上结合挡板式发泡器的优点,充分利用油井下压力和风流流速,设计了一种新型螺旋挡板式泡沫发生器.应用数值模拟,分析不同气液比对发泡器内部两相流场的影响,发现螺旋挡板式泡沫发生器在30%-40%含气量时可以产生更致密均匀的泡沫;相比传统螺旋式发泡器提高了发泡率,结构简单,操作方便,不易发生堵塞.     

微蜂窝环境中无线接收信号的特性分析研究

基于镜像原理,建立了反向射线追踪模型,同时基于有效反射面的概念,给出了辨别有效像点的充要判据.在包含绕射点路径的处理上,提出绕射路径分解方法,使得模型可以处理多次绕射问题.证明了二维情形下能量与场强之间存在正比关系.通过分析视距传播中的反射情形和非视距传播中的绕射情形,给出计算给定传播途径上接收点处场强的离散化方法.利用单频问题中Rayleigh分布规律,提出通过半经验模型得到的合场强幅值估算概率密度函数的方法.     

基于FOWA-模糊综合评价法的煤矿瓦斯爆炸危险性评价研究

为了对煤矿瓦斯爆炸危险性进行更科学地评价,依据三类危险源理论建立了包括防爆设备完好率、管理人员管理水平等15个评价指标的煤矿瓦斯爆炸危险性评价指标体系,并构建了基于FOWA模糊综合评价法的煤矿瓦斯爆炸危险性评价方法,同时以山西某矿掘进工作面为例进行实例验证.结果表明:方法的评价结果与实际结果相吻合,验证了评价体系的合理性及评价方法的可靠性.     

内爆载荷作用下泄压容器准静态压力特性北大核心CSCD

为了研究泄压容器内部准静态压力特性,采用AUTODYN软件提出并建立了3种柱形泄压容器的数值模型,分别包括一端开口的敞口泄压容器、在开口处设有可冲出端盖的带泄压盖容器、将泄压盖与容器通过剪切销连接的带剪切销泄压容器.以Bernoulli方程为基础建立了理论简化模型,模拟了敞口泄压容器内部的准静态压力;以能量守恒方程为基础建立理论简化模型,模拟了不同起爆药量下带泄压盖容器的准静态压力;最后,探讨了剪切销在剪断和未剪断时对带剪切销泄压容器内部压力的影响.该文建立了文献中的数值模型,准静态压力计算结果与文献中的实验结果吻合情况良好,验证了计算方法的可靠性.结果表明:敞口泄压容器内部压力衰减迅速,准静态阶段持续时间较短,以Bernoulli方程为基础的理论简化模型能够较好地预测泄压容器内部压力衰减至大气压力的时间;带泄压盖容器内冲击波沿轴向做往复式传播,以能量守恒方程为基础的理论模型能够较好地预测在泄压过程中的准静态压力;剪切销未剪断时,容器内部准静态压力呈现明显的平台效应;对比无剪切销的工况,18 mm直径的剪切销剪断后,容器内部压力变化趋势基本一致,泄压盖的飞出时间提前了0.25 ms.研究结果可为泄压容器的结构设计提供理论基础和参考.     

基于变点模型的我国煤炭价格波动特征研究

分析了我国煤炭价格形成机制的长期演变趋势,利用秦皇岛大同优混煤2003年3月至2015年3月每周的平仓价格数据,采用结构变点检验分析法,实证研究了煤炭价格的波动规律.研究结果表明:煤炭价格呈现出显著的强持久性、高波动性和高强度跳跃性的市场特征.当存在突发事件时,变点模型能较好地拟合煤炭价格的变动过程.注意到,煤炭价格波动性主要由市场供需关系所决定,预计煤炭供大于求的阶段性状态仍会延续,煤炭价格将持续走低.最后提出了相应的对策与建议.     

热量再循环对有机尘埃微粒燃烧的影响

研究了热量再循环和不同式Lewis数,对有机尘埃微粒燃烧的作用.在微型燃烧室中,由于热量再循环的影响更加显而易见,所以建立更好的模拟微型燃烧室性能的计算模型显得十分必要.为了模拟有机尘埃微粒的燃烧,假定尘埃微粒首先被气化,氧化成为一种化学结构已知的气相,接着假定该可燃气体的化学结构为甲烷.为了研究火焰的结构和求解控制方程,认为火焰结构由3个区域组成,即预热气化区、反应区和后火焰区.通过从后火焰区到预热区的排热来评价再循环现象.问题如下分步求解:首先对各区域的控制方程无量纲化;接着对各区域应用必要的边界条件和协调条件;然后按分析模型,对控制方程以及必要的边界条件和协调条件,同时进行求解.表明,再循环和不同式Lewis数,对有机尘埃微粒的燃烧特性有着显著的影响,得到不同微粒半径时的燃烧速度曲线和温度曲线等.结果与已发表的试验数据吻合.     

煤粉起动速度与粒径及湿度的关系

在煤码头和车站的煤堆积场上,煤粉的扬起是污染环境的主要原因之一.作者根据力学的基本原理,考虑颗粒和液滴重力、煤粉颗粒尺寸和湿度的影响,利用煤粉颗粒起动时的力平衡条件,推导出在风的作用下,具有一定湿度的煤粉颗粒开始扬起的起动风速的理论表达式.最后.根据煤粉起动速度与煤粉颗粒粒径及湿度的关系,将理论公式和风洞实验结果进行了比较,理论和实验结果符合得相当好.     

Discrete Source Method for the Study of Influence Nonlocality on Characteristics of the Plasmonic Nanolaser Resonators

Computational Mathematics and Mathematical Physics - The discrete source method is generalized so as to investigate the nonlocal effects in multilayered particles on a substrate. The scheme for...     

矿尘影响下生态系统脆弱性级联传播模型分析

为了解决矿尘连续排放并迁移对地表生态系统造成的脆弱性问题,提出了基于函数地理Petri网的脆弱性级联传播模型。综合考虑污染物迁移方向和生态环境在地理空间上的关联关系,直观地构造了基于级联传播的污染Petri网。在此基础上,定义了基于VCPM的脆弱度和阈值的概念,利用两者的关系进行脆弱性级联传播分析,从而明确级联传播的三种状态。最后,以神府煤田矿尘迁移作为污染物连续排放的污染源,通过模型方法的模拟仿真分析,对生态环境系统在级联传播下的脆弱性进行了深入探讨。已有的研究方法和结果不仅在生态环境脆弱性研究领域做出了新的贡献,而且为环境的修复和重建提供了参考价值。     

Teachers' Reflections on Their Subject Matter Knowledge Structures and Their Influence on Classroom Practice

Research has indicated that experts' subject matter knowledge structures (SMKSs) differ from those of novices in that they contain more cross‐linking, interconnections, and overarching thematic elements, characteristics that are in accordance with those espoused in current reform documents. Unfortunately, teachers' SMKSs are not necessarily translated into classroom practice, for either novice or more experienced classroom teachers. A means to facilitate the translation of teachers' SMKSs into practice would ensure that those desired characteristics of experts' subject matter knowledge manifest themselves in teachers' classroom practice. Four experienced physics teachers diagrammed their SMKSs, which were then compared to those inferred from their classroom practice. Prior to instruction, two teachers, as part of the explicit‐reflective treatment, were asked to reflect at multiple time points on congruence between their SMKSs and classroom practice focusing on the presence of essential concepts, interconnections, and overarching thematic elements. No discernible difference was apparent between control and treatment groups, as teachers from both groups showed a high‐degree of congruence between inferred and diagrammed SMKSs. Results further substantiate the challenges in identifying a means for both developing and facilitating the enactment of coherent, connected, and dynamic SMKSs or, in effect, accelerating teachers' pedagogical content knowledge.     

泡沫覆盖层对水下爆炸气泡射流防护机理缩比试验研究

水下爆炸会对水中结构物造成严重威胁。柔性覆盖层或夹层板能够降低水中结构物水下爆炸冲击响应,因此成为研究的热点。以往的研究多集中于覆盖层对冲击波的防护机理,适用于较远距离的水下爆炸情况。近距离水下爆炸除了冲击波外,爆炸气泡溃灭时产生的朝向结构物的高速水射流更为致命。该文针对这种情况,基于量纲原理,推导缩比相似关系,通过缩比模型水下爆炸试验发现了覆盖层表面空化微气泡群对爆炸气泡形成高速水射流过程产生干扰,提出了泡沫覆盖层钢板水下爆炸气泡射流防护机理。