双层耦合非对称反应扩散系统中的超点阵斑图

通过线性耦合Brusselator模型和Lengyel-Epstein模型,数值研究了双层耦合非对称反应扩散系统中图灵模之间的相互作用以及斑图的形成机理.模拟结果表明,合适的波数比以及相同的对称性是两个图灵模之间达到空间共振的必要条件,而耦合强度则直接影响了图灵斑图的振幅大小.为了保证对称性相同,两个图灵模的本征值高度要位于一定的范围内.只有失稳模为长波模时,才能对另一个图灵模产生调制作用,并形成多尺度时空斑图.随着波数比的增加,短波模子系统依次经历黑眼斑图、白眼斑图以及时序振荡六边形斑图的转变.研究表明失稳图灵模与处于短波不稳定区域的高阶谐波模之间的共振是产生时序振荡六边形的主要原因.     

双层耦合介质中四边形图灵斑图的数值研究

采用双层线性耦合Lengyel-Epstein模型,在二维空间对简单正四边和超点阵四边形进行了数值分析.结果表明:当两子系统波数比N1时,随耦合强度的增大,基模的波矢空间共振形式发生改变,系统由简单六边形自发演化为结构复杂的新型斑图,除已报道的超六边形外,还获得了简单正四边和多种超点阵四边形,包括大小点、点线、白眼和环状超四边等斑图.当耦合系数α和β在一定范围内同步增大时,两子系统形成相同波长的Ⅰ型简单正四边;当α和β不同步增大时,由于两图灵模在短波子系统形成共振,系统斑图经相变发生Ⅰ型正四边→Ⅱ型正四边→超点阵四边形的转变;当系统失去耦合作用时,短波子系统波长为λ的Ⅰ型正四边斑图迅速失稳并形成波长为λ/N的Ⅰ型正四边,随模拟时间的延长,两子系统中不同波长的正四边均会经相变发生Ⅰ型正四边→Ⅱ型正四边→六边形的转变.     

双层非线性耦合反应扩散系统中复杂Turing斑图

采用双层耦合的Brusselator模型, 研究了两个子系统非线性耦合时Turing 模对斑图的影响, 发现两子系统Turing 模的波数比和耦合系数的大小对斑图的形成起着重要作用. 模拟结果表明: 斑图类型随波数比值的增加, 从简单斑图发展到复杂斑图; 非线性耦合项系数在0–0.1时, 系统1中短波模在系统2失稳模的影响下不仅可形成简单六边形、四边形和条纹斑图, 两模共振耦合还可以形成蜂窝六边形、超六边形和复杂的黑眼斑图等超点阵图形, 首次在一定范围内调整控制参量观察到由简单正四边形向超六边形斑图的转化过程; 耦合系数在0.1–1时, 系统1中短波模与系统2失稳模未发生共振耦合仅观察到与系统2相同形状的简单六边形、四边形和条纹斑图. 关键词： Brusselator模型 非线性耦合 Turing模     

铁铬合金团簇点阵中与成分相关的磁性耦合

本文采用气相团簇束流沉积法制备了不同铁铬比的铁铬合金密集团簇点阵,研究了团簇点阵中复杂的多相结构和各种耦合效应.当合金中铬含量较大时,在团簇中能够观测到一种晶格失配的类四方结构,这种结构的出现导致了不同铁铬比的合金团簇中交换偏置效应的不同.随着铬的含量增加,合金团簇的交换偏置场减小,而团簇间的偶极相互作用增强.在合金团簇的铁磁-超顺磁转变温度以上,能明显观察到在类四方结构团簇中有更大的残存矫顽力与剩磁.在场冷条件下,对矫顽力和偏置场随温度变化的研究表明含有更多类四方结构的合金团簇有更好的热稳定性和更大的各向异性.     

薄膜、多层膜和一维超点阵材料的X射线分析新进展

Ｘ射线散射和衍射对于厚度为几个原子层到几十微米的薄膜材料是灵敏的。一般而言,Ｘ射线方法是非破坏性的,其中不要求样品制备,它们提供恰如其分的技术路线,以获得薄膜材料的结构等信息;分析能对从完整单晶膜和多晶膜到非晶膜的所有材料进行。本文评述了用Ｘ射线方法表征和研究这类薄膜材料的新进展。全文包括引论、常用的Ｘ射线方法、原子尺度薄膜的研究、工程薄膜和多层膜的研究、一维超点阵结构研究、超点阵界面粗糙度的Ｘ射线散射理论、不完整性和应变的衍射空间图或倒易空间图研究七个部分     

耦合方法在超高速碰撞数值模拟中的应用

 相比于传统的数值方法，无网格光滑粒子法（Smoothed Particle Hydrodynamics，SPH）更适合模拟超高速碰撞问题，它能够清晰地模拟材料界面，并且能够克服中网格大变形导致的数值不稳定。然而在SPH方法中，为了得到t时刻一个节点上的物理量，需要先找出与它相互作用的临近节点，导致计算速度很慢，计算所需的时间远远大于有限元方法所需的时间。采用SPH与Lagrange法相耦合的方法对3D超高速碰撞过程进行了模拟研究。计算结果表明：SPH与Lagrange法耦合方法的计算结果与SPH计算结果精度接近，并且能够大大地节省计算时间。     

双层耦合非对称反应扩散系统中的振荡图灵斑图

采用线性耦合Brusselator模型和Lengyel-Epstein模型,数值研究了双层耦合非对称反应扩散系统中振荡图灵斑图的动力学,并分析了图灵模、高阶模以及霍普夫模之间的相互作用及其对振荡图灵斑图的影响.模拟结果表明,在Lengyel-Epstein模型激发的超临界图灵模k_1的激励下,Brusselator模型中处于霍普夫区域的高阶模3~(1/2)k_1被激发,这两个模式相互作用从而产生了同步振荡六边形斑图.随着控制参数b的增加,该振荡六边形斑图首先经历倍周期分岔进入双倍振荡周期,经历多倍振荡周期后,在霍普夫模式的参与下,最终进入时空混沌态.同步振荡六边形斑图形成的条件是Brusselator模型中的次临界图灵模k_2的本征值高度低于处于霍普夫区域的高阶图灵模3~(1/2)k_1的本征值高度,且两个图灵模之间不存在空间共振关系.当两个图灵模满足空间共振时,系统优先选择空间共振模式,从而产生超点阵斑图.霍普夫模和图灵模共同作用下只能产生非同步振荡图灵斑图.此外,耦合强度对振荡图灵斑图也有重要的影响.     

薄膜、多层膜和一维超点阵材料的X射线分析新进展

Ｘ射线散射和衍射对于厚度为几个原子层到几十微米的薄膜材料是灵敏的。一般而言,Ｘ射线方法是非破坏性的,其中不要求样品制备,它们提供恰如其分的技术路线,以获得薄膜材料的结构等信息;分析能对从完整单晶膜和多晶膜到非晶膜的所有材料进行。本文评述了用Ｘ射线方法表征和研究这类薄膜材料的新进展。全文包括引论、常用的Ｘ射线方法、原子尺度薄膜的研究、工程薄膜和多层膜的研究、一维超点阵结构研究、超点阵界面粗糙度的Ｘ射线散射理论、不完整性和应变的衍射空间图或倒易空间图研究七个部分     

双层耦合模型的BCS—Van Hove超导电性研究

本文基于ＢＣＳ－ＶａｎＨｏｖｅ机制，考虑双层耦合模型，由此给出Ｔｃ、零温双能隙、同位素指数ａ的计算式，并进行了数值计算；结果表明双层模型的ＶａｎＨｏｖｅ机制，引入了层间配对及跃迁不但可以导致高Ｔｃ，而且可以解释同位素指数ａ的反常，同时零温双能隙也有较大提高．     

超混沌系统的耦合同步

利用相互耦合的方法在超混沌LC振荡电路中实现了混沌同步.给出了确定耦合系数的方法,计算了最大Lyapunov指数谱,讨论并给出了耦合系数与同步时间的关系.该方法在参数不匹配情况下失去了同步. 关键词： 超混沌 混沌同步 耦合系数     

对流换热过程的热力学优化与传热优化

为了进一步明确对流换热过程中热力学优化与传热优化之间的差异,本文分别利用熵产最小原理、(火积)耗散极值原理针对两种边界条件下的对流换热问题进行分析,讨论熵产,(火积)耗散与有用能损失以及对流换热能力之间的关系.结果表明:熵产最小意味着系统的有用能损失最小,但并不反映系统的对流换热能力的强弱;而(火积)耗散取极值意味着系统的对流换热能力最强,但与系统的有用能损失不存在对应关系.因此,对于将降低有用能损失作为优化目标的换热问题应采用熵产最小原理进行分析;而对于需要将提高换热能力作为优化目标的对流换热问题应采用(火积)耗散极值原理进行分析.     

离散发热器件基于(火积)耗散率最小和最高温度最小的构形优化比较

建立了导热基座上圆柱体离散发热器件的三维湍流散热模型,基于构形理论,考虑空气变物性及可压缩性和黏性耗散,研究了器件材料的热导率、热源强度和流体流速对器件最高温度、基于(火积)耗散定义的当量热阻和平均Nu数的影响.结果表明:在总发热功率一定的条件下,以器件最高温度和当量热阻为性能指标进行热设计,均存在最优热源强度分布使得散热性能最优.当各热源强度相同且热源热导率小于基座热导率时,提高热源热导率可明显改善散热性能;将热源热导率沿流动方向从低到高布置可降低器件最高温度,而将热源热导率均匀布置可使当量热阻最小.所得结果可为实际热设计中不同材质和不同发热率的电子器件最优布置提供理论支撑.     

矩形肋片热沉(火积)耗散率最小与最大热阻最小构形优化的比较研究

针对矩形肋片热沉, 分别以最大热阻最小化和基于(火积)耗散定义的当量热阻最小化为优化目标, 采用二维传热模型并结合有限元数值仿真对其进行构形优化, 比较了两种目标下的热沉最优构形, 并分析了全局参数(综合了对流换热系数、肋片占据的总面积及其热导率的函数)和材料占比对两种目标(最大热阻、当量热阻)及其对应最优构形的影响. 结果表明: 热沉外形固定时, 两种目标下均不存在最优的肋片厚度; 热沉外形自由变化时, 两种目标下的最优构形存在一定的差异. 此外, 全局参数对两种目标下的最优构形均没有影响, 而材料占比对两种目标下的最优构形均有较大影响. 提高全局参数和材料占比均可以减小最大热阻最小值和当量热阻最小值, 但对两种目标的减小程度不同. 总体上, 调节热沉结构参数使当量热阻最小, 可以同时获得很好的局部极限性能; 而调节热沉结构参数使最大热阻最小, 获得的整体平均散热性能却较差. 因此, 对本文热沉模型进行优化时, 以当量热阻最小化为优化目标更合理.     

Experimental and numerical investigation on the exergy and entransy performance of a novel plate heat exchanger

There has been increased attention on various types of plate heat exchangers because of their high efficiency and compactness. This article presents an investigation of heat transfer and fluid flow performance of a novel plate heat exchanger based on numeric studies and experimental tests. Parameters of the novel plate heat exchanger are analyzed and discussed. The thermo-hydraulic transfer performance of different plate heat exchangers is comprehensively analyzed using the exergy and entransy principle. The results indicate that the novel plate heat exchanger has better thermo-hydraulic transfer performance than the smooth plate heat exchanger. The result of this study provides a paradigm for the optimal design of plate heat exchangers.     

矩形通道内层流对流换热的最优速度场

针对矩形通道内的层流对流换热问题,通过数值求解速度场协同方程,得到了给定黏性耗散条件下通道内的最优速度场为多纵向涡的流动结构,表明多纵向涡流型可在流阻增加不多的情况下使换热显著强化.通过在通道壁面布置不连续双斜肋,在通道内产生了接近于最优速度场的多纵向涡流动,数值计算结果表明,在Re=1000时,与光滑通道相比,不连续...     

对流换热中的准(火积)耗散函数

通过分析对流换热过程中微元控制体内的(火积)流动平衡,得到类似于热传导过程中(火积)耗散函数表达形式的对流换热准(火积)耗散函数,表明对流换热过程中的(火积)耗散由热传导和对流形成的耗散共同构成。并通过分析对流换热过程的特点,对准(火积)耗散函数中对流项的影响进行了修正,使用圆管内热充分发展流动与无限宽平行通道内的对流换热过程检验,控制体内准(火积)耗散函数的计算结果与边界(火积)流的结果一致,表明文中提出的准(火积)耗散函数是可靠的。     

微、纳米尺度下圆盘(火积)耗散率最小构形优化

基于构形理论, 以(火积)耗散率最小为优化目标, 在微、纳米尺度下对圆盘导热问题进行构形优化, 得到尺寸效应影响下的无量纲当量热阻最小的圆盘构造体最优构形. 结果表明: 在微、纳米尺度下, 尺寸效应影响下的圆盘构造体最优构形与无尺寸效应影响时的圆盘构造体最优构形有明显区别. 存在最佳无量纲高导热材料通道长度使无量纲当量热阻取得最小值; 随着扇形单元体数目的增大, 最小无量纲当量热阻先减小后增大, 存在最佳的扇形单元体数目使得无量纲当量热阻取得双重最小值, 这与常规尺度下圆盘构造体相应的性能特性明显不同. (火积)耗散率最小的圆盘构造体(火积)耗散率比最大温差最小的构造体(火积)耗散率降低了7.31%, 也即圆盘构造体的平均传热温差降低了7.31%. 微、纳米尺度下基于(火积)耗散率最小的圆盘构造体最优构形能够降低圆盘构造体的平均传热温差, 同时有助于提高其整体传热性能. 本文工作有助于进一步拓展(火积)耗散极值原理的应用范围. 关键词： 构形理论 (火积)耗散率最小 微、纳米尺度 广义热力学优化     

Numerical simulation and analysis of complex patterns in a two-layer coupled reaction diffusion system

The resonance interaction between two modes is investigated using a two-layer coupled Brusselator model. When two different wavelength modes satisfy resonance conditions, new modes will appear, and a variety of superlattice patterns can be obtained in a short wavelength mode subsystem. We find that even though the wavenumbers of two Turing modes are fixed, the parameter changes have influences on wave intensity and pattern selection. When a hexagon pattern occurs in the short wavelength mode layer and a stripe pattern appears in the long wavelength mode layer, the Hopf instability may happen in a nonlinearly coupled model, and twinkling-eye hexagon and travelling hexagon patterns will be obtained. The symmetries of patterns resulting from the coupled modes may be different from those of their parents, such as the cluster hexagon pattern and square pattern. With the increase of perturbation and coupling intensity, the nonlinear system will convert between a static pattern and a dynamic pattern when the Turing instability and Hopf instability happen in the nonlinear system. Besides the wavenumber ratio and intensity ratio of the two different wavelength Turing modes, perturbation and coupling intensity play an important role in the pattern formation and selection. According to the simulation results, we find that two modes with different symmetries can also be in the spatial resonance under certain conditions, and complex patterns appear in the two-layer coupled reaction diffusion systems.     

自由降落升降机中液滴的形状

定量讨论了自由降落升降机中实际液滴的形状.结果表明,在地球附近,液滴大小在1 m数量级时呈现明显的非球形,并与静态海潮形成的海洋表面形状相似.提供了一种在普通航天飞机中观察引力场非均匀效应的方法;给出了一种制造空间弯曲测量仪的设想.     

球状物体作微形变时弹性势能的研究

研究一个弹性球在保持体积不变的前提下,形变为长旋转椭球时的弹性势能.首先通过最小势能原理和物理条件确定位移函数,然后根据弹性势能密度-应变-位移三者之间的关系,通过积分计算得到弹性势能,并且进行了有益的讨论.