HyperFLOW软件非结构网格亚跨声速湍流模拟的验证与确认

计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)数值模拟在航空航天等领域发挥越来越重要的作用,然而CFD数值模拟结果的可信度仍然需要通过不断地验证与确认来提高.本文给出了从制造解精度测试、简单到复杂外形湍流模拟网格收敛性研究等三个方面开展CFD软件验证与确认的方法,并对自主研发的CFD软件平台HyperFLOW在非结构网格上模拟亚跨声速湍流问题的能力进行了验证与确认.首先通过基于Euler方程和标量扩散方程的制造解精度测试,分别验证了HyperFLOW在非结构网格上对Euler方程和黏性项的求解精度,结果表明其能够在任意非结构网格上达到设计的二阶精度. 其次,通过NASATurbulence Modeling Resource中的湍流平板、二维翼型近尾迹流动、二维Bump等几个典型的亚声速湍流算例的网格收敛性研究,量化考察了数值结果的观测精度阶和网格收敛性指数,并与国外知名CFD解算器CFL3D,FUN3D的计算结果进行了对比,验证了HyperFLOW对简单湍流问题的模拟能力,且具有良好的网格收敛性和计算精度(阶). 最后,通过NASA CommonResearchModel标模定升力系数的网格收敛性研究和升阻极曲线预测,验证了软件在复杂外形亚跨声速湍流流动数值模拟中也具有良好的可信度.      

洗涤时pH值对纳米级β-Ni(OH)2的团聚程度和电化学性能的影响（英文）

Nano-scale nickel hydroxide was prepared by precipitate transformation method in the paper. Effect of rinse pH on the agglomeration degree and electrochemical performance of nano-scale Ni (OH)2 was investigated. The measurement results of XRD and TEM indicate that the prepared nano-scale Ni (OH)2 is β (II)-phase, the grain size is in the rang of 10 ～ 50nm, and rinse pH exerts a great influence on the agglomeration degree of nano-scale Ni(OH) 2.The agglomeration of material becomes very obvious when rinse pH = 11, and the density of nano-scale Ni(OH)2 is enhanced obviously. Cyclic voltammetry(CV) and simulate cells experiment show that nano-scale Ni(OH)2 with suitable agglomeration degree have better electrochemical CV performance than those with ideal disperse Ni (OH)2and micron Ni(OH)2, and its proton diffusion coefficient is also the highest. It can elevate the discharge potential platform and prolongs discharge time, so the utilization ratio of Ni (OH)2 is raised.``     

Quantitative analysis of MWCNT agglomeration in polymeric‐based membranes using atomic force microscope

In this work, we performed an analysis on the surface properties of polyethersulfone (PES)‐based ultrafiltration membranes that were prepared by incorporating acid functionalized multiwalled carbon nanotube (f‐MWCNT) and polyvinylpyrrolidone into membrane matrix via simple blending method. The bonding‐chemistry of the nanocomposites implanted within the PES membrane was investigated by Fourier transform infrared spectrometer while atomic force microscope was employed to observe the distribution of f‐MWCNT in the membrane matrix and further measured its agglomeration quantitatively. The resultant 3D atomic force microscope images provided the most satisfactory way to examine the distribution of nanomaterials in the membranes, and with the help of ‘point profile data’ the maximum height and width of the agglomerated cluster could be quantitatively calculated. Moreover, the surface profile studies of the membrane surface provided the information about the length, volume, area, perimeter, radius and diameter of grains. It was observed that PES/nanocomposite blended membranes were held together via strong hydrogen bonding, but poor dispersion of MWCNT in the membrane matrix reduced the membrane performance in terms of protein (pepsin and bovine albumin serum) rejection and increased the surface roughness. Copyright © 2016 John Wiley & Sons, Ltd.     

湍流的诱导及其对瓦斯爆炸过程中火焰和爆炸波的作用

在实验的基础上,研究了管内瓦斯爆炸过程中湍流的诱导及其对瓦斯爆炸过程中火焰和爆炸波的影响作用.研究结果表明,管道面积突变对瓦斯爆炸过程中湍流的产生具有重要影响.管道面积突变(变大、变小)时,产生附加湍流,并使下游火焰气流的湍流度增加,瓦斯爆炸过程中火焰的传播速度迅速提高,并可诱导激波的产生.在80×80mm等截面直管中(瓦斯浓度为理论上最猛烈的爆炸浓度9.5%),瓦斯爆炸最大火焰传播速度为40.8m/s,管内各点均为压力波信号,当管道加装一Φ300mm圆管形成面积突扩11倍和突缩11倍两断面后,面积突扩处(L/D=22)火焰速度增大5.05倍,达到64.4m/s,面积突缩处(L/D=28)火焰速度为156.0m/s, 增大4.55倍,并在L/D=48倍处形成激波(超压1.6976atm、波速416.7m/s),在L/D=98倍处,激波强度最大.在面积突变管内加装加速环可使瓦斯爆炸过程中湍流度加剧,火焰的传播速度更高,激波生成的位置(L/D=28)、最强点位置(L/D=70)均前移,激波强度增大.研究结果对指导现场如何防治瓦斯爆炸,减轻瓦斯爆炸的威力具有一定的指导意义.     

各向异性浮力紊流的显式代数应力模型及其验证

在Wallin & Johansson的显式代数雷诺应力模型(EARSM)基础上,引入浮力的紊动效应,使该模型能够反映浮力对紊流运动的影响.利用同位网格上的SIMPLEC算法,模拟了T-型连接管内的温度混合流动.与实验资料和DNS计算结果比较表明,提出的模型能够反映各向异性的浮力紊流特征,而且模型在计算进程中显示出良好的数值收敛性能,与涡粘性两方程模型的计算花费相当.     

高焓湍流边界层壁面摩阻产生机制分析

高超飞行器在中低空以极高马赫数飞行时,飞行器表面会遇到湍流与高温非平衡效应耦合作用的新问题.这种高焓湍流边界层壁面摩阻产生机制是新型高超声速飞行器所关注的基础科学问题,厘清此产生机制可以为减阻方法的设计提供指导,具有重要的工程实用价值.本文选取高超声速飞行时楔形体头部斜激波后的高焓流动状态,开展了考虑高温非平衡效应的湍流边界层直接数值模拟研究,并设置同等边界层参数下的低焓完全气体湍流边界层流动作为对比,采用RD (Renard&Deck)分解技术研究了高焓湍流边界层摩阻的主要产生机制,对摩阻产生的主要贡献项积分函数分布进行了详细分析,研究了高温非平衡效应对摩阻产生的影响规律;采用象限分析技术,研究了摩阻分解湍动能生成项的主导流动事件.计算结果表明,高温非平衡效应会使得壁面摩阻脉动条带的流向和展向尺寸均减小.分子黏性耗散项和湍动能生成项是高焓湍流边界层摩阻生成的主要流动过程.分子黏性耗散项主要作用在近壁区,高焓流动的分布与低焓流动存在差异.象限分析表明,上抛和下扫运动是影响摩阻分解中湍动能生成项的主导事件.     

区域分工水平评价的新方法——区位结构熵法

根据区域产业分工理论,运用区位商测定区域专业化程度.然后,基于复杂系统结构熵理论,从产业在区际和区内聚集分布信息出发,融合行业路径和地区路径分析法于一体,提出并证明了可以用区位结构熵全面衡量产业在空间上的分布状况.在此基础上,构建一维区域分工指数,综合测定区域分工水平.最后,以我国工业空间分布为例,例证了该方法是合理的、可行的,具有一定的推广和应用价值.     

应用谱理论研究压力脉动的湍流模式

本文应用谱分析理论研究了剪切湍流场中的压力脉动,包括功率谱、均方值等.通过对压力脉动Possion方程的Fourier变换,首先将压力脉动谱表示成速度脉动谱的形式.利用Navier-Stokes方程的形式解及准正态分布假设,可以进一步将压力脉动功率谱表达式中所包含的速度脉动的三阶相关与四阶相关表示成速度脉动的二阶相关（功率谱）.最后,引入高雷诺数流的速度脉动功率谱模型,导出了由湍动e₀,耗散ε,雷诺应力-iu_j>及时均速度梯度表示的压力脉动均方值的湍流模式,并同现有数据进行了比较.     

层流与湍流等离子体冲击射流特性比较

本文采用数值模拟方法,对层流与湍流氩等离子体射流在空气环境中冲击平板时的流动与传热特性进行了对比研究.结果表明,在平板和射流进口间的距离较大时,平板的存在只对其附近的射流参数分布有较大影响,层流等离子体冲击射流的温度与轴向速度的轴向梯度明显小于湍流等离子体冲击射流情形;由于在平板表面形成的径向壁面射流对引射的附加贡献,层流和湍流等离子体冲击射流对环境空气的引射量明显增加.     

超细颗粒在交变电场中团聚过程的数值模拟

建立了异极性荷电颗粒在交变电场中的团聚系数模型,将其应用到Sectional算法中,模拟电场团聚作用对超细颗粒的脱除效果.比较模拟结果与文献中实验数据后发现,在初始浓度不太高时,模拟结果能较好地与实验结果相吻合,而在初始浓度很高时,两者有较大的差异.文中对造成上述现象的可能原因进行了分析.