A NUMERICAL STUDY OF UNIFORM SUPERCONVERGENCE OF LDG METHOD FOR SOLVING SINGULARLY PERTURBED PROBLEMS

In this paper, we consider the local discontinuous Galerkin method （LDG） for solving singularly perturbed convection-diffusion problems in one- and two-dimensional settings. The existence and uniqueness of the LDG solutions are verified. Numerical experiments demonstrate that it seems impossible to obtain uniform superconvergence for numerical fluxes under uniform meshes. Thanks to the implementation of two-type different anisotropic meshes, i.e., the Shishkin and an improved grade meshes, the uniform 2p ＋ i-order superconvergence is observed numerically for both one-dimensional and twodimensional cases.     

叉排微通道换热器的换热性能

[目的]探究叉排微通道换热器在船用燃气轮机间冷过程中的实验换热性能及其影响因素.[方法]针对增材制造加工的叉排微通道换热器,在低流动工况条件下进行对流换热实验,从结构和流动因素研究叉排微通道换热器的换热性能.[结果]通道宽度减小0.50 mm使叉排换热器换热性能增强106.9%～61.9%;通道数增加1.6倍导致同流量下换热性能平均降低21.9%～50.8%,而同流速下换热性能平均降低11.6%;进口流量增加6.3倍,换热器换热性能提升44.0%;但换热性能受热侧空气进口温度的影响较小,相邻工况条件计算值变化最大仅为5.4%.[结论]工艺条件允许下减小通道尺寸可提升叉排微通道换热器性能,而增加通道数量则会带来负面影响;冷侧水进口流量增大能提升叉排微通道换热器换热量,从而增强换热性能;热侧空气进口温度的影响则较为复杂.     

热带海洋的降水区域划分及相关大气背景环境特征

[目的]探究热带海洋上空的大气背景环境差异对降水特征的影响及其内在机制.[方法]使用1998—2013年热带降雨测量任务(TRMM)的逐月降水特征数据,利用聚类分析的方法将热带降水区域划分为5种典型类型,并通过湿静能(MSE)和对流有效位能(CAPE)等诊断变量探讨不同降水类型与大气背景环境之间的关系.[结果]研究发现以西太平洋暖池为代表的强降水区域表现出强烈的垂直运动和水汽背景.相反地,大陆副热带西岸等区域由于下沉异常和相对较干的大气条件,降水较为微弱.其他开放大洋区域的降水受水汽异常和大气稳定性影响,较低的稳定度和更湿的中低层大气有利于形成高空降水.[结论]本研究探讨了热带海洋上空大气背景环境与降水类型之间的关系,指出大尺度气候背景的动力热力作用对热带海洋上空降水类型的关键影响,有助于加深对热带海洋上空降水空间分布的理解.     

大容积电烤箱内传热过程的反向传播神经网络控制算法

大容积电烤箱内存在严重加热不均匀问题,限制其在商业和家用领域的广泛应用,传统比例-积分-微分(PID)控制算法存在弛豫时间长、温控精度差等问题,导致被加热目标无法维持在最佳烹饪热环境。通过自编程构建了一种反向传播神经网络(BPNN)控制策略,以改善大容积电烤箱的加热速率、温控精度及热均匀性为目标,通过局部速度、温度分布与美拉德反应可视化实验测试,探究了风扇转速、对流与辐射加热功率和排气流量等因素的影响。实验结果表明：在提升算法鲁棒性后,BPNN算法对烤箱内温度预测误差显著降低;相比PID控制方法,采用BPNN算法的被加热目标过热度最多降至6℃,温控精度显著提高;被加热目标表面温度的相对极差从54%降至36%,速度相对极差从71.4%下降至39%,均匀性显著增强;电烤箱的加热弛豫时间从230 s降至100 s。BPNN算法能够实现大容积电烤箱更精确、更快速、更均匀的温度控制。     

基于对流粒子域插值物质点法的壳结构分析

物质点法(material point method, MPM)采用Lagrange质点和Euler网格双重描述,适合处理大变形和接触问题. 该文基于对流粒子域插值物质点法(CPDI2)框架分析了薄壳结构的大变形问题：使用四边形网格来离散壳体结构,通过物质点到壳单元节点再到背景网格节点的双重映射计算基函数,在背景网格上求解动量方程,基于BT壳单元理论更新物质点的内力. 数值算例将受大变形的壳结构与参考解进行了比较,验证了该文方法的准确性.     

多孔介质孔隙率对池沸腾传热性能影响机理的模拟研究

采用介观相变格子Boltzmann(lattice Boltzmann, LB)方法,在孔隙尺度下研究了多孔介质的孔隙率对池沸腾换热过程的影响,重点分析了不同孔隙率时气泡的运动过程,并对气泡在多孔介质中的典型状态进行了力平衡分析,进而探究了多孔介质孔隙率影响沸腾传热的机理.结果表明,与无多孔介质的平板表面相比,多孔材料能够有效地降低初始成核的壁面过热度,增强流体的扰动,并且能够显著提升临界热流密度(critical heat flux, CHF)值.在所研究的工况中,孔隙率ε=73.2%时,CHF值提升最大,约为平板的3.6倍,其余孔隙率的多孔介质最小也可将其CHF值提升至平板的2.3倍.研究发现,当孔隙率从97.7%开始逐渐减小时,CHF值逐渐增大,同时沸腾换热曲线向左上方移动,这是因为减小孔隙率能够增大有效换热面积,减小气泡成核的壁面过热度,从而强化沸腾换热.当孔隙率减小到ε=73.2%时,若继续减小孔隙率,热流密度将突然下降,沸腾传热性能显著降低.通过对沸腾过程中气泡的受力进行分析后发现,当孔隙率较小时,过小的孔隙直径显著增大了气泡的逸出阻力,降低了气泡的上升速度,延长了气泡脱离多孔介质的时间,且此时气泡会在蒸发动量力、接触压力以及摩擦力等的共同作用下聚集在加热器上表面,形成气膜,从而恶化沸腾传热.     

带肋方腔中单极注入诱导的电对流数值模拟研究

本文设计了带不同形状肋片的二维方腔电对流物理模型,基于OpenFOAM的FVM框架耦合求解Navier-Stokes方程、电势的Poisson方程以及电荷守恒方程,研究了带肋方腔电对流的形成机制及流动特性。研究结果表明：带肋方腔肋片表面因电场强度较大成为主要的电荷注入区域,最终形成了中轴线处的电羽流以及两侧对称的电荷空白区,流场为主体双涡对称、四角分布角涡;随着电瑞利数T的增大,电对流强度提高,当T超过某一阈值T_c时,电对流流型从稳定状态转变为不稳定状态;在强化电对流和稳定流型方面,带矩形肋方腔均具有最优性能,其电对流强度比带三角肋方腔提高了12.8%。     

偏滤器部件中W/Cu模块传热的数值模拟分析

利用理论公式和CFX仿真分别对偏滤器部件中平板型W/Cu模块进行稳态热分析,获得了不同热流密度下W/Cu模块的温度场和应力场的变化。理论计算得到的对流传热系数约为52304W·（m²·K）^-1,而用CFX仿真分析得到的为35168～52186W·（m²·K）^-1。此外,两种稳态热分析方式得到的W/Cu模块的温度场数值相近;在20MW·m^-2热流密度下,W/Cu模块的温度场、应力场分析结果均超出了对应材料的许用范围,严重影响了偏滤器部件的稳定运行。     

一维非定常对流扩散方程的2m阶指数型高精度差分格式

文章对含源项一维非定常对流扩散方程进行分析.对微分方程进行半离散,对半离散后的方程作指数变换消去一阶对流项,构造变换后方程的一种2m阶(m为任意正整数)的指数型差分格式,作指数变换的逆变换得到原一维非定常对流扩散方程的2m阶指数型差分格式.分析此格式的稳定性,用数值例子验证提出格式的有效性.