电场中介质微粒的荷电机理与实验控制模型

对中性介质微粒在电场中荷电的物理过程进行了探索，对其电晕的产生、负离子分子的形成和介质微粒的荷电三个子过程的机理进行了描述，结合实验教学中几个重要问题建立了实验控制模型。     

静电除尘器内荷电颗粒放电现象探究

电除尘器是电厂尾气处理的主要设备,粉尘在沉积边界层内的电荷输运过程,如电荷的转移、累积和反电晕现象等,对于电除尘器除尘效率有着显著的影响。本文利用Paschen定律定量分析荷电颗粒的放电条件。计算结果表明,在电除尘系统中通过场致荷电方式获得电荷的粉尘颗粒不足以引起颗粒放电,而颗粒一极板接触后发生电荷转移,导致电荷在颗粒表面局部积累会引起放电现象。     

低温等离子体中微细颗粒物荷电特性粒子模拟

针对微细颗粒物在低温氩等离子体中的荷电过程,基于单元粒子法和蒙特卡罗混合法,进行粒子模拟.通过统计到达颗粒表面的电子和离子数目,确定其净电荷量,并获得带电粒子空间分布与自洽电场.仿真表明:半径为5μm的颗粒在等离子体中荷电量约为27800e,颗粒表面电势约为-8V,且在距表面20μm范围内迅速衰减至0V.在颗粒附近,离子数密度始终大于电子数密度.离子数密度在近壁处迅速增至无扰动区数密度,而电子数密度则相对较慢地增大至背景浓度.此外,颗粒荷电量与粒径成正比.     

荷电液滴捕集细颗粒物的数值模拟研究

对固定荷电液滴吸附细颗粒物进行了数值模拟计算。采用微漏电模型计算电场分布和作用在液滴上的电场力。利用VOF模型追踪液滴自由界面,考虑自由界面流体体积分数过渡引起的物性参数变化。通过求解牛顿方程计算固体细颗粒物的运动轨迹。计算模拟了细颗粒物在库仑力、电场力、流体黏阻以及重力的作用下脱离基底被荷电液滴捕集的全过程,分析了不同电场强度、颗粒粒径以及液滴粒径等因素对吸附效率的影响。计算结果与实验结果吻合较好。     

旋流燃烧室内颗粒运动的数值模拟

本文应用流体相湍流脉动速度大小和方向均具有随机性的颗粒相随机轨道模型,对有直流一次风和旋流二次风的旋流燃烧室内的颗粒运动进行了数值模拟。得到的颗粒相轴向总质量流通量、轴向与切向速度分布与实验测量数据相符合,并比 Gosman 颗粒随机轨道模型的模拟结果有一定的改进。     

颗粒湍流扩散的数值模拟

1引言颗粒湍流扩散是气固两相流中的一个重要的研究课题,近年来,国外有大量文献报道这方面的工作。因为颗粒的湍流扩散的研究的一个基本问题就是湍流的描述,它一方面可以来检验湍流描述的正确性;另一方面,该问题是气固两相流理论中,特别是颗粒群轨道模型中一个难点。描述湍流大体上可分为两种方法。一是直接数值模拟方法（DNS）,J．B．Mclaughlin对管流内颗粒沉降的研究就基于直接数值模拟山,K．D．squires和J．K．Eaton对颗粒扩散的研究也基于DNS［2］,DNS一般只适用于低Reynolds数。另一方面,用随机方法来模拟湍流,该…     

炸药颗粒压制成型数值模拟

 分析炸药压药过程中细观的力学行为,能够为改进压药工艺和提高炸药元件质量提供理论依据。建立了模压条件下炸药颗粒压制成型的计算模型。模型中炸药颗粒被认为是直径相同的球形颗粒,并按一定规律排列。利用非线性有限元计算方法,对炸药颗粒压制成型过程进行了数值模拟计算,分析了压制过程中炸药颗粒变形、受力和温度变化情况。结果表明：药粒在压缩中存在运动和变形两个阶段。在药粒运动阶段,应力集中主要出现在颗粒与约束面的接触部分;药粒进入了塑性变形后,药粒内部压力迅速升高且压力趋于一致。压缩过程中药粒温度升高,药床接近密实状态时,药床中心处药粒温度最高。     

循环床内气固两相流中稠密颗粒间碰撞的数值模拟

循环床内部的流动属于复杂不均匀的稠密气固两相流，稠密颗粒间的相互作用是影响颗粒运动和浓度分布的不可忽视的重要因素。本文采用直接模拟Monte－Carlo算法（DSMC算法）来模拟颗粒间的相互碰撞过程，并与随机轨道模型结合起来综合考虑湍流和颗粒碰撞对颗粒运动和浓度分布的影响，模拟结果预报了床内分层流动结构和颗粒在稀相区的不均匀分布，计算结果与实验定性符合。     

循环流化床内颗粒团运动的数值模拟

本文引入聚合力来表征稠密气固两相流动中颗粒所受到的团聚效应,井将颗粒团视为床内的离散相,建立了颗粒团的碰撞、形成及破碎模型。用此模型对循环流化床的两相流动进行数值模拟,得到了较详细的床内流动特性。计算结果表明,用本文的模型和算法模拟工程意义上的循环流化床内的两相流动是可行的。     

颗粒趋壁沉积的直接数值模拟

气相采用直接数值模拟方法、颗粒相采用拉格朗日轨道模型方法对摩擦雷诺数为180的充分发展槽道内Stokes数为1～104的颗粒趋壁沉积现象进行了研究.研究表明,惯性颗粒在湍流涡的作用下趋向壁面运动,并以一定速率沉积.在"吸收壁面"条件下沉积速率首先随着颗粒弛豫时间增大而增大,在弛豫时间大于100时,沉积速率保持不变.     

Particle charging characteristics with the low-speed mixed fluid under high electric field

Air pollution caused by particles with small size has been a global concern because of threats to human health. A feasible way to remove these super fine suspended particles is using electrostatic precipitation technology. Herein, the PIV was used to measure the particle velocity distribution. By analyzing the particle motion trend in high electric field, a process of particle charging loss was observed. This phenomenon cannot be explained by current particle charging theories. Our conclusions may improve the understanding of particle charging processes.     

一种新的航天器外露介质充电模型

为综合考虑高能电子辐射与周围等离子体对航天器外露介质充电的影响,在航天器内带电模型的基础上,通过添加边界充电电流来考虑等离子体与航天器介质表面的相互作用,并统一参考电位为等离子体零电位,建立了航天器外露介质充电模型,给出了新模型的一维稳态解法,并与表面充电模型和深层充电模型进行了对比分析.结果表明:新建模型能够综合考虑表面入射电流、深层沉积电流和传导电流对充电的耦合作用过程,实现外露介质表面和深层耦合充电计算,有利于全面评估航天器外露介质的充电问题.     

粒子冲击破岩的数值模拟分析

 应用ANSYS/LS-DYNA模拟粒子冲击破岩的三维非线性冲击动力学问题,得到了破岩过程中能量的转化关系以及粒子冲击破岩的演化过程,分析了粒子冲击破岩机理。模拟结果较好地反映了粒子冲击破岩的物理过程,模拟结果与实验结果基本一致,证明了模拟方法的可行性。研究结果为水力参数优选等提供一定的理论依据。     

光滑粒子动力学方法中粒子分布与数值稳定性分析

光滑粒子动力学(SPH)作为一种拉格朗日型无网格粒子方法,已经成功地应用于包括含多相流动界面以及移动边界的可压缩和不可压缩流体运动的研究中.通过对Poiseuille流动的深入研究,探索了SPH方法中粒子分布对计算精度的影响,揭示了一种因为粒子不规则分布而导致的数值不稳定现象.研究显示,这种数值不稳定性起源于SPH方法粒子近似过程中的不连续性.使用了一种新的粒子近似格式以确保SPH方法中粒子近似的连续性.计算结果表明,这种新的粒子近似格式对于规则和不规则的粒子分布都能得到稳定精度的结果.     

基于原子轨道基的实时密度泛函理论:方法及应用

实时密度泛函理论是基于含时Kohn-Sham方程,从实空间实时模拟材料激发态性质的第一性原理计算方法.本文介绍如何利用基于数值原子轨道基的含时密度泛函理论和软件TDAP(Time Dependent Ab initio Package),研究凝聚态物质与光场之间的相互作用.通过引入电磁场的长度规范和速度规范,该方法的适用范围从低维结构拓展到固体材料,且不受微扰论的限制,实现了对大规模、真实凝聚态体系的动力学性质的精确模拟.文中以几个有代表性的工作为例,说明该方法对于研究量子系统中新奇的超快量子动力学现象有着广泛的应用前景.     

电子辐照聚合物带电特性多参数共同作用的数值模拟

电子辐照聚合物样品的带电特性是扫描电子显微镜成像、电子束探针微分析以及空间器件辐照效应等领域的一个重要研究课题. 通过建立基于蒙特卡罗方法的电子散射和时域有限差分法的电子输运的数值模型, 并采用高效的多线程并行计算, 模拟了电子非透射辐照聚合物样品的带电特性, 得到了带电稳态下的样品底部泄漏电流密度、表面负电位以及样品总电荷密度等带电特征量受入射电子能量、入射电流密度、样品材料的电子迁移率、样品厚度等相关参数共同作用的影响. 结果表明, 一个参数的变化使表面负电位增强时, 其他参数对负电位的影响将增强. 样品的带电稳态特征量在同一个电流平衡的模式下受参数影响的变化是单调的. 当电流平衡模式发生变化时, 如在入射电子能量较低的条件下, 样品内部的总电荷量会随着样品厚度的增大而先增加后减小, 出现局部极大值. 样品底部的泄漏电流密度随着入射电流密度的增大而近线性成比例地增大. 研究结果对于揭示电子辐照聚合物的带电规律及微观机理、预测不同条件下的样品带电状态具有重要科学意义.     

月表尘埃颗粒带电的机理及应用研究

研究月尘颗粒在电子束环境下以及紫外源辐照下的带电机理,利用数值方法模拟月尘颗粒在不同背景环境下的充电过程,以探索月表尘埃颗粒的带电机理,进而便于地面月尘环境模拟装置选择合适的月尘带电方式进行空间模拟实验.给出了尘埃在电子束环境下的充电方程,并将紫外辐射带电与具体应用相结合.通过模拟结果可知,在电子束环境下,月尘表面的电荷数随粒径尺寸增大,随电子枪辐照束斑半径减少,随电子枪流强的增加而增多;在紫外源的辐照下,月尘表面电荷数随颗粒尺寸的增大以及紫外线辐照度的增加而增多.由月尘颗粒受太阳紫外辐照带电的数值模拟结果可知,月尘需要在太阳长时间的辐照下才可以带上可观的电荷数,地面模拟该过程需增加辐照源来加速实验.通过模拟结果的分析比较并结合"空间环境模拟装置"中对月尘舱的设计要求,最终优选紫外源辐照带电方式作为月尘颗粒的带电方案.     

考虑噪声烦恼度的机场飞机噪声收费模型和应用研究

随着我国民航运输业的飞速发展,机场噪声影响问题日趋严重。通过向航空公司或旅客收取噪声费来进行治理,是民航发达国家的普遍做法,也是我国未来的发展方向。该文在国外机场飞机噪声收费模型的基础上,提出了基于飞机噪声特性、噪声烦恼度、噪声治理投入费用和资金回收周期等因素的机场噪声收费模型。模型将机场噪声治理费用通过合理的回收周期按一定比例分配到各年度,再根据飞机噪声特性、噪声烦恼度将每年噪声收费分配到每架次飞机(或每位旅客)。飞机噪声特性根据ACI的机场噪声分级R1～R8来确定,噪声烦恼度借助Mamdani模型构建。应用表明,该收费模型关键因素考虑全面,计算方法先进简洁,费率合理。对于噪声较高飞机,夜间起飞收费为1219.06元/架次,客均收费10.16元;对于噪声很低的飞机,昼间着陆收费为66.10元/架次,客均收费仅0.15元。费率确定符合国际民航组织倡导的以支定收原则,有助于形成航空公司/旅客减噪激励机制同时又不致抑制机场航空业务增长。     

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利用函数及其高阶导数值构造五次插值函数近似网格单元内的真实解,改进数值求解双曲类偏微分方程的CIP数值算法。基于之前的一维高阶CIP数值算法思想,不同于利用时间分裂技术,发展了二维高阶CIP数值算法。改进后的算法具有五阶数值精度和显示格式的优点。     

电子辐照下聚合物介质深层充电现象研究

空间辐射环境中,聚合物介质的深层充放电效应是威胁航天器安全的重要因素之一.文中在Chudleigh和von Berlepsch所发展的电位衰减模型基础上引入传输电流项,考虑了电子入射引起的感应电导率和感应电场的影响,提出了新的分析研究介质材料深层充电规律和特征的模型.通过该模型,分析了不同辐射条件下介质的表面电位、内部电荷与电场分布的变化,并设计实验及援引其他实验数据对模型分析结果进行验证.分析和实验结果表明,聚合物介质在深层充电过程中的平衡电位随着入射电子束流强度和介质电阻率的增加而增大,决定深层充电平 关键词： 深层充电 电荷传输模型 电子束 聚合物