燃烧系统的离散Boltzmann建模与模拟研究进展

燃烧系统的诸多模拟依托于流体建模, 离散Boltzmann方法(discrete Boltzmann method, DBM) 是近年来发展起来的一种新的流体介观建模方法. 本文简要评述DBM发展的两个方向——Navier-Stokes等偏微分方程的数值逼近解法和复杂系统的微介观动理学建模. 主要介绍在燃烧系统模拟方面DBM已有的工作、新近的思路、与传统流体建模的异同以及近期的研究成果. 本文重点传递的信息为: 作为复杂系统微介观动理学建模出现的DBM在模拟过程中同时给出“流动”及其相伴随的、关系最密切的那部分“热动”非平衡效应; 它为燃烧等复杂系统中各类非平衡行为的描述、非平衡信息的提取、非平衡程度的度量提供了一种简洁、有效的方法; 它所提供的热动非平衡测量量有两类: 一类是直接比较分布函数和平衡态分布函数的动理学矩关系得到的, 一类是来自于Chapman-Enskog多尺度分析给出的热传导和黏性项. 基于第二类DBM, 可以实现(燃烧等)一大类复杂流体系统的多尺度物理建模.     

玻璃-橡胶混合颗粒体系的弹性行为研究

废旧橡胶制品颗粒与砂土颗粒混合物作为建筑填充材料具有环保、轻质、减震效果好等特点.软硬组分的混合比例可以调制体系力学性能从而实现兼顾材料柔韧性与强度的需求,但细观层面上材料性能改变的原因尚不明确.本文主要研究玻璃-橡胶混合颗粒体系的弹性行为及其微观机制.利用飞行时间法测量混合材料等效动弹性模量,发现随着橡胶颗粒增加,体系逐渐从类玻璃刚性行为转变为类橡胶柔性行为.离散元模拟结果与实验结果类似.此外,模拟显示低橡胶颗粒占比样品内主要由玻璃颗粒构成主力链结构,而橡胶颗粒基本不参与强力链的构成.当橡胶颗粒占比较大时,玻璃颗粒和橡胶颗粒共同构成主力链网络结构,但颗粒间法向接触力分布相对更为均匀,可视为玻璃颗粒悬浮于橡胶颗粒中.基于上述结果,提出了改进的等效介质理论,用于描述混合颗粒体系的弹性行为.研究认为:橡胶颗粒占比较小时内部颗粒的变形相对均匀,材料近似满足等应变假设,视为并联弹簧模型;橡胶颗粒占比较大时混合材料近似满足等应力假设,视为串联弹簧模型.两种模型得到的结果与模拟结果一致.上述结果有利于从微观角度揭示混合颗粒材料弹性行为的变化机制.     

平行共轴线圈的磁场特征研究与实验设计

通过计算机及相关的传感器和数据采集接口辅助,研究了平行共轴双线圈间距分别为0.5R,R,1.5R时,轴线方向磁场强度的分布规律及特征.从平行共轴双线圈间距为R的亥姆霍兹线圈所形成的均匀磁场出发,结合理论推导,自己设计并组装了三线圈实验装置,实现了平行共轴三线圈均匀磁场区域扩大、强度增强的实验设计,在一定程度上弥补了传统亥姆霍兹线圈磁场测量的不足并有助于对其深入的理解和研究.     

颗粒滚动摩擦系数对堆积特性的影响

为探讨颗粒摩擦系数对堆积特性的影响,利用离散单元法,模拟静摩擦系数固定时,变化滚动摩擦系数对椭球形颗粒堆积角及堆积体的影响.利用自制斜面仪测定了颗粒静摩擦系数,并对滚动摩擦系数与堆积角建立线性方程.结果表明,滚动摩擦系数对颗粒堆积特性有显著影响,颗粒堆积角随滚动摩擦系数增大而增大,边界圆与连续圆间的间隙随滚动摩擦系数增大而减小.依据颗粒堆积过程中旋转动能的变化可以阐述上述结果,建立的滚动摩擦系数与堆积角的线性方程可为具体颗粒物料滚动摩擦系数的获取提供数值测量思路.模拟堆积的过程可为散体物料一些不易测量的参数进行虚拟实验标定.     

基于质心理念的无线传感网络路由协议的研究与改进*

在无线传感器网络中存在诸如节点能量损耗以及数据传输时所存在的时延等问题,因此在深入研究PEGASIS以及相关改进算法的基础上,并结合力学中质心的概念而提出一种基于质心理念的链式算法CMC-PEGASIS(Center of mass concept-PEGASIS)。该算法将整个传感器区域分成等宽的五个子区域,通过计算每个子区域内节点至基站的距离并按照距离与基站的远近来成链。其次引入质心的概念找到每个区域节点的能量中心,同时结合节点自身的能耗以及每个节点与基站的距离关系,得到每个子区域中的最佳的簇头节点,最后每个区域的簇头节点直接与基站完成信息的传输。经过理论分析和仿真结果得知：CMC-PEGASIS算法降低了全局能耗、减少了信息延迟率同时延长了网络的生命周期。     

Discrete symmetry groups of vertex models in statistical mechanics

We analyze discrete symmetry groups of vertex models in lattice statistical mechanics represented as groups of birational transformations. They can be seen as generated by involutions corresponding respectively to two kinds of transformations onq×q matrices: the inversion of theq×q matrix and an (involutive) permutation of the entries of the matrix. We show that the analysis of the factorizations of the iterations of these transformations is a precious tool in the study of lattice models in statistical mechanics. This approach enables one to analyze two-dimensionalq ⁴-state vertex models as simply as three-dimensional vertex models, or higher-dimensional vertex models. Various examples of birational symmetries of vertex models are analyzed. A particular emphasis is devoted to a three-dimensional vertex model, the 64-state cubic vertex model, which exhibits a polynomial growth of the complexity of the calculations. A subcase of this general model is seen to yield integrable recursion relations. We also concentrate on a specific two-dimensional vertex model to see how the generic exponential growth of the calculations reduces to a polynomial growth when the model becomes Yang-Baxter integrable. It is also underlined that a polynomial growth of the complexity of these iterations can occur even for transformations yielding algebraic surfaces, or higher-dimensional algebraic varieties.     

Systematics on fission fragment mass distribution of neutron induced 235U fission

Based on the neutron induced fission fragment mass distribution data up to neutron energy 20 MeV measured with the double kinetic energy method (KEM) and the radio active method (RAM), the systematics of fission fragment mass distribution was investigated by using 5 Gaussian model and the systematics parameters were obtained by fitting the experimental data. With the systematics, the yields of any mass A and at any energy in the region from 0 to 20 MeV of neutron energy can be calculated. The calculated results could well reproduce the experimental data measured with KEM, but show some systematical deviation from the data measured by RAM, which reflects some systematical deviations between the two kinds of measured data.The error of systematics yield was calculated in an exact error transformation way, including from the error of the experimental yield data to the error of the discrete parameters, then to the systematics parameters,and at last to the yield calculated with systematics.     

随机分布黑碳-硅酸盐混合凝聚粒子的消光特性研究

基于分形理论,采用蒙特卡罗方法对随机分布的混合凝聚粒子的空间结构进行了仿真模拟。利用Bruggeman有效介质理论得到了占有不同体积份额黑碳的内混合凝聚粒子的等效复折射率。采用离散偶极子近似方法对随机分布混合凝聚粒子在内外混合状态下的吸收、散射和消光效率因子等消光特性参量进行了数值计算,深入探讨了混合方式、容积含量、入射波长以及基本粒子粒径和数量对混合凝聚粒子消光特性的影响规律。通过将所得数值结果与T矩阵方法的数值结果进行比较发现,两种数值方法计算的结果非常相近。结果表明,随机分布混合凝聚粒子的散射效率因子对混合方式非常敏感,消光效率因子对混合方式较敏感,而吸收效率因子对混合方式不敏感。随着凝聚粒子尺度参数的增大,混合方式对散射和消光效率因子的影响逐渐显著。内外混合方式下,随着黑碳体积比的增大随机分布混合凝聚粒子的吸收、散射和消光效率因子均近似线性增大,并且增大的幅度随着粒子尺度参数的增大而增大。     

阴极荧光光谱有效收集效率的计算与测量（I）

从点光源均匀发光模型出发,重点导出了回转半椭球面镜的阴极荧光(Cathodoluminescence,简称CL)光谱有效收集效率η_λ~(eff)的计算公式,分析讨论了收集效率η_λ~(eff)与椭球参数e、收集角、Δφ出射角Δ(?)以及出射光束方位角θ_N的关系,给出了相应的理论计算和模拟实验结果.研究表明,理论计算与实验结果一致.     

一种模拟热导率的非平衡分子动力学方法

提出一种计算热导率的非平衡分子动力学(NEMD)方法,通过构造均匀内热源获得抛物线形温度分布,并基于Fourier导热定律计算热导率,与Müller-Plathe发展的反扰动非平衡分子动力学(RNEMD)方法相比,不仅具有能量动量守恒和收敛性好的优点,还克服了常规NEMD方法中热冷源区域存在局域热力学非平衡的问题,并有模拟系统温差影响小的特点.对液态氩的热导率进行模拟并与RNEMD方法的模拟结果进行对比.