半浮区液桥中热毛细对流的自由面振荡

本文研究了半浮区小液桥中热毛细振荡对流的自由面变形.用实验的方法给出了自由面振荡的相对位移和相对位相差,给出了不同外加温差时自由面振荡的特性.本文结果还揭示了一类表面波,这种波动具有小扰动的特征,并在液桥的一个角区具有反常大的振幅.     

热毛细振荡对流的产生机理

本文用有限元方法定量分析讨论了液体桥中的温度分布。当液桥两端温差△T增大到一定值时,液桥中会出现温度梯度与重力方向平行且同向的流动区域。随着温差△T值的增大就可能产生浮力不稳定,形成热毛细振荡对流。根据地面实验所得发生振荡对流的临界Marangoni数,给出了微重力条件下临界Marangoni数的分布。分析表明,较小的典型尺度和较低的重力环境会延迟热毛细振荡对流的发生。     

半浮区液桥振荡对流的自由面振荡

将正交光栅(20L/mm)投影在小尺度液桥表面,接受其反射的正交光栅畸变象,可反演计算出液桥自由面形状.根据这一原理,我们测量了小浮区液桥面形及其振荡的二维形变过程.该实验结果进一部揭示了热毛细振荡对流的机理,特别是自由面的三维变化特征,同时,也为空间实验完成了实验室的原理研究.     

可移动半无限垂直圆柱体温度交变振荡时对MHD自由对流的影响

不可压缩粘性流体,流过可移动、温度交变振荡的半无限垂直圆柱体时,对MHD自由对流影响的数值解进行了研究.应用Crank-Nicolson型的隐式有限差分方法,求解无量纲、不稳定、非线性、耦合的偏微分控制方程.在不同参数下研究速度、温度和浓度分布的变化,还分析了局部及平均的表面摩擦力、Nusselt数和Sherwood数,并以图形形式给出.所得结果与其他文献的结果比较,有着很好的一致性.     

自由面重力流的边界积分方程——反演法

本文对求解自由面重力流提出了一种新的数值方法.在利用Мусхелишвилн.Н,И.学派数学理论的基础上,再通过变换,我们得到了物理平面上的非奇异边界积分方程,从而克服了用解析函数理论研究该类问题时,固壁边界未知待求的困难,为利用解析函数理论研究自由面重力流开辟了新的广阔途径.理论研究和计算表明,本文方法收敛性好、收敛速度快、运算量小,与现有方法相比有明显的优越性.文中计算了挑射水流和闸孔出流,计算结果与实验吻合.     

溢流体形的数值模拟

本文论述了自由面问题的有限元泛函极值,加权余量法离散格式,自由面调整方案,变换函数交替方向差分法迭代原理和边界层计算方程等问题。并得到水利工程中各种溢流坝坝面形状的流量系数、流速和压强分布、边界层厚度等方面的结果,与实验比较一致。     

一种计算超声速流中由湍流剪切层脉动引起的激波振荡频率的方法

在超声速或高超声速绕流中,一种很严重的脉动压力环境是由激波边界层相互作用引起的激波振荡.这种高强度的振荡激波可能诱发结构共振.因这一现象非常复杂,已发表的文章都采用经验或半经验方法.本文首次从基本流体动力学方程出发,给出了由湍流剪切层引起的激波振荡频率的理论解,得到了振荡频率随气流Mach数M_∞和压缩折转角θ的变化规律,计算结果与实验值是相符的.本文为激波振荡导致的气动弹性问题提供了一种有价值的理论方法.     

在有一级化学反应时粘弹性流体流经无限竖直多孔平板时的边界层流动

在有一级化学反应时,研究不可压缩的粘弹性流体,在竖直多孔连续运动平板上的不稳定自然对流.控制方程用隐式有限差分法进行数值求解.与解析解的结果比较,证明所选用的数值方法有效.详细图示了速度分布的数值结果.研究了粘弹性参数、无量纲化学反应参数和平板运动速度,对稳定的速度分布、与时间相关的摩擦因数、Nusselt数和Sherwood数的影响.     

等通量壁多孔饱和圆管中粘性耗散对热发展强迫对流的影响

基于Brinkman流动模型，研究了等通量壁多孔饱和圆管中粘性耗散对强迫对流的影响，在热发展区域，进行了数值研究；在充分发展区域，进行了摄动分析并求得温度分布的表达式和Nusselt数。在发展区域，利用数值解得到的充分发展Nusselt数与渐近分析结果进行了比较，吻合很好。     

多重点源自由面波运动规律数值模拟

基于带耗散源格林函数去奇异积分数值方法,建立了均匀流浸没下双点源自由面波高计算模型,研究在不同耗散系数、弗劳德数及不同点源距离下自由面波高的变化规律以及自由面波形等高线的变化规律.数值模拟结果与前人的数值结果作验证比对,吻合较好.     

有限深度两层流体系统中运动点源生成的内波及其与自由面的相互作用

基于水波动力学势流理论,以二流体系统中点源运动为基本模型,采用Green函数法,研究了分层流体中内部扰动诱生的内波对自由面的影响,探讨对合成孔径雷达成像起重要作用的自由面辐散场的变化规律。研究表明:当上下层流体密度跃变较大、源接近密跃层且Froude数Fr接近内波模式的临界值Fr₂时,内波模式导致的自由面辐散场强度与表面波模式的贡献相当,两者具有强烈的耦合作用,理论分析与实验结果定性一致。     

饱和的多孔介质中含夹杂时的磁流体动力学自然对流

在一个多孔介质中含倾斜矩形夹杂物时,数值地研究磁流体动力学自然对流热交换问题,矩形夹杂的边界条件为两个绝热壁和两个等温壁,使用适当的变量集,将控制方程:连续性条件、推广的Darcy定理--Forchheimer律、能量方程变换为无量纲形式,然后使用有限差分格式求解,磁效应数、Darcy-Rayleigh数、矩形夹杂物的倾斜角以及纵横比作为控制参数,得到多孔介质中含矩形夹杂物时,磁效应数和倾斜角参数影响流体流动和热交换的规律.     

磁场对具有压力梯度的低频振荡自然对流的影响

研究了磁场对具有非定常压力梯度的振荡自然对流的影响．假设流体是在两平行板内流动．由于在航天材料中的重要性，重点研究在微重力作用下由于矿振荡器诱发的低频振荡自然对流．得到了在非定常磁场下的振荡流体的一般解．还给出了一些特殊的振荡流和对作用磁场的响应．发现振荡流的性质依赖于频率、驱动浮力的振幅、温度梯度、磁场、壁面的导电情况．当没有磁场时，浮力在驱动流体振荡中起主导作用，并且速度的大小还受温度梯度的影响．为了控制振荡流，可以应用外磁场．还发现：当壁面是导体时，速度的减小与作用磁场的平方成反比；当壁面是绝缘体时，速度的减小与作用磁场成反比．一些详细的计算结果反映了真实的状态．     

设备空间磁场预测的传感器布阵优化

本文研究了铁磁性设备周围空间传感器布阵的问题。我们建立了关于传感器位置和数量优化的数学模型,并通过遗传算法对模型进行求解。首先,本文选用对传感器数量和距离要求较少的旋转椭球体作为磁场远场换算的模型。在旋转椭球体模型中,传感器分布位置不当会导致磁场计算系数矩阵的条件数过大,模型将出现病态,因而计算得到的远场磁场结果不可靠。所以,本文以旋转椭球体模型中的系数矩阵条件数为优化目标,建立数学模型优化单个设备上方传感器的数量与位置分布,并利用遗传算法对模型求解。其次,通过实验验证了本模型对于单个设备的传感器位置和数量优化是有效的,且所用传感器数量少,计算结果可靠。最后,将单个设备传感器位置和数量的优化模型推广到多个设备,以两个设备为代表用同时优化和分别优化两种方法计算传感器位置,根据实验计算这两种方法都具有较高的远场磁场计算精度,但分开优化的方法在实际计算更加简便、容易操作。     

侧向局部加热对流的周期性

通过流体力学方程组的数值模拟,研究了侧向局部加热条件下Prandtl数Pr=0.0272时流体对流的周期性.结果表明:随着Grashof数Gr的增加,对流按稳态对流、单局部周期对流、双局部周期对流、准周期对流的顺序发展.当Gr<3.6×103时,对流为稳态;在3.6×103相似文献   

原子力显微镜中等容液桥的毛细力分析

用表界面热力学方法和力学方法研究了原子力显微镜中等容液桥的毛细力和液桥的断裂能,对这两种方法进行了对比分析.对液桥分析中圆弧近似的适用性进行了讨论,对轻敲模式下的能量耗散进行了分析,指出液桥断裂引起的能量耗散是引起相位变化的主要因素,另外还指出了接触角滞后效应对毛细力和断裂能的影响.模型分析对原子力显微镜轻敲模式下成像机理的理解以及力曲线测量分析有一定的参考价值.     

广义对流扩散问题的稳定化有限元方法

本文介绍稳态对流扩散问题的稳定化有限元方法.该方法的主要难点在于,当对流占优时可能出现边界层,导致传统有限元方法在边界层内失去稳定性,从而产生剧烈振荡.在拟均匀网格下,稳定化有限元方法可分为两类:迎风型方法和指数拟合方法.前者利用对流速度的信息在变分形式中增加稳定化项,而后者利用边界层解的特征将指数函数引入到格式设计中.这两类方法对于设计电磁场等新型对流扩散问题的数值方法起到重要指导作用.     

圆柱形容器中竖直激励表面波的毛细影响

在竖直振动的圆柱形容器中,利用理想流体中两时间尺度奇摄动展开法,研究了包括表面张力影响的自由面单一表面驻波的运动．通过求解势流方程,获得了一个包含三阶非线性项、外激励及表面张力影响的非线性振幅方程．结果表明当驱动频率较低时,表面张力对表面波模式选择不重要;然而,当驱动频率较高时,表面张力的影响是不可忽略的．说明表面张力具有使得自由面返回到平衡位置的作用．另外,由于考虑了表面张力的影响,使得理论结果比无表面张力时更加接近先前的实验结果．     

液固两相圆柱绕流尾迹内颗粒扩散分布的离散涡数值研究

基于离散涡方法求得的非定常水流场和颗粒的Lagrange运动方程,数值模拟了稀疏液固两相圆柱绕流尾迹内颗粒的扩散分布．获得了流动的涡谱与3种不同St数颗粒（St=0.25,1.0,40）在流场中的分布．通过引入扩散函数来定量表示颗粒在流场中的纵向扩散强度,并计算得到了不同St数颗粒的扩散函数随时间的变化．数值结果揭示出了液固两相圆柱绕流尾迹中的颗粒扩散分布与颗粒的St数和尾涡结构密切相关:1) 中小St数(St=0.25～4.0)颗粒在运动过程中不能进入涡核区,而在旋涡结构的外沿聚集,且颗粒的St数愈大,其越远离涡核区域;2） 在圆柱绕流尾迹区域内,中小St数(St=0.25～4.0)颗粒的纵向扩散强度随其St数的增大而减小．     

多孔介质平板通道传热模型的两种求解方法

基于Brinkman Darcy扩展模型和非局部热平衡模型,考虑液相和固相含有内热源的情况,建立了多孔介质平板通道传热的一般模型.分别采用直接法和间接法将液相与固相能量方程解耦,进而求得充分发展传热条件下的多孔介质温度场.与直接解耦法相比,间接解耦法可在原始边界条件下求解二阶微分方程,更加简单易行.通过对无量纲温度表达式系数以及温度分布的比较,验证了两种求解方法的等价性.在两种极限情形下,间接法所得温度分布解析解与现有文献结果相当吻合,这也在一定程度上证明了所建模型更具一般性.参数分析表明,液固两相温差随着Biot数或有效导热系数比的增大而减小,Nusselt数随着内热源比的增大而减小.