高速铁路隧道衬砌掉块气动力学行为及演化机制

随着我国高速铁路建造技术高质量发展,高速列车运行速度不断提升。受列车运行速度、隧道服役时间等众多因素的影响,高速铁路隧道在服役期间,衬砌裂损掉块病害现象日益凸显,严重危害行车安全。为探究行车环境下,列车风及其流场结构对隧道衬砌掉块下落过程的影响规律,建立列车-隧道-衬砌掉块-空气三维气固耦合计算模型,模拟行车环境下衬砌掉块自隧道拱顶脱落到下降落地的全过程。研究结果表明:1)衬砌掉块的下落过程包括3个方向的平动与转动,平动以沿列车纵向运动为主,纵向运动位移约为横向运动位移的4倍,转动以横轴为主;2)列车风与衬砌掉块相互作用相互影响,列车风作用在掉块时,掉块周围的流场出现漩涡、绕流等现象继而改变掉块的运动姿态和方向。与此同时,掉块的运动又进一步使其周围流场结构发生改变,以此不断反复直至落地;3)沿列车纵向上是流场结构的主要流动方向,列车风作用在掉块上,推动其运动,故沿列车纵向为衬砌掉块的主要运动方向。衬砌掉块随时间变化与流场结构产生不同的夹角与不同强度的绕流,故衬砌掉块的转动以横轴为主。研究结果对防治隧道掉块病害及提高行车安全性具有一定的参考价值。

调相压水过程的气动力学求解方法及应用

调相压水已在抽水蓄能电站和部分大型常规电站中成为基本操作。目前常规设计中对水电站调相压水的中压气系统多为静态设计,其气罐容积选择满足压水操作始末两态气量平衡即可。随着抽水蓄能机组调相运行时长增加、运行工况转换频繁,压水系统的气罐容积、压水时长及系统部件温降特性等越来越受到关注。在实际工程中,连续压水气体急速降压对罐体、管路造成的温度降低已经威胁到气罐、机组运行的安全稳定。本文从气动力学、热力学角度下研究压水操作中气体的多态过程变化特征,分析气体介质在时间尺度下的压力、温度、质量流量等参数的动态变化,更加定量、直观地理解压水充气过程特征,为水电站中压气系统的精细化设计提供指导和优化思路,提高电站设计、运行阶段的经济、安全性。

专题:等离子体激励气动力学与燃烧学

等离子体激励气动力学与燃烧学是描述等离子体激励条件下绕流物体受力特性、气体流动与燃料着火、燃烧、熄火过程机理的科学,属于空气动力学、气体动力学、燃烧学和等离子体动力学交叉前沿领域,是先进飞行器与动力装置流动控制与点火助燃技术发展的理论基础。本专题主要依托国家科技重大专项基础研究项目、国家级重点实验室基金、国家自然科学基金资助的8篇文章,聚焦国内等离子体激励气动力学与燃烧学领域的研究进展,以期增进国内等离子体激励气动力学与燃烧学领域的学术交流,促进基础研究和技术创新的发展。专题部分内容采用增强出版形式,以加深对论文内容思路与方法的理解。

基于AMESim平台的轨道车辆空气弹簧系统气动力学仿真模型研究

基于热力学、流体力学和空气动力学理论,建立包括橡胶气囊、附加空气室、节流孔、差压阀和高度调整阀的空气弹簧系统气动力学微分方程组。在此基础上,基于AMESim平台建立轨道车辆的空气弹簧系统气动力学仿真模型,并以某动车组为例进行空气弹簧系统的静、动刚度仿真计算。将仿真计算结果与实测结果对比,验证了该模型能够很好反映实际空气弹簧的静态和动态特性。仿真计算结果表明:该模型解决了常规车辆动力学模型不能模拟空气弹簧刚度变化和高度调整阀在有些工况下会打开的问题,从而提高了车辆动力学仿真的计算精度。

混贮模式对高丹草青贮发酵品质及体外产气动力学特性的影响

为了解决高丹草因水分高造成青贮发酵品质不佳的问题,通过添加不同种类干草(玉米秸秆、小麦秸秆和苜蓿干草)及干草添加量(12.5,25.0,37.5和50.0kg/t)对混贮高丹草营养价值、青贮发酵品质及体外产气动力学特性进行了研究。结果表明,单独青贮高丹草的丁酸含量较高,弗氏评分等级仅为"可",添加干草混贮可显著提高青贮高丹草的发酵品质,从添加干草的种类来看,添加小麦秸秆组青贮发酵品质最高,添加苜蓿干草组营养价值最高,苜蓿干草组的体外72h干物质消失率(IVDMD)、产气速率(c)和达到最大产气量1/2时的产气速率(AGPR)均为最高,3种干草在72h累积产气量、理论最大产气量以及产气延滞时期方面差异不显著(P>0.05);从干草的添加量来看,添加25.0kg/t干草的青贮发酵品质最优,达到产气量1/2所需要时间也最长,添加50.0kg/t干草的营养价值和IVDMD最高,添加37.5kg/t干草的产气速率和AGPR最大,添加不同重量干草对混贮高丹草的72h累积产气量、理论最大产气量以及产气延滞时期无显著影响(P>0.05)。综合考虑青贮发酵品质和饲料营养价值,得出最佳的混贮模式为在高丹草中添加37.5kg/t小麦秸秆,添加50.0kg/t苜蓿干草混贮高丹草的体外干物质消失率最高,添加37.5kg/t苜蓿干草组产气速率最快,添加50.0kg/t小麦秸秆组的72h累积产气量和理论最大产气量最高。

等离子体激励气动力学探索与展望

等离子体激励气动力学是研究等离子体激励与流动相互作用下,绕流物体受力和流动特性以及管道内部流动规律的科学,属于空气动力学、气体动力学与等离子体动力学交叉前沿领域.等离子体激励是等离子体在电磁场力作用下运动或气体放电产生的压力、温度、物性变化,对气流施加的一种可控扰动.局域、非定常等离子体激励作用下,气流运动状态会发生显著变化,进而实现气动性能的提升.国际上对介质阻挡放电等离子体激励、等离子体合成射流激励及其调控附面层、分离流动、含激波流动等开展了大量研究.等离子体激励调控气流呈现显著的频率耦合效应,等离子体冲击流动控制是提升调控效果的重要途径.发展高效能等离子体激励方法,通过等离子体激励与气流耦合,激发和利用气流不稳定性,揭示耦合机理、提升调控效果,是等离子体激励气动力学未来的发展方向.

餐厨垃圾与污泥厌氧发酵产气动力学特性研究

对餐厨垃圾、污水厂污泥以及餐厨垃圾与污泥混合甲烷发酵的产气能力与动力学特性进行了实验分析,餐厨垃圾在中温和高温发酵的产甲烷潜能分别是400和426 m L CH_4·g VS-1,经过120℃、20 min蒸煮除油后的餐厨垃圾在中温和高温发酵的产甲烷潜能分别是418和531 m L CH4·g VS^(-1)。经Gompertz模型计算,除油后餐厨垃圾的最大产甲烷速率Rmax比除油前提高了49.8%(中温)和19.0%(高温),但餐厨垃圾中固体有机物的产甲烷速率变化不明显。在餐厨垃圾机械破碎匀浆过程中,部分固体有机物被液化,中、高温发酵产气过程的一级动力学呈现两阶段特征,液相有机物在中温发酵的产甲烷速率(速率常数k=0.195 5 d^(-1))略快于高温(k=0.154 3 d^(-1));而固体有机物在高温条件下的产甲烷速率(k=0.080 4 d^(-1))快于中温(k=0.038 8 d^(-1))。除油后餐厨垃圾中的固体有机物和污泥高温发酵的产甲烷速率也快于中温发酵,表明高温发酵有利于提高固体有机物的产气速率。污泥的产气潜能较低,产气速率慢,与餐厨垃圾共发酵有助于调节碱度和防止发酵体系的酸化。

欧拉坐标的气动力学方程组的整体光滑解

研究欧拉坐标系下具耗散项的气动力学方程组的初值问题的整体光滑解

绝热气动力学方程组整体光滑解的存在性与非存在性

本文研究Lagrange坐标下绝热气动力学方程组的Cauchy问题,得到了其整体光滑解的存在性定理与非存在性定理。

水平轴风力机气动力学与气动弹性力学的某些问题

随着水平轴风力机功率水平的提高，对风力机整体性能的要求越来越高，对影响风力机整体性能的气动力学与结构完整性问题的研究能进一步揭示影响风力机气动性能的物理因素，对于风力机性能的优化设计和安全运行具有重要的意义。本文对水平轴风力机所涉及的气动力学与气动弹性力学的某些问题进行了综述，重点分析了影响水平轴风力机气动稳定性的物理因素，对于建立水平轴风力机气动弹性稳定性的物理模型和数学模型具有重要的意义。

超（跨）音速气动力学在引信中应用

在对国内外引信空气动力保险机构，特别是空气动力延期解除保险机构分析研究的基础上，用大量事实和数据，指出研究《超（跨）音速气动力学在引信中应用》的必要性、适时性与紧迫感，并提出了研究方向、研究内容和研究方法，开展这一课题研究，为航弹、火箭弹、迫弹等非旋转弹用基型安全系统的建立，开辟了一个新的途径。

骨科手术机构叶轮设计与气动力学分析

为增大骨科手术机构的输出力矩,根据力学原理,研究分析了影响输出力矩的骨科手术机构的叶轮形状,并设计出一种新型叶轮形状。应用流体力学理论,建立了叶轮腔的气动力学模型,并进行了气动力学分析,推出了叶轮转矩与气流速度和压强之间的关系式。该文对开发研制新型骨科手术机构有理论指导和实际意义。

岩浆脱气动力学研究进展

岩浆脱气动力学是地球动力学的一个重要方面。介绍了H2 O和CO2 在岩浆中溶解、气泡成核、气泡生长与上升以及岩浆喷发等过程的研究成果。由前人的研究结果可知 ,压力降低使得气体在岩浆中过饱和是气泡形成的主要原因 ;气体过饱和度增大加速气体的释放和气泡的生长 ,进而导致岩浆的浮力增大 ,岩浆上升速度加快 ;气泡膨胀和加速作用发生在岩浆爆裂之前 ,并且是引起爆裂的真正原因。此外 ,CO2 的溶解度较小和岩浆中CO2 含量较高是气泡中CO2 含量高的主要原因。同时也指出 ,文献中的模型与岩浆喷发的实际情况相比 ,体系成分过于简单 ,还有待进一步完善。对岩浆脱气动力学研究作了客观评价和展望。

厌氧生物处理产气动力学理论分析

本文以厌氧生物处理产气量计算的氧法和碳法为基础,提出的甲烷气体产量、沼气产量及沼气中甲烷气体含量的动力学方程式分别为G_(CH_4)=0.35Q×(S_r-1.22Δx),G_r=1.865Q(ΔTOC-0.4580Δx)和M(％)=0.1877××S_r-1.22Δx/ΔTOC-0.4580Δx×100％。文中还分析了理论计算与实际产气之间存在差别的几方面因素。

厌氧生物处理产气动力学理论探讨

生物处理是利用微生物在生命过程中的代谢活动,去除污水中有机物的一种污水净化方法。而厌氧生物处理则是治理有机污水污染和开发能源一举两得的良策。 所谓厌氧生物处理产气动力学就是描述产气量与基质去除、微生物增长之间的定量关系。对产气动力学的探讨将有助于对厌氧生物处理过程的分析。本文拟以厌氧处理产气量计算的氧法和碳法为基础来研究产气动力学,从而达到逐步完善甲烷气和沼气的产气量计算公式,并指出理论与实际之间存在差别的几方面因素。

飞航导弹气动力学技术进展分析

为满足下一代飞航导弹需求所产生的新气动力问题，新风洞试验技术以及新计算方法，着重分析了非常规气动布局形式如：吸气式导弹的进气道选择，隐身技术，侧向喷气，大攻角和浆扇发动机导弹的不稳定流场计算。最后指出风洞试验／计算机一体化技术是研究、发现、解决飞航导弹新气动力问题的最有效方法。

重心Lagrange插值配点法求解气动力学方程

为了使得数值解更加准确,本文使用了重心Lagrange插值配点法来求解气动力学方程.对空间域和时间域的变量均采用切比雪夫节点离散,方程的未知函数及其偏导数采用插值函数和微分矩阵进行离散,初边值条件采用置换法进行施加,然后进行求解.此外,为了说明该方法的可靠性和有效性,本文求解了三个数值算例,同时比较了不同插值节点下三种误差值的变化.数值解和解析解图像的高度吻合表明了重心Lagrange插值配点法的实用性和有效性.

北京航空航天大学空气动力学重点学科点介绍

北京航空航天大学空气动力学重点学科点介绍北京航空航天大学空气动力学专业从事流体力学、空气动力学与气体动力学基础理论以及主要面向航空航天技术领域，也面向其它领域工程应用的教学导科研工作，是我国首批博立学位授权点。激点设有博士后流动站，１９８７年被定为国...

回转窑燃烧装置气动力学的研究

对石灰回转窑的燃烧装置进行了模化研究，所采用的数学模型为Spalding的PHOENICS模型。利用该模型计算了火炬中的速度场和压力场。根据计算，对所设计燃烧装置的工作特性进行了分析。通过分析可以发现，该燃烧装置形成的火焰会有一个较大的燃烧产物回流区，从而有利于提高燃烧强度，减小空气消耗系数，降低单位燃料消耗和提高产品质量。