近场动力学系统中波传播特性的探究

近场动力学是一类基于非局部思想的新固体力学方法,其采用积分形式的控制方程,自然地适用于极端载荷下材料破碎和裂纹发展的模拟,被广泛用于国防安全等领域的研究.但是,非局部性会引入色散效应,对波的传播产生不利影响,制约其对断裂等固体行为的捕捉能力.为此,采用谱分析方法,对近场动力学系统的色散行为进行了全面的研究.发现相比于低频成分,高频成分的色散关系呈现出振荡趋势和零能模式,色散问题更为严重.高频域的色散行为还随波的传播方向发生改变,呈现出沿45°的对称性.而近场动力学系统本身缺乏数值耗散,无法抑制色散问题带来的不利影响.因此,从引入数值耗散的角度出发,在合理保留传统近场动力学理论框架的基础上,建立了黏性引入的控制方程.并考虑固体中常见的体积变形和对高频成分的选择性抑制,构造了相应的黏性力态.最后,在数值研究中模拟了极端载荷下激波的产生,以探究波的间断性对色散行为的影响.发现间断性强的波表现出更为显著的色散行为,呈现出Gibbs不稳定性.这些均能有效地被黏性力态所抑制,验证了所提方法的正确性.这为在近场动力学系统中实现对波传播过程的正确捕捉,获得正确的固体行为提供了重要参考,从而为国防安全领...     

搅拌子磁悬浮悬浮原理及动态平衡实验探究

在某些特定情况下,磁力搅拌器的“搅拌子”在搅拌时,能在黏性流体中出现稳定上升和悬浮的情况。基于此现象,该文设计了一系列实验探究“搅拌子”动态稳定的原理以及相关影响因子的影响机制。对于磁悬浮原理方面,主要通过观测悬浮过程中6个阶段搅拌子的自旋转情况,并建立流体内圆柱体旋转模型进行分析,得到搅拌子动态悬浮过程中的受力情况。对于影响因子方面,该文从黏性流体、搅拌子形状及规格等方面入手,通过实验观测各条件下搅拌子的最小悬浮角速度,反映出各因子的影响机制,并验证了圆柱体旋转模型的合理性。最终得到在本实验中8.0mm×45.0mm的棱柱形搅拌子在26.0℃纯甘油(946.00泊)中维持磁悬浮所需搅拌磁棒转速最小,ω_up为171.5r/min、ω_down为262.0r/min。该实验探究成果为旋转式磁悬浮在水中升降机的应用提供了一定的参考。     

非均匀饱含黏性流体孔隙介质中声波传播及井孔声场分析

声波在饱含流体孔隙介质中的传播特性与流体的黏滞性及孔隙介质的非均匀性密切相关.本文在Biot理论基础上,考虑了孔隙流体的剪切应力及孔隙结构的非均匀性,采用含黏性流体孔隙介质中的波动理论,研究了孔隙介质中四种体波的频散和衰减特性,分析了慢横波对快纵波转换散射的影响,进一步推导了孔隙地层井孔中的模式波及其声场的解析解,研究了非均匀孔隙介质中井孔模式波和波列的特征.研究结果表明,含黏性流体孔隙介质中存在慢横波,慢横波的频散很强,其传播特征受到介质孔隙度、渗透率及孔隙流体黏度的影响.在非均匀孔隙介质中,与慢横波相关的剪切应力平衡过程不仅导致快纵波的频散和衰减,还会影响井孔伪瑞利波及斯通利波的传播特征.本文的工作完善了孔隙介质中声波传播的物理机制,为孔隙地层井孔声波的解释与应用提供了理论指导.     

位移浅水波系统

(1+1)维位移浅水波系统(1DDSWWS)是结合流体力学和变分原理, 运用拉格朗日坐标而构造的浅水波方程. 综合流体在3个维度空间上的能量, 将1DDSWWS推广, 可推导出(2+1)维位移浅水波系统(2DDSWWS). 2DDSWWS的严格解可表示为椭圆函数积分, 这个椭圆函数积分可退化为雅可比椭圆周期函数解和孤立波解. 2DDSWWS的水面具有各种不同形态的孤子激发模式, 我们在2DDSWWS模型中也发现了孤子分子. 借用量纲分析的方法添加流体黏性项, 可以对理想的(2+1)维位移浅水波系统进行修正, 建立修正的2DDSWWS模型. 当黏性系数为零时, 修正模型将退化成理想模型. 修正的2DDSWWS模型的严格解可以很清晰地展示流体的黏性对流体运动的影响. 在连续性方程中保留高阶项, 重构拉格朗日函数, 可以得到全非线性(2+1)维位移浅水波系统(FN2DDSWWE). 在低阶近似下, 忽略某些高阶项, FN2DDSWWE可以退化成2DDSWWS模型.     

高韦伯数条件下黏性对液滴变形过程的影响

为探究液滴黏性对变形过程的影响,深入了解液滴在冲击波作用下变形破碎的行为机制。采用高速阴影技术在水平激波管上拍摄了高韦伯数（We=1 100～4 400）条件下,3种黏性硅油液滴的变形过程。结果表明随着黏性的提升：液滴演化出相应特征所需时间增大,同时会出现新的变形特征;液滴空间及位移特征参数的生长速率降低而变形时间、最大变形高度/位移都增大,这是因为提升的黏性力降低了变形速率、耗散了更多的动能并延长了液滴的变形过程;液滴表面最不稳定的Kelvin-Helmholtz波朝着大尺度、低生长率的方向发展,从而实现黏性对变形过程的延缓作用。随着最大变形位移的增大,最大变形高度首先线性增长,之后增幅降低。

     

冲击波的小波数值计算方法

基于自适应小波配点法和人工黏性技术,构造出一种简单稳定的冲击波数值计算方法。采用小波阈值滤波,生成适应流场分布的多尺度自适应网格,并利用密度场最细尺度的小波系数构造幂函数形式的冲击波定位函数,用以判断冲击波位置。联合人工黏性与冲击波定位函数,自动根据流场梯度严格控制人工黏性的大小和分布。对强/弱冲击波管问题进行计算,结果表明,该方法能够准确捕捉冲击波和有效抑制数值振荡,并且使用简单、分辨率高、计算量小。

     

含气量对黏性液体中空泡脉动特性的影响

采用自行研制的高灵敏度光偏转测试系统,研究黏性液体中激光空泡脉动特性.判定了空泡两次脉动对应的最大和最小泡半径,进而计算了激光空泡在前两次脉动过程中泡内的含气量.研究表明：泡内含气量对泡脉动特性有较大影响.随着脉动次数的增加,空泡泡内含气量增大.空泡最大泡半径随含气量的增加而增大.此外,受液体黏性影响,空泡膨胀和收缩过程明显变缓. 关键词： 含气量 黏性 激光空泡 脉动特性     

油泵输送黏性流体时的性能换算图

本文通过实验得到了不同比转数油泵在输送黏性流体的水力性能,研究了输送黏性流体时的修正系数与油泵的性能参数、油泵的转速和输送介质黏度之间的相互关系,参照德国KSB公司所提出的相似准则数,绘制了五种比转数油泵输送黏性流体时的流量、扬程和效率性能换算图,给出了性能换算图的使用方法和计算步骤,实例表明用性能换算图得出的计算结果与实测结果具有较高的一致性.