液滴在固体平表面上均匀蒸发过程的格子Boltzmann模拟

通过格子玻尔兹曼(lattice Boltzmann method,LBM)数值模拟,研究了液滴在固体平表面上蒸发过程形状变化的机理.揭示了不同静态接触角下液滴蒸发过程中重力对其形状变化的影响规律.结果表明,重力的影响随着液滴尺度的减小而减弱,达到某一临界点后,重力对蒸发过程的影响可以忽略.模拟定量确定了液滴尺寸的这一临界值,并分析了蒸发过程中几个典型时刻液滴内部的流场分布,进一步研究了重力的影响.     

相场方法模拟液滴的动态润湿行为

液滴的动态湿润现象广泛存在于自然界和工业生产中,该现象数值研究的建模需要解决接触线附近的奇异性并引入合理的接触角描述.基于相场方法,结合Yokoi动态接触角模型,建立了考虑动态润湿效应的两相流数值模型,并在OpenFOAM开源平台上实现相应程序.针对液滴撞击壁面的动态湿润过程,数值模拟和对比研究了不同的接触角模型.结果表明:接触角模型的选择对液滴动态润湿过程的模拟结果具有较大的影响,其中基于改进动态接触角模型的结果与文献中的实验结果具有很好的吻合度,反映了提出的数值模型在液滴的动态润湿行为模拟的有效性.     

PDMS表面上的液滴蒸发实验研究

利用粒子跟踪测速(particle tracking velocimetry, PTV) 技术,研究了聚二甲基硅氧烷（polydimethylsiloxane, PDMS）表面上的液滴蒸发行为.发现固液界面上的荧光微球首先向固液界面中心移动,而后发生运动反转,向三相接触线移动.其原因是由于接触线钉扎时接触线附近的蒸发通量较小,从而引起向液滴中心的流动,这种流动将微球带向液滴中心.理论分析了三相接触线的移动特征,发现其移动速度理论值与实验值在同一量级,而移动加速度的实验值较理论值偏大,造成这种偏差的原因是三相接触线处的荧光微球削弱了基底对三相接触线的钉扎作用.     

三维PTT黏弹性液滴撞击固壁面问题的改进SPH模拟

基于光滑粒子动力学(smoothed particle hydrodynamics, SPH)方法,对三维Phan-Thien Tanner(PTT)黏弹性液滴撞击固壁面问题进行了数值模拟.为了有效地防止粒子穿透固壁,且缩减三维数值模拟所消耗的计算时间,提出了一种适合三维数值模拟的改进固壁边界处理方法.为了消除张力不稳定性问题,采用一种简化的人工应力技术.应用改进SPH方法对三维PTT黏弹性液滴撞击固壁面问题进行了数值模拟,精细地捕捉了液滴在不同时刻的自由面,讨论了PTT黏弹性液滴不同于Newton(牛顿)液滴的流动特征,分析了PTT拉伸参数对液滴宽度、高度和弹性收缩比等的影响.模拟结果表明,改进SPH方法能够有效而准确地描述三维PTT黏弹性液滴撞击固壁面问题的复杂流变特性和自由面变化特征.     

基于灰色-加权马尔可夫的机械钻速动态预测北大核心CSCD

在钻井工程中,科学准确地预测机械钻速(Rate of Penetration,ROP)对高效钻井以及钻井智能化发展具有重要意义.针对ROP的预测实效性以及波动性大的问题,在灰色系统理论的基础上,结合马尔可夫理论,建立灰色-加权马尔可夫机械钻速动态预测模型.其方法是利用灰色预测模型对ROP进行模拟预测,根据预测值的误差范围划分几个误差分布的状态空间,以不同转移步长间的状态转移信息构建状态转移概率矩阵,再利用该矩阵和不同井段的状态信息,对下一井段的ROP值进行状态空间判断并修正,同时通过不断更新模型中的数据,实现动态实时预测.以南海莺歌海盆地M井进行实例分析.结果表明:经灰色预测模型与加权马尔可夫的有效结合,ROP预测值拟合曲线不仅更加贴近实测值,而且降低了误差的离散性,具有更高的预测可信度,进而有效验证了该模型的有效性.     

Mesoscopic Numerical Study on Flow Boiling Heat Transfer Performance in Channels With Multiple Rectangular Heaters北大核心CSCD

The flow boiling phenomenon in a channel with multiple rectangular heaters under a constant wall temperature was numerically studied with the lattice Boltzmann method. The effects of spacings between heaters, heater lengths and heater surface wettabilities on the bubble morphology, the bubble area and the heat flux on the heater surface, were studied. The results show that, the bubble growth rate increases with the spacing between heaters. The larger the bubble area is, the earlier the nucleated bubbles will leave the heater surface. The corresponding boiling heat transfer performance increases by 12% with the spacing between heaters growing from 250 lattices to 1 000 lattices. On the other hand, the longer the heater length is, the earlier the bubble will nucleate and leave the heater surface, and the better the boiling heat transfer performance will be. The boiling heat transfer performance increases by 13% with the heater length rising from 16 lattices to 22 lattices. In addition, the bubble nucleates later on the hydrophilic surface than on the hydrophobic surface. Compared with the hydrophilic surface, the hydrophobic surface retains residual bubbles after the leaving of bubbles from the heater. The average heat flux and the bubble area of the hydrophilic surface are less than those of the hydrophobic surface. With the contact angle changing from 77° to 120°, the heat transfer performance increases by 26%. Finally, the orthogonal test results indicate that, the wettability of the heat exchanger surface has the greatest influence on the flow boiling heat transfer performance, while the heater length has the least influence. © 2022 Editorial Office of Applied Mathematics and Mechanics. All rights reserved.     

Lattice Boltzmann Study on the Motion of Dual Droplets in Microchannels With Contact Angle Hysteresis北大核心CSCD

接触角滞后表现为流体在非理想固体表面上运动时前进接触角和后退接触角不同,是两相流体在润湿表面上流动的重要现象.该文采用改进的伪势格子Boltzmann(LB)多组分模型,并与几何润湿边界条件相结合,研究了两个液滴在具有接触角滞后性微通道表面上的运动行为,主要研究了通道内特征数、通道表面性质以及液滴初始参数的影响.研究结果表明：毛细数的增大有助于液滴的移动,然而并不利于液滴的排出,且毛细数的增加对上游液滴的影响大于其对下游液滴的影响;另一方面,接触角滞后性窗口越大,液滴运动和形变更迟缓,但形变程度更明显,两液滴更早地发生合并,但更晚地排出管道;液滴间距的增加使液滴的运动行为在不同阶段表现为不同的模式,但都导致通道中残留小液滴,使得液滴排出通道的时间增加.研究结果还表明：上游液滴和下游液滴的相对尺寸差距越大,越不利于液滴排出管道.     

喷雾碰壁燃烧数值模拟研究北大核心CSCD

燃油喷雾碰壁是小型高压直喷式柴油机中普遍存在的现象.燃油碰壁会影响缸内燃烧过程,进而显著地影响柴油机的动力学、经济性和排放性.为了更好地认识燃油喷雾碰壁燃烧现象,该研究采用数值模拟的方法对该过程进行计算,探究其特殊的燃烧特性.研究结果表明:在碰壁喷雾的两阶段燃烧过程中,喷雾碰壁促进喷雾径向发展半径和卷吸高度的增加,促进近壁面油气混合,在近壁面形成有利于低温点火的条件.低温燃烧反应在混合气较为稀薄的近壁面区域开始,随后向碰壁喷雾中心浓混合气区域发展.随着低温氧化燃烧持续放热,碰壁喷雾雾束中心区域温度逐渐升高,同时积累大量甲醛.由于喷雾碰壁会导致碰壁雾束中心形成较浓混合气,并且低温燃烧放热量较少,导致部分碳氧化物无法完全燃烧,增加了碳烟的生成量.另外随着高温燃烧的进行,温度持续升高,碰壁喷雾卷吸更多环境气体,进而产生大量氮氧化物.     

对称蕴涵推理方法的鲁棒性分析北大核心CSCD

模糊推理方法已经被成功地应用于模糊控制器设计,模糊专家系统集成等诸多领域.作为对传统模糊推理方法的改进,我国学者提出了基于三Ⅰ方法的对称蕴涵推理方法.对于模糊推理方法性质的研究,尤其是对推理方法鲁棒性的研究是模糊逻辑领域的一个重要的研究方向.基于规范的Minkowski距离讨论对称蕴涵方法的鲁棒性,给出了针对不同蕴涵算子的四个算法的鲁棒性结论,为模糊推理方法的选择与应用提供科学依据.     

基于软集理论的技术创新方案评价方法研究北大核心CSCD

技术创新方案评价是技术创新得以实现的基础,论文借助软集的思想,按不同评价主体的要求,首先,从技术创新评价指标中选择不同的参数集表明评价主体的关注角度,体现不同评价主体之间的差异,实现不同的评价结果.接着,采用软集中的uni-int算子实现了双方共贏的目的.文章采用的方法很好地诠释了软集在满意解求取过程中的优势,基于评价过程中参数设置的无约束性,极大地简化了决策和数据处理的过程.文章从已有文献的指标数据出发,实证了该方法的可靠性和科学性.这一思想和方法的提出不仅为软集理论研究提供了新的应用领域,也为技术创新的研究提供了新的思路和方法.     

基于活动方法的地铁通勤者出发时间选择研究北大核心CSCD

考虑通勤者出行与活动之间的关联,建立了基于活动方法的出发时间选择模型,分析了常数和线性边际活动效用下地铁通勤者早高峰上班出发时间决策问题,并得出了模型的均衡性质:常数边际活动效用下的出发率是出发时间的线性函数,而线性边际活动效用下的出发率则是非线性函数.最后,算例验证了理论模型的结论,展示了出发率与相关参数之间的关系,还将基于活动方法的均衡结果与基于出行的均衡结果进行比较.结果表明:基于出行的方法会高估最早出发时间和最晚出发时间,低估出行区间长度,并高估最高出发率.当车内拥挤系数、发车间隔和总通勤人数分别增大时,在最早出发时刻,常数边际活动效用下的通勤者比线性边际活动效用下的通勤者更为敏感,且两种活动效用下的通勤者在最早出发时刻比在最晚出发时刻更为敏感.     

具有时延和乱序网络化系统的动态矩阵控制北大核心CSCD

研究了具有时延和数据包乱序的网络化系统的动态矩阵控制问题.首先,通过时序分析,给出了控制器端和执行器端处理乱序的方法,建立了包含时延和乱序的网络化系统模型.然后,针对所建立的模型,提出了改进的动态矩阵控制算法,给出了控制器的设计方法.进一步,通过对系统的稳定性分析,导出了保证闭环系统稳定的充分条件.最后,通过仿真验证了所提方法的有效性.     

T型微通道内液滴在幂律流体中运动机理的格子Boltzmann方法研究北大核心CSCD

采用非Newton不可压两相流格子Boltzmann模型研究了T型微通道内Newton液滴在非Newton幂律流体中的运动过程.研究了非Newton流体幂律指数n、主管道毛细数Ca、两相流量比Q、两相黏度比M以及主管道壁面润湿性θ对液滴在T型微通道内的形成尺寸、形成时间和变形参数(DI)的影响.研究结果表明:首先,主管道流体幂律指数n从0.4增加到1.6时,液滴的形成尺寸近似呈线性减小,而液滴的形成时间和变形参数先快速减小,然后缓慢减小;其次,黏度比对液滴形成尺寸、液滴形成以及变形参数的影响与幂律指数的影响基本一致;再者,随着Ca和主管道壁面润湿性的增加,形成液滴的尺寸近似呈线性减小,形成液滴的时间和变形参数先快速减小然后缓慢减小,且减小趋势随幂律指数的增加而减缓;最后,研究结果还表明主管道和子管道的流量比Q越大,液滴形成时间越长,液滴形成尺寸和变形参数越小.     

基于耦合纯无网格方法时间分数阶下孤立子波碰撞过程的数值模拟研究北大核心CSCD

为数值预测时间分数阶耦合非线性Schrödinger(TF-CNLS)方程描述的孤立子波非弹性碰撞过程,首次发展了一种耦合纯无网格有限点集法(coupled finite pointset method,CFPM).其构造过程为:1)对时间分数阶Caputo导数项采用一种高精度的差分格式;2)对空间导数采用基于Taylor展开和加权最小二乘法的有限粒子法(FPM)离散格式;3)对区域进行局部加密和采用稳定性好的双曲余弦核函数以提高数值精度.数值研究中,首先,运用CFPM对有解析解的一维TF-CNLS方程进行求解,分析了节点均匀分布或局部加密情况下的误差和收敛阶,表明给出的耦合无网格法具有近似二阶精度和易局部加密求解的灵活性;其次,运用CFPM对无解析解一维TF-CNLS方程描述的孤立子波非弹性碰撞过程进行了数值预测,其出现的波塌缩现象与整数阶下出现的多波现象截然不同;最后,与有限差分结果作对比,表明CFPM数值预测时间分数阶下孤立子波非弹性碰撞过程的复杂传播现象是可靠的.     

水下爆炸异相气泡动力学特性的Euler有限元数值模拟研究北大核心CSCD

该研究基于Euler有限元方法建立了水下爆炸异相气泡动力学模型,将计算结果和气泡统一理论以及异相爆炸试验进行对比验证计算模型的有效性.通过和自由场单气泡进行对比分析,发现异相爆炸冲击波对气泡做功是异相爆炸气泡总能量增加的原因,相位差绝对值越接近π、距离参数越小气泡总能量损失越少,后产生的气泡会使先产生的气泡提前坍缩.气泡的射流方向受相位差影响,相位差为零时产生对向射流,其他相位差产生反向射流.     

基于变体积约束的阻尼材料微结构拓扑优化研究北大核心CSCD

阻尼复合结构的抑振性能取决于材料布局和阻尼材料特性.该文提出了一种变体积约束的阻尼材料微结构拓扑优化方法,旨在以最小的材料用量获得具有期望性能的阻尼材料微结构.基于均匀化方法,建立阻尼材料三维微结构有限元模型,得到阻尼材料的等效弹性矩阵.逆用Hashin-Shtrikman界限理论,估计对应于期望等效模量的阻尼材料体积分数限,并构建阻尼材料体积约束限的移动准则.将获得阻尼材料微结构期望性能的优化问题转化为体积约束下最大化等效模量的优化问题,建立阻尼材料微结构的拓扑优化模型.利用优化准则法更新设计变量,实现最小材料用量下的阻尼材料微结构最优拓扑设计.通过典型数值算例验证了该方法的可行性和有效性,并讨论了初始微构型、网格依赖性和弹性模量等对阻尼材料微结构的影响.     

基于模拟退火算法的知情交易研究北大核心CSCD

为了更准确地估计知情交易概率水平(PIN),文章主要使用模拟退火算法并结合交易量时间概念对知情交易模型进行参数估计.算法改进后的知情交易模型已可适用于较高频的交易订单数据,从而更好地捕捉微观市场中PIN的变化.参数估计方面,文章主要使用模拟退火算法对EKOP-PIN、EHO-PIN以及DY-PIN进行带约束的最大似然估计,并将结果与无约束优化的间接估计算法进行了比较,基本解决了以往算法存在的局部最优和数值溢出等问题.数值模拟显示,使用模拟退火算法并运用模式搜索法进行末端优化的混合算法在计算PIN时能够进一步提高估计精度.使用沪深300股指期货高频交易数据的实证结果显示,重新估计的EHO-PIN对波动率有着较高的解释和预测能力,可作为一种有效的市场波动率预警指标.     

基于传染病模型的恐慌情绪研究北大核心CSCD

针对突发事件下群体恐慌情绪影响群体行为反应问题,根据现实恐慌情绪特点,结合心理学人格特征理论,将复杂群体分为松弛型群体和急躁型群体,借鉴传统传染病SIR传播模型,引入群体与环境的影响因素κ,建立恐慌情绪传播模型.数值模拟结果表明:急躁群体的感染和恢复过程比较强烈,而松弛群体情绪比较稳定,恐慌情绪恢复较为缓慢;感染率对恐慌情绪传播具有双重作用,一方面提升恐慌情绪传播速度,另一方面增加群体情绪恢复能力;恢复率的提升加快恐慌情绪的传播,同时有效降低恐慌程度;增加接触率能够促进恐慌情绪传播,提升恐慌程度.     

基于格子Boltzmann方法的液滴撞击具有不同润湿性孔板的研究

基于格子Boltzmann方法,对液滴撞击不同湿润性节流孔板表面进行了数值模拟.主要研究了在液滴撞击过程中,Weber数(We)、孔板表面湿润性和孔板尺寸对液滴通过孔板时不同状态的影响.数值模拟结果表明:孔板为亲水特性时,在较低We下,液滴不会与孔板表面脱离,而是附着在孔板下表面,并且在毛细作用下液滴会在孔道中上升一段...     

基于全系数自适应预测校正算法的火星气动捕获制导研究北大核心CSCD

实现火星气动捕获制导对未来的返回式火星探测任务具有重大意义.针对火星大气环境密度不确定性大,大气接口初始条件不确定性大等问题,提出并分析比较了两类基于全系数自适应预测校正算法的火星气动捕获制导方法.其中第一类算法分为建立在以远拱点速度半径为控制输出和远拱点变轨速度增量为控制输出两种,另一类算法则是通过跟踪标称气动轨道的半长轴变化率实现制导目标.文章给出了以上三种算法建立的过程,并通过数学仿真验证比较了各个算法的特性,分析结果表明,基于全系数及适应预测校正算法的火星气动捕获方法在保证制导精度的前提下可以提高对环境及初始条件不确定性的鲁棒性.