湍流边界层外区大尺度相干结构的理论模型及与实验的比较

本文基于流动稳定性理论,提出了一种解释湍流边界层外区大尺度相干结构产生机理的理论模型.将计算所得流线、等涡线分布及利用相干结构理论模型计算湍流边界层中平均温度分布的结果与实验比较,结果是比较满意的.     

Double-Humped Transverse Density Profile in Two-Dimensional Chute Flow with Rough Sidewalls

We study a two-dimensional granular rapid flow with rough sidewalls stuck with the same size discs by molecular dynamics simulation. A transient state of the double-humped density profile in the flowing process has been found, which appears and moves as travelling wave and is the same as the phenomena in the recent experiments [Acta Phys. Sin. 53 （2004） 3389 （in Chinese）]. Our simulation shows that the rough sidewalls play an important role in the converting momentum of boundary discs from the vertical direction to the horizontal one through particle collisions to form this profile and the good elasticity of discs ensures this effect. The appearance of the double-humped profile may be a precursor, which determines if the whole flow will be far repulsed from the boundary and become dilute eventually.     

半线性方程组边界层解的存在性

本文利用隐函数定理讨论了含小参数的半线性椭圆方程组边界层解的存在性．     

湍流热对流温度剖面双参数拟合及其变化特性

采用高效并行的直接数值模拟方法计算了三个Pr数的系列Ra数的二维热对流.对所有计算结果的平均场温度边界层特性进行研究,采用考虑脉动作用的双参数温度边界层理论对温度边界层剖面进行拟合,得到了拟合参数a和参数c的分布.参数a决定了温度剖面的基本特性,而参数c起到了对温度剖面外区的修正作用,使得在5个边界层厚度温度边界层剖面的计算值与理论解符合良好.参数c的变化特性与参数a的相反, a值增大则c值减小.不同的Pr数拟合参数a随Ra数变化具有不同的分布特性,但都存在突然减小的间断.参数a的间断变化是由湍流热对流流动状态由椭圆形大尺度环流突变到圆形大尺度环流造成的,且随着Pr数变大间断点的特征Ra数增高.相同Ra数时Pr数越大温度剖面的拟合参数a值越小,表明温度边界层中脉动的影响越小.传热特性N u/Ra0.3、表征羽流运动特性的大尺度环流路径周长,及温度边界层拟合参数a三者随Ra数的变化都存在转折或间断,且对应相同的特征Ra数,显示三者具有很好的相关性并与流动形态变化直接关联.     

Falkner-Skan方程的近似解析解

研究了粘性流体绕流楔型物体的Falkner-Skan边界层方程求解问题.利用Adomian拆分方法,通过引入Crocco变量变换将无穷区间的边界值问题转为初值问题并利用Padé逼近技巧确定初值,给出了一种有效的解析分解方法.进一步,本文设计了一种数值解法,将本文得到的近似解析解及数值结果与早期研究者Hartree等人的结果进行了比较,证明了本文提出的解法的有效性和可靠性.     

管内充分发展流动与传热数值模拟的教学方法探讨

由于缺乏数值计算的基础理论知识,工科本科生在学习流体流动与传热过程的数值模拟方法并进行程序设计时,往往觉得难度较大。本文围绕圆管内不可压缩流体充分发展流动与传热,采用边界层积分法,推导出无量纲控制方程组;针对层流工况和湍流工况,开发出相应的数值方法。基于该方法的程序代码易于理解,且计算结果表明该方法具有预测精度高、收敛速度快的优点。本文的工作可以为计算流体力学、数值传热学及热工计算等系列课程的本科教学提供参考。

     

移动加热器法生长碲锌镉晶体的组分输运与界面形貌研究

移动加热器法(THM)生长碲锌镉晶体时,界面稳定性对晶体生长的质量有很大影响。本文基于多物理场有限元仿真软件Comsol建立了THM生长碲锌镉晶体的数值模拟模型,讨论了Te边界层与组分过冷区之间的关系,对不同生长阶段的物理场、Te边界层与组分过冷区进行仿真研究,最后讨论了微重力对物理场分布的影响,并对比了微重力与正常重力下的生长界面形貌。模拟结果表明,Te边界层与组分过冷区的分布趋势是一致的,在不同生长阶段,流场中次生涡旋的位置会发生移动,从而导致生长界面的形貌随着生长的进行发生变化,同时微重力条件下形成的生长界面形貌最有利于单晶生长。因此,在晶体生长的中前期,对次生涡旋位置的控制和对组分过冷的削弱,是THM生长高质量晶体的有效方案。     

不同CO2分压条件下的白云岩溶解动力学机理

流动CO₂-H₂O系统中白云岩的溶解研究使用了旋转盘和催化剂技术.实验在与CO₂分压分别为30~10⁵Pa达到平衡的H₂O-CO₂溶液中进行,结果表明远离平衡时的白云岩溶解速率R与旋速w有关.实验结果可用经过改进的扩散边界层(DBL)理论模型获得解释.此外,在溶液中加入能加速CO₂转换反应的碳酸酐酶催化剂,促进了白云岩的溶解.发现不同CO₂分压条件下存在着较大的差异.从这些实验观测可以得出结论：改进的DBL理论模型能以满意的精度预测远离平衡时不同CO₂分压条件下的白云岩溶解速率及其变化机理.     

大气边界层的一些空气动力学特征

本文在定常和中性温度层结条件下,首先介绍了均匀平坦地面上大气边界层的一些空气动力学特征,并将大气边界层与一般空气动力学边界层作了比较。然后介绍了地面粗糙度分布有阶跃变化以及非平坦地形上的大气边界层特征。文中说明,气流的平均流场结构以及湍流特性与均匀平坦地面的情形相比有显著不同。最后,提出了一些有待今后进一步研究的问题。