三层密度分层流体界面内波三阶Stokas解的研究

以小振幅波理论为基础,利用摄动方法研究了三层密度分层流体的界面内波,给出了各层流体速度势的三阶渐近解及界面内波波面位移的三阶Stokes波解.结果表明:界面内波波面位移的三阶Stokes波解描述了界面波的三阶非线性修正及两界面波之间的三阶非线性相互作用;波速不仅取决于波数和各层流体的厚度,而且还与波幅有关.     

密度均匀连续分层流体的内波格林函数

考虑自由表面的影响,从理论上建立了在密度均匀的连续分层流体中脉动点源生成内波的数理模型,应用Fourier变换和围道积分,推导出点源脉动频率的平方小于Brunt-Visl频率的平方条件下含自由面的连续分层流体中脉动点源的内波格林函数,并给出了详细的解析表达式,讨论了解的性质、内波的生成机理和自由面的干扰机理及波动特征.结果表明,所提出的连续分层流体中脉动点源的内波生成格林函数具有较好的准确性.     

分层流体中物体运动尾迹的理论和实验研究

论应用数值计算和实验两种方法研究了重力分层流体中运动物体与自由面的相互作用,数值计算表明,用Rankine卵形体模拟潜艇,在通常潜艇运动的条件下,重力内波在水面上形成的尾迹较弱,但仍然具有可以识别的特征,实验研究是在静水槽中进行的,分层介质为水－盐水以及柴油－盐水两种情形,实验结果表明,物体在密度突跃层附近运动时导致自由面发生特定的变形,论还讨论了物体的位置和运动速度等因素对变形形态的影响,对密度突跃层本身的变形特征也作了描述。     

圆柱形容器中垂直激励的弱黏性流体界面波

利用两时间尺度的摄动展开法,研究了在圆柱形容器中由垂直强迫激励引起的两种互不相容液体的弱黏性流体界面驻波运动.假设在圆柱形容器中的流体是不可压的,运动是无旋的,考虑了外部激励和表面张力的影响.基于弱黏性流体的假设,流场分解为外势流部分和黏性边界层部分.由相容性条件推导出振幅方程,并给出阻尼系数的解析表达式.     

用垂直激波管研究多层流体界面上的Richtmyer-Meshkov不稳定性

使用竖直激波管对气-液界面上的Richtmyer-Meshkov(RM)不稳定性现象进行了实验研究,构造了空气-硅油-水及空气-酒精-硅油两类流体界面,使用氦气作为高压驱动气体,进行了激波马赫数分别为M=1.50,1.85,2.25的实验;研究了流体黏性、激波强度以及表面张力对不稳定性发展的影响.通过分析实验数据,得到了气泡深度、尖钉高度及混合区域宽度随时间的变化关系,并发现在高马赫数下非线性变化关系明显.另外,研究了硅油层厚度对RM不稳定性的影响,提供了判断硅油层对RM不稳定性发生延迟的定量依据.     

变密度流体层中气泡浮升运动的数值模拟

本文开发了一种耦合气体和两层不同密度液体的直接模拟数值模型,以研究变密度流体层中气泡浮升的运动特性.基于高精度空间离散的5阶加权本质无振荡格式和时间离散的3阶Runge-Kutta格式,提出一种多水平集函数耦合的数值方法,实现了气液相界面和各液体表面的捕捉以及交界面处密度和黏度的计算.模型用已有文献的计算结果进行了验证,并应用于水、油两层流体中气泡运动的研究,有效地捕捉了复杂条件下气泡浮升运动的精细结构.研究发现:相较于均匀密度流体层中的运动,气泡在变密度流体层中运动时,其下方的压差液柱更容易在底部发生断裂分离;气泡上方液体的厚度较大,则气泡处于水下变形阶段的时间就越长,并使气泡底部的形态更趋向于扁平.     

受限于对称性破缺狭缝间氢键流体的界面性质

利用经典流体的密度泛函理论并结合改进的基本度量理论研究了受限于对称性破缺狭缝间氢键流体的界面性质.首先,根据氢键流体在狭缝间的吸附-脱附等温线以及相应的巨势等温线获得不同条件下氢键流体的界面张力.在此基础上,集中讨论了对称性破缺程度、氢键键能以及狭缝间距等因素对氢键流体界面特征的影响.结果表明:流体的界面性质与这些因素密切相关,研究结果可为进一步揭示对称性破缺条件下流体的相平衡及界面特征提供可能的理论线索.     

影响密度锁内热-冷流体分界面因素的实验研究

对3种不同管径的实验管段进行实验，研究稳态工况下扰动和热-冷流体温度差对密度锁内热-冷流体分界面位置的影响，结果表明，随着扰动的增大，扰动产生的湍流作用逐渐增强，从而使稳定的分界面向下移动；而温度差的增大，使热流体向冷流体的传热能力增强，导致分界面的位置下降，另外，对不同管径的实验管段的研究表明，在密度锁内布置一个蜂窝结构可有效地抑制扰动作用，使其内部的分界面更稳定。     

奇摄动三阶半线性三点边值问题的高阶渐近解

研究并构造带有小参数的奇摄动三阶半线性微分方程三点边值问题解的高阶渐近展开式,利用微分不等式理论,证明了解的存在性并得到了解的高阶误差估计.     

硬壁狭缝中硬球流体的密度泛函理论研究

用Rosenfeld密度泛函理论对由两平行硬墙约束的硬球流体系统进行了研究,计算了不同墙距离之间硬球流体的密度分布。结果表明,靠近狭缝,硬球流体的密度最大;在距硬壁一个分子直径附近也出现一个密度极大值;在两硬壁的中间位置,流体的密度较小且变化平缓。虽然该研究采用的模型及研究对象与前人有所不同,但计算结果与文献中的蒙特卡罗模拟结果基本一致。     

低温下含分层的复合材料层合板渗漏问题研究

针对含有横向基体裂纹与贯穿型分层的复合材料层合板,建立了一个四子域的二维力学模型,利用一阶剪切变形理论(FSDT),并结合连续性条件和边界约束条件获得拉伸载荷作用下与裂纹密度和分层长度相关的分层裂纹张开口位移(DCOD)的理论解．运用COMSOL软件进行有限元建模计算,验证了理论解的精确性．利用获得的DCOD解,通过达西定律给出了氦气通过复合材料层合结构的渗透方程,最终确定了氦气经过结构的渗漏率．同时,采用经典的热压法制备了预埋一定裂纹密度与分层长度的T700碳纤维增强体/环氧树脂基复合材料层合结构,并利用一台高真空系统进行了渗漏实验．结果表明：在渗漏率保持小于1×10^-5Pa·m3/s渗漏量水平上,理论值与实验结果相符合．本模型对于分析航天低温贮箱的渗漏规律具有重要参考价值．     

三元混晶三层系统的表面和界面声子极化激元

运用改进的无规元素等位移模型和玻恩-黄近似,结合电磁场的麦克斯韦方程和边界条件,研究了真空/极性三元混晶薄膜/极性二元半导体衬底三层系统的表面和界面声子极化激元,以AlxGa1-xAs/GaAs和ZnxCd1-xSe/ZnSe为例,获得了表面和界面声子极化激元模的色散关系以及表面和界面模的频率随混晶组分和薄膜厚度的变化关系.结果表明:与二元晶体三层系统以及三元混晶单层薄膜不同,在三元混晶三层异质结系统中存在五支表面和界面声子极化激元模,这五支表面和界面模的频率曲线位于二元晶体和三元混晶的体声子极化激元的禁带区间内,且其能量随混晶组分和薄膜厚度呈非线性变化,三元混晶的"单模"和"双模"性也在色散曲线中体现了出来.     

反平面剪切层间界面破坏的卸载行为研究

研究了由定常侧压力作用下,界面层上剪应力及位移场在卸载(反向加载)过程中的分布规律及演化规律·计算结果表明,由于裂纹前方损伤过程区的存在,卸载是非弹性的,伴随有损伤和摩擦两种耗散机制;另外,当卸载过程不能覆盖加载过程造成的损伤区时,会产生“应力锁死”现象,从而导致结构在以后的加载过程中可能产生冲击载荷·     

密度连续变化水体内孤立波数值模拟研究

针对内孤立波数值模拟研究,绝大多数学者采用忽略密度跃层厚度的两层流体模型进行分析研究.从海洋实际物理环境来看,内孤立波形成的两大因素为海水稳定层化和存在扰动,且密度层化是内孤立波存在的必要条件,显然这种两层流体模型不能完全表征实际海洋环境下内孤立波的真实特性.为了还原真实海洋环境下的内孤立波,亟待开发一套考虑密度连续变...     

HfO2和Al2O3混合原子层沉积反应机理的密度泛函理论研究

密度泛函理论研究了用HfCl4和Al(CH3)3作为前体,HfO2和Al2O3在硅表面的原子层沉积的机理,其包括2个沉积半反应:(1)HfCl4和Al—OH*的表面反应;(2)Al(CH3)3和Hf—OH*的表面反应。计算结果表明,2个半反应过程机理相似,内禀反应坐标研究也表明2个半反应经历了相似的过渡态和副产物的消除路径。另外,升高反应温度,反应(1)中间体的解吸附作用增强,而活化能降低,反应(2)活化能基本不变。