金属泡沫圆管换热器性能的数值模拟与分析

氩氦刀低温探针换热器的性能直接影响其探针的降温速率及其治疗温度,采用金属泡沫圆管换热器可简化低温探针的结构并提高换热效率。文中基于氩氦刀的工作原理和金属泡沫圆管换热器的换热特点,采用平行流模型分析该种换热器不同填充圆管长度和工质(氩气)流体回流时间对换热器性能的影响以及温度场分布。     

三级质量-弹簧-阻尼系统的特性分析

利用控制理论中的Lyapunov方法对三级质量-弹簧-阻尼系统进行稳定性分析,并用信号流图对系统的可控性做了讨论,结果表明此系统为不稳定系统。     

多尺度Ag/CuO复合光热材料的制备及在海水淡化中的应用

采用原位化学反应和热处理相结合的策略,在泡沫铜表面形成丝线状与花瓣状的立体无机物阵列,然后在其表面蒸镀Ag纳米颗粒(NPs),成功制备了基于泡沫铜的Ag/CuO复合光热材料。该复合材料因表面三维立体阵列结构以及Ag NPs而具备较高的太阳光吸收率。故而,Ag/CuO复合光热材料结合三聚氰胺泡沫组成的蒸发器件实现了高效的海水淡化。本研究除了探索光陷阱深度和金属掺杂对吸收体光热转换效率增强之外,还搭建了太阳能驱动界面蒸汽生成测试系统,测试了样品的光热蒸发性能。在1倍太阳(1 kW·m~(-2))辐照下,该器件整体蒸发速率高达1.097 6 kg·m~(-2)·h~(-1),即其蒸发效率可达78.38%。     

剪切流作用下层合梁非线性振动特性研究

针对剪切流中层合梁的大变形非线性振动问题, 采用高阶剪切变形锯齿理论和冯·卡门应变描述层合梁的变形模式和几何非线性效应, 构建了大变形层合梁非线性振动有限元数值模型; 采用基于任意拉格朗日?欧拉方法的有限体积法求解不可压缩黏性流体纳维-斯托克斯方程, 结合层合梁和流体的耦合界面条件建立了剪切流作用下层合梁流固耦合非线性动力学数值模型, 采用分区并行强耦合方法对层合梁的流致非线性振动响应进行了迭代计算. 研究了不同速度分布的剪切流作用下单层梁和多层复合材料梁的振动响应特性, 并验证了本文数值建模方法的有效性. 结果表明: 剪切流作用下单层梁的振动特性与均匀流作用下的情况不同, 梁的运动轨迹受剪切流影响向下偏斜, 随着速度分布系数增加, 尾部流场中的涡结构发生改变; 刚度比对剪切流作用下层合梁的振动特性有显著影响, 随着刚度比的增加, 层合梁振动的振幅增大, 主导频率下降, 运动轨迹由‘8’字形逐渐变得不对称; 发现了不同厚度比和铺层角度情况下, 层合梁存在定点稳定模式、周期极限环振动模式和非周期振动模式三种不同的振动模式, 改变层合梁铺层角度可实现层合梁周期极限环振动模式向非周期振动模式转变.      

深海采矿系统中悬臂式立管涡激振动分析

不同于传统的海洋立管, 深海采矿系统中的垂直提升管道可以被视为一个底部无约束的柔性悬臂式立管, 工作过程中同样面临涡激振动和柔性变形问题. 本文采用一种无网格离散涡方法和有限元耦合的准三维时域求解数值模型, 系统性地研究了不同流速下悬臂式立管的涡激振动问题. 结果表明: 悬臂式立管的横向振动模态阶数随折合速度增加而增大, 在一定折合速度范围内主导振动模态保持不变; 当主导模态转变时, 对应的横向振幅会发生突降, 但是当新的高阶模态被激发后, 立管振幅随来流速度增加而再次逐渐增大; 在相同的振动模态下, 立管底部位移均方根值随折合速度线性增加, 主导振动频率在模态转变时会出现跳跃现象; 特别地, 本文讨论了三阶主导模态下悬臂式立管的振动响应, 无约束的立管底部呈现出较大的振动能量, 且振幅的驻波特征随折合速度增加而逐渐增强; 本文比较了两端铰支立管与悬臂式立管的涡激振动响应特征, 两者在振幅和主导振动频率两方面均表现出了相同的变化趋势.      

高马赫数下激波液滴相互作用的数值模拟研究

本文采用守恒清晰界面多相流数值方法模拟了超声速和高超声速环境下三维液滴的推进、变形和破碎演化过程.数值模拟结果与实验数据的一致性表明了本文所用数值方法和计算程序的准确性, 而网格无关性研究验证了采用的网格分辨率可以捕捉流场和界面的主要特征. 模拟结果验证了高韦伯数下液滴变形破碎过程所遵循的剪切诱导剥离(SIE)破碎机制, 其包含液滴的扁平化和剪切剥离两个主要特征. 而最近发现的SIE破碎机制下的循环破碎机制也在本文得到了验证, 即主液滴从球形液滴破碎为小液滴会经历多个循环重复的破碎阶段, 高韦伯数下液滴的破碎并非一次性剪切剥离的结果, 而是会发生逐层的剪切剥离和破碎. 本文还研究了马赫数对激波冲击液滴加速变形过程的影响. 结果表明, 高韦伯数下不同马赫数的液滴破碎过程具有高度一致性, 并遵循统一的SIE破碎机制.通过对液滴质心位移、速度、加速度和拽力系数的量化统计揭示其运动过程中的统一加速规律. 在激波的驱动下, 液滴并非以一个恒定的加速度做加速运动.在扁平化不明显的前期, 液滴以一个恒定的加速度做加速运动.随着液滴扁平化的发生, 迎风面积的增加导致拽力系数的增大, 进而导致液滴加速度的不断增大.      

一种模拟动边界绕流的锐利界面浸入边界法

When the structural wall moves over a fixed grid, the structure coverage will change, resulting in many dead and emerging elements. To avoid the influence of malformation and reconstruction of body-fitted grids on the calculation efficiency and accuracy of the fluid-structure interaction problems with coupled boundary movement on the fixed grid, an improved numerical method for describing the interaction between an immersed rigid body and fluid based on a sharp-interface is proposed. In this method, both the fluid and solid are regarded as pure fluid domains in the whole computational domain, and the solid boundary is divided into several Lagrangian grid points. The flow parameter or velocity is reconstructed by interpolation at the interface element, which is then directly used as the boundary condition of the flow field, thus reflecting the influence of the wall boundary conditions. The method constructs the calculation structure of “virtual point, force point and vertical foot point”, and the velocity of the virtual point is obtained by bilinear interpolation. Then, the velocity of the force point is calculated by forcing the solid boundary to meet the no-slip condition, and the equations of the coupling system based on the immersion boundary method are finally solved to realize the numerical simulation of the flow with a complex moving boundary. The numerical program for this immersed boundary method is established using C++, then the accuracy and reliability of the proposed method are validated by comparison with the literature and experimental results of the basic numerical example of flow around a cylinder. Furthermore, the effects of the structural shape and the angle of attack on the trailing vortex structure, the vortex shedding frequency, and the lift/ coefficient characteristics of the flow around the elliptical cylinder have been analyzed. The anti-symmetric S-type, “P+S” Ⅰ-type and “P+S” Ⅱ-type trailing vortex shedding modes, as well as the variation laws of the vortex structure size, vortex shedding frequency and lift-drag coefficients ratio with axis ratio and angle of attack, are captured. The critical angle of attack (25°) corresponding to the maximum lift-drag ratio is determined as 25°.     

定量供油下近接触区油池形态试验观察

采用球-盘点接触光干涉润滑油膜测量装置,观察了纯滚条件下近接触区油池形态随供油量和卷吸速度的变化过程. 结果表明,油池在低速、中速和高速下分别呈现出闭合态、半开放态和分离态3种状态. 闭合态油池内气穴长度随卷吸速度增加而增加,且存在使尾部油池分离的临界速度. 气穴区表面张力作用使气穴长度预测值和测量值出现差别;卷吸作用和压差作用是油池变形的原因;供油量和卷吸速度决定了润滑剂的供-失平衡态,影响了油池侧宽的变化趋势.      

可压Navier-Stokes方程解的最高阶导的最佳衰减估计

该文研究可压Navier-Stokes方程Cauchy问题光滑解的衰减估计问题.假设初始扰动在Hl(R3)(l≥3)中充分小,且属于H1(R3)(0≤s＜5/2),通过对解的高低频分解,结合谱分析和能量估计方法,得到解各阶导数的最佳衰减估计结果.     

新型三通分配器中环状流相分离预测

实验三通型分配器主管侧壁均匀分布8个直径为3.5 mm小孔,主管中的气液混合物不是直接进入侧支管,而是通过安装在主管外壁上的环室进入侧支管.在水平管空气一水实验台上进行了实验,发现与传统三通型分配器分配特性不同,液相会优先进入侧支管,从而侧支管干度小于主管.建立了相分离预测模型,认为对于环状流,液相主要来自于穿过小孔上方的液膜,而气相根据小孔两侧阻力进行分配.模型预测值与实验结果吻合得很好,最大误差为7.24%.