湍流边界层相干结构剩余脉动雷诺应力项的实验测量

用IFA300恒温热线风速仪和X形二分量热线探针以采样间隔小于湍流耗散时间尺度的分辨率精细测量了风洞中平板湍流边界层不同法向位置的瞬时流向、法向速度分量的时间序列信号。用条件采样和相位平均技术提取了相干结构猝发过程中相干结构剩余脉动雷诺应力和随机脉动对相干结构贡献的雷诺应力的条件相位平均波形。基于理论上对湍流相干结构动量方程中随机脉动对相干结构贡献的雷诺应力和相干结构剩余脉动雷诺应力项的分析,对两种雷诺应力项进行了对比研究。研究发现,相干结构剩余脉动雷诺应力项在数值上具有和随机脉动对相干结构贡献的雷诺应力相同的数量级,表明在相干结构动力学模型方程中,相干结构剩余脉动雷诺应力项并不像以前估计的那样可以忽略不计。     

基于多步相移拟合的显微红外光弹系统研制

半导体电子器件的内部应力信息对于分析器件失效和材料破坏十分重要。红外光弹可能成为半导体材料与器件内部应力实验分析的有效手段。本文面向半导体材料与器件内部应力的定量表征,以近红外激光为光源,围绕多步相移拟合图像分析方法,通过选择分析核心部件和开发自动控制装置,研制了显微红外光弹系统。本文将该系统用于表征硅材料的内部应力场,并将分析结果与理论值和六步相移法计算结果进行对比,验证了所研制系统的可靠性,并展示了基于多步相移配合拟合识别的图像分析方法,相比已有技术对于分析因应力小或样品薄导致无整数级条纹出现的光弹图像具有较高的分析精度。     

面向热障涂层内部界面缺陷的快速检测装置

热障涂层 (TBC) 对燃气轮机涡轮叶片的保护起着至关重要的作用,但是其内部陶瓷层与黏结层界面易产生热氧化层和局部应力集中而诱发界面分层缺陷,严重危害TBC的服役安全,因此,实现TBC内部尤其是界面缺陷的无损快速检测对于叶片服役寿命评估具有重要工程意义。然而,现有的检测装置均不能满足无损、快速、精准以及便携的测量需求,为此本文开展了基于荧光成像的热障涂层内部界面缺陷的装置研究。本文基于荧光反射增强效应,设计搭建了采用同轴带通光路的检测装置。同时,探索了在荧光子层下方预制内部界面缺陷的实验方法,制备了用于验证方法与标定测量的预制界面缺陷TBC试样。最后,将所研制的检测装置应用于识别所制备样品的内部缺陷,通过对不同横向尺寸、形状与厚度预制缺陷的准确识别检测,验证了装置的有效性与适用性。     

Analysis on diffusion-induced stress for multi-layer spherical core–shell electrodes in Li-ion batteries

Silicon-based carbon composites are believed as promising anodes in the near future due to their outstanding specific capacity and relatively lower volume effect compared to pure silicon anodes. Herein, a multilayer spherical core–shell(MSCS) electrode with a graphite framework prepared with Si@O-MCMB/C nanoparticles is developed, which aims to realize chemically/mechanically stability during the lithiation/delithiation process with high specific capacity. An electrochemical-/mechanical-coupling model for the M-SCS structure is established with various chemical/mechanical boundary conditions.The simulation of finite difference method(FDM) has been conducted based on the proposed coupling model, by which the diffusion-induced stress along both the radial and the circumferential directions is determined. Moreover, factors that influence the diffusion-induced stress of the M-SCS structure have been discussed and analyzed in detail.     

纵向沟槽壁面湍流边界层内类开尔文-亥姆霍兹涡结构的流动显示

纵向沟槽壁面的湍流边界层,当沟槽的脊-脊内尺度无量纲展向间距s⁺ 在一定范围内,与光滑壁面湍流边界层相比,具有减阻效应;并在s⁺ 约为17 个黏性长度单位时减阻效果达到最优,之后其减阻趋弱,直至增阻;其原因可能是沟槽壁面湍流边界层由于“开尔文-亥姆霍兹” 不稳定性而产生的一种“类开尔文-亥姆霍兹”展向涡结构. 实验采用烟雾流动显示技术,首次在风洞中显示了这种“类开尔文-亥姆霍兹” 展向涡结构,确认了其存在性,并在概念上简单勾勒了其结构模型.     

拉格朗日方法下立方体诱导拟序结构的实验

运用时分粒图仪 (time-resolved particle imagevelocimetry)对平板边界层中立方体扰动诱导产生的发卡涡涡结构进行了实验测量, 得到了立方体扰动尾迹区中展向平面内的速度矢量分布.基于拉格朗日坐标系, 运用李亚普诺夫指数对流场中的相干结构进行了辨识, 比较欧拉坐标系下的结果发现拉格朗日体系下李亚普诺夫指数场不仅有效地包含欧拉坐标系下涡强所表征的发卡涡涡头信息外, 并且能够呈现出涡颈在空间中的分布, 能够完全刻画出发卡涡涡结构在展向平面内的信息, 还发现李亚普诺夫指数对流场拟序结构的表征有很好的鲁棒性.另外, 李亚普诺夫指数场的互相关分析表明诱导产生的发卡涡涡结构随着向下游的传播, 其涡头不断抬升, 发卡涡涡结构与壁面的倾角也逐渐变大, 有效地刻画了拟序结构的空间演化过程.