热声发动机的CFD数值模拟

采用计算流体动力学(CFD)方法,对高频驻波热声发动机和热声斯特林发动机实验系统分别进行了二维和三维数值模拟。计算模型具有与实验系统相同的几何结构、尺寸和运行工况。对计算模型的有效性进行了研究,表明实现有限换热条件的板叠实物模型适合驻波热声发动机的模拟,而实现局域热平衡的多孔介质模型适合热声斯特林发动机的模拟。计算结果成功观测到了非线性的自激振荡演化过程,捕捉到了两种发动机的不同非线性现象。计算结果分别给出了两种热声发动机内部的声场分布特性和复杂流场。计算结果与实验结果的对比验证了CFD方法对高频驻波热声发动机和热声斯特林发动机模拟的有效性。     

降低生物柴油中自由脂肪酸的吸附剂研究

以甘蔗渣为原材料,通过高温煅烧制备甘蔗渣吸附剂,用于降低生物柴油中的自由脂肪酸含量。采用SEM、热重分析仪对甘蔗渣吸附材料进行表征分析,研究不同煅烧温度对吸附剂吸附性能的影响,以及不同吸附条件对吸附效果的影响。结果表明,在实验条件下,当甘蔗渣吸附材料煅烧温度为600℃、吸附剂用量0.30 g、吸附温度25℃、吸附时间100 min时,可以将生物柴油原料油的酸值降至0.4 mg/g。     

用于激光光束整形的连续自由曲面的设计

设计一个有效的连续自由曲面,将给定的准直激光光束映射成任意模式的目标照明,仍然是一个具有挑战性的问题。提出一种基于光线映射来构造连续自由曲面的方法,通过计算光源与目标区域两者辐照度分布之间的光线映射关系,构造出光滑连续的自由曲面。对于准直输入光束,采用最优运输法计算光源与目标之间的光线映射;根据折反射定律和可积条件,推导出用于求解可积映射关系和连续自由曲面的一般条件;证明在小角度近似的情况下,基于最优运输法得到的光线映射关系可以满足可积条件;通过逐线积分法求解出满足一定边界条件的线性平流方程,从而完成连续自由曲面的构造。实验表明,利用逐线积分法求解标准积分方程构造出的连续自由曲面能实现任意模式的目标照明,能量利用率达98.95%。结果表明,基于最优运输法得到的光线映射关系在自由曲面和目标平面之间的距离较大时近似可积,提供了一种有效的构造连续自由曲面的方法。     

基于游标效应的级联法布里-珀罗传感器温度特性

理论和实验研究了基于游标效应的级联法布里-珀罗干涉型传感器的温度特性,该传感器是将一段空芯光纤熔接在两段单模光纤之间制作而成的,其中空芯光纤的长度与末端单模光纤的长度相近.仿真结果表明:当温度升高时,传感器的一些反射光谱向长波方向漂移,而另一些反射光谱向短波方向漂移.分析结果可知,光谱的移动方向和级联的两个法布里-珀罗干涉仪的自由光谱范围的差值有直接关系,在温度升高的情况下,自由光谱范围差值的正、负决定了传感器的光谱是向长波还是向短波方向漂移.此外,自由光谱范围差值的大小对传感器灵敏度的高低起决定性作用,其绝对值越小对应的传感器的灵敏度越高.实验制作了两个温度传感器,其自由光谱范围之差分别为0.055nm、-0.456nm,对应的温度灵敏度为163.8pm/℃、-75pm/℃,实验结果与仿真结果一致.通过调整空芯光纤和末端单模光纤的长度可进一步提高灵敏度,从而实现低成本、结构紧凑、高灵敏度的温度传感.     

四边自由各向异性矩形中厚板弯曲解析解

将基于阿穆巴诸米扬各向异性中厚板理论的控制方程、不同支撑下建立的板与支撑的协调方程以及板的自由边界条件,通过对称性分解成中心对称问题和中心反对称问题的叠加。利用傅立叶三角级数求解混合奇偶阶偏微分方程组,求得包括板的内力和支撑反力表达式的弯曲解析解。本文方法取消了直法线假设,克服了数学上的求解困难,去除了数值法的弊端,得出的结果更贴近实际。用该方法不但可以研究四边自由各向异性中厚板的弯曲特性和振动特性,而且还可分析不同边界约束下各向异性矩形中厚板的静动力特性。     

基于BreedPSO算法及交叠法的紧凑型大角度双自由曲面透镜设计

为了获得LED扩展光源大角度均匀照明,采用双自由曲面,设计了大角度紧凑型透镜。利用角度扩大函数使内自由曲面对光线发散,根据矢量Snell定律确定点源透镜的外自由曲面。采用交叠法优化双自由曲面扩展光源透镜模型,通过BreedPSO算法进一步优化。对于h/d=2.5的紧凑型系统,均匀度和光效分别为88.12%和84.54%,照明均匀度明显提高。照明系统横向安装位移误差在[0,0.3mm]内,均匀度及光效分别在85%及84%以上,纵向安装位移误差在[-0.04mm,0.05mm],均匀度及光效均在82%以上。     

130W/70K大冷量单级G-M制冷机的性能研究

为满足高温超导等工程应用项目的大冷量需求,对130W/70K大冷量单级G-M制冷机系统进行了结构设计、理论计算和制冷性能测试,测得其制冷性能为最低温度18.1K,制冷量131.2W/70K。由于回热器性能优劣对制冷机性能有所影响,通过回热器不同填料方式对制冷机性能进行测试,结果表明,相比于采用单一磷青铜网填料的制冷机,采用磷青铜网和铅球作为复合蓄冷材料可以提高制冷机的制冷性能。     

Closed form solutions for free vibrations of rectangular Mindlin plates

A new two-eigenfunctions theory, using the amplitude deflection and the generalized curvature as two fundamental eigenfunctions, is proposed for the free vibration solutions of a rectangular Mindlin plate. The three classical eigenvalue differential equations of a Mindlin plate are reformulated to arrive at two new eigenvalue differential equations for the proposed theory. The closed form eigensolutions, which are solved from the two differential equations by means of the method of separation of variables are identical with those via Kirchhoff plate theory for thin plate, and can be employed to predict frequencies for any combinations of simply supported and clamped edge conditions. The free edges can also be dealt with if the other pair of opposite edges are simply supported. Some of the solutions were not available before. The frequency parameters agree closely with the available ones through pb-2 Rayleigh-Ritz method for different aspect ratios and relative thickness of plate.     

截面含切口圆柱体自由扭转的弹塑性分析

对于截面含切口圆柱体的弹塑性自由扭转问题的分析,可按受力特点分为三个阶段:全弹性阶段、全塑性阶段和弹塑性阶段.每一阶段对应的分析方法不同,其中,在全弹性阶段可以采用有限差分法分析;在全塑性阶段可以按沙堆比拟的方法采用等倾曲面模拟;弹塑性阶段可以结合上述两种方法的结果和思路进行分析.利用差分法可以求出自由扭转截面内各离散点应力函数φ的数值解.本文推导了自由扭转的应力函数φ与J积分之间的关系,得出了自由扭转的应力函数与Ⅲ型裂纹的J积分之间的关系式.数值计算结果验证了本文方法的有效性和精确性.     

光栅外腔半导体激光器GHz射频调制特性研究

研究了光栅外腔半导体激光器(ECDL)对射频频率调制的响应特性,分析了射频频率调制时光栅外腔对半导体激光器的边带信号的影响.实验中测量了GHz射频频率调制的.ECDL输出的边带信号随射频信号功率、注入电流、光栅外腔长度的变化情况.证实了当射频调制频率等于光栅外腔自由光谱区的整数倍时,ECDL输出的边带信号可在一定程度上得到增强.