非稳态导热问题分析解特征函数正交性的讨论

非稳态导热问题分析解是传热学中十分重要的内容之一,多数传热学教材对特征函数正交性的论述较为简略,影响了对求解过程的理解.本文以大平板非稳态导热问题分析解求解过程为例,重点讨论了特征函数正交性的含义、特征函数正交性的证明以及特征函数正交性的应用,给出了保持求解过程连贯、帮助学生理解的教学建议,为非稳态导热问题分析解及其数学解析过程的教学提供了参考.

环形浅液池内热流体波的本质特征

为了了解环形浅液池内热毛细对流的特征,利用有限容积法对外壁受热、内壁冷却、厚度为1 mm的环形浅液池内硅油的热毛细对流进行了三维数值模拟。结果表明,当Marangoni(Ma)数小于临界值时,随着Ma数的增加,内、外壁附近的温度梯度上升,稳定的二维轴对称流动的径向速率增加;超过临界Ma数后,流动转化为三维振荡对流,形成热流体波。沿径向运动的同时,伴随着热流体波的传播流体质点成对地绕顺时针和逆时针方向旋转。热流体波的周向传播速度较快,而流体质点的周向速度很小。分析发现,热流体波为对数螺线形波纹,其传播角为常数;随着Ma数的增大,传播角增大。

相场法模拟悬浮熔融硅液滴内部对流及自由界面变形现象

为了模拟具有高密度比的两相流,提出采用牛顿迭代求解半隐式格式离散Cahn-Hilliard方程的方法,应用相场法模拟水的溃坝流和水下气泡的上升变形过程,发现水碰到右边壁面时,水面上卷,气泡在浮力作用下逐渐上升,从球形逐渐变为帽形,模拟结果与界面跟踪法模拟结果一致,验证了数值算法的正确性.在此基础上,数值模拟了悬浮熔融硅液滴的流动、变形过程,结果表明,具有初始变形的液滴在表面张力的作用下逐渐收缩,液滴内产生对流,然后,液滴逐渐变为长条状,液滴内分布着4个涡胞,沿纵向排列.

环形液层内热毛细对流的线性稳定性分析

为了了解液层深度对热毛细对流不稳定性的影响,利用线性稳定性理论分析了内径为20mm、外径为40mm、深度为1～20mm的环形液层内硅油(Pr=6.7)的热毛细对流,重点考察了发生热流体波的临界温差及热流体波的临界周向波数,结果表明,临界温差随液层深度的增加而降低。讨论了浮力对热流体波及其临界条件的影响,并证实了常重力条件下当液层厚度大于5mm时,热流体波呈静止状态这一现象。

环形浅液层内热流体波的可视化实验研究

对外壁加热、内壁冷却、厚度为1.0mm的环形硅油浅液层内的热毛细对流及其稳定性进行了可视化实验研究,观察到了旋转的螺纹状的热流体波,确定了发生热流体波的临界温差值ΔT_c=4.8K,证实了热流体波从两组逐渐演变为一组的发展过程,验证了已有的数值模拟结果。

格子气自动机模型的影响因素

以具有代表性的 13-Bit格子气自动机模型为对象 ,通过大量的数值实验 ,分析了影响格子气自动机模型模拟结果的几个主要因素 :迭代次数、赋值方式、统计次数及粒子密度。对 13-Bit格子气自动机模型 ,沿主流方向赋初值需迭代 30 0时步 ,沿所有方向随机赋初值需迭代 30 0 0时步 ,模拟才达到稳定 ;统计次数需在 4 0时步以上 ;粒子密度需在 1.0～ 3.0之间。分析这些影响因素对格子气自动机模型的深入运用奠定了基础。

静磁场对熔融液滴振荡变形影响的相场模拟

为了解静磁场作用下熔融液滴振荡过程的特征,采用相场法数值模拟了硅熔体液滴的界面变形和内部对流过程,分析了轴向静磁场对初始形状为二阶Legendre函数硅熔体液滴界面振荡和内部对流的影响.研究表明:施加静磁场以后,液滴收缩较快,说明静磁场抑制了液滴内部流动;随着磁场强度从0增加至0.9 T,流函数最大值从0.57减小到0.08,液滴的界面振荡和内部对流逐渐减弱,液滴的长短轴比更快趋近于1,但磁场对液滴的振荡周期没有明显影响,显示相场法能够模拟密度较大的熔融液滴的界面振荡和内部对流过程.

13-bit格子气自动机模型对流场的模拟

13-bit格子气自动机模型是一种基于FHPⅡ模型基础上的新模型 ,为了验证其正确性 ,文中通过建立在该模型基础上的数值试验方法 ,对圆柱绕流、方柱绕流和多柱体绕流等典型流体流动 ,采用该模型模拟了它们的流场分布 ,与文献中用有限差分、有限元、边界元等方法的模拟结果相比较 ,发现 13-bit格子气自动机模型能够较为真实、客观、详细的模拟流体流场 ;并进一步采用该模型模拟了焦炭多孔介质内流体流动 ,发现其能够便捷。

13-Bit格子气自动机模型的并行运行

采用按“位”编码和计算 ,把流体粒子的运动和碰撞过程处理为运动状态的转贮和节点信息的回送两个过程 ,得以实现并行运算 ,建立了计算速度快、可包含节点量较大的 13 Bit格子气自动机模型的运行机制。焦炭多孔介质流体流场模拟结果表明该机制是正确有效的。

三维数值模拟内环加热液池内热毛细对流

为了深入理解热毛细对流不稳定性的特征,数值模拟了内环壁加热、外环壁被冷却的硅油环形浅液池内热毛细对流.发现在内外壁间温差相同的情况下,在内壁加热的液层里,流体表面的温度梯度高于外壁加热情况下10%左右;相应地,发生热流体波的临界Marangoni数Ma_c=3.06×10^5（或临界温差ΔTc=4.58K）低于外壁加热情况下的Ma_c=3.34×10^5（或ΔTc=5.0K）.超过临界条件后,内壁加热液池内形成振荡的多涡胞热流体波,它由共存的两组波数相同、频率和振幅相同、沿周向传播方向相反、沿径向凹向高温壁传播的、弯曲螺旋状的热流体波组成,并相互干涉形成点状波纹.

多孔介质中流体流动的格子气自动机模拟

介绍了 13-Bit正六边形多速格子气自动机模型的特点 ,讨论了多孔介质流体流动的格子气自动机模型的渗透率等参量算方法 ,应用该模型对计算机产生的多孔介质几何构型和焦炭多孔介质中的流体流动进行了模拟 ,其结果既可以给出多孔介质中的流动细节 ,也可统计得到表征多孔介质宏观流动特征的物理参量 .初步研究表明

13-Bit多速正六边形格子气自动机模型

建立了具完全对称性的多速正六边形格子气自动机模型，通过对典型绕流问题的计算模拟，证明了模型的正确性和有效性。

科研课题转化的“催化涂层制备及重整性能”实验设计

将科研课题中具有创新性和教学可行性的内容植入到实验教学中,设计了题为"催化涂层制备及重整性能"的研究性综合实验,以促进复合型创新人才培养。实验内容多学科交叉融合,涉及催化涂层制备、涂层结构表征、涂层性能评价以及可供学生自主设计和探索的内容。通过实验,学生经历了科学研究全过程,激发了学生学习兴趣和探索热情,锻炼了实践和创新能力。

冶金多孔介质结构的分形现象

采用计盒维数方法对典型冶金多孔介质——焦炭及焦矿床层的结构进行了分形研究，结果表明，所研究的多孔介质结构存在分形现象，其分形计盒维数为１．６６～１．８１；焦炭多孔介质结构的计盒维数随焦炭孔隙率的降低而增加。

环形腔内双层薄液层热毛细对流的渐近解

为了解水平温度梯度作用下环形腔内双层薄液层热毛细对流的基本特性,采用渐近线方法获得了热毛细对流的近似解.环形腔外壁被加热,内壁被冷却,上、下壁面绝热.结果表明,当环形腔宽度与内半径比趋于零时,环形腔退化为矩形腔,所得到的主流区速度场和温度场的表达式演化为Nepomnyashchy等得到的矩形腔内的结果;与数值模拟结果的比较发现,在主流区渐近解与数值解吻合较好.

浮力对环形液池内热毛细对流的影响

为了了解浮力的影响,对水平温度梯度作用时环形液池内的热毛细对流进行了非稳态三维数值模拟,环形液池外壁被加热,半径为40 mm,内壁被冷却,半径为20 mm,液池深度为(1-17)mm,流体为0．65cSt的硅油,其Pτ数为6．7．模拟结果表明,当水平温度梯度较小时,流动为轴对称稳态流动,随着温度梯度的增加,流动将会失去其稳定性,在浅液池内,转化为热流体波,浮力对失稳后的流型无影响,但会使热流体波的振幅下降;在深液池内,在常重力条件下,转化成三维稳定流动,在微重力和小重力条件下,转化为三维振荡流动．

基于低品位能源梯级利用的实验教学平台

该文建设了一个基于低品位能源梯级利用的实验教学平台,着力培养具有实践创新能力的工程型、应用型的高素质本科生,为能源动力类专业本科生的工程训练、科研训练和学科竞赛服务,同时为节能减排等实践活动提供实践平台。

能动类新工科人才实践教学体系的改革探索

新时代下经济的飞速发展急切需要新工科人才的支撑,国内外高校迫切需要面向未来输送具有创新能力的复合型新工科人才。本文以现阶段科技发展的热点为切入点,探讨新工科背景下的能动类专业实践教学现状与要求,探索了能动类新工科人才的实践教学体系。

面向能动类本科生的新能源发电综合实验设计

面向能源大类学生,将具有创新性和教学可行性的内容应用到实验教学中,设计了题为"分布式能源利用"的综合实验,以促进复合型创新人才培养。实验内容模块化设计,涉及风能利用、太阳能利用、燃料电池发电特性等内容。通过实验,学生自主查阅文献、拟定实验方案、分析数据并撰写实验报告,掌握风能、太阳能、燃料电池发电原理以及分布式能源利用方法。同时,实验设计了包含可供学生自主设计和探索的内容,可激发学生学习兴趣和探索热情,锻炼其实践和创新能力。

环形液池内低Pr数流体热毛细对流的线性稳定性

利用线性稳定性理论分析了低Pr数(Pr=0.011)流体在环形液池内的热毛细对流,以此了解环形液池内热毛细对流的转变特性。液池外壁被加热,内壁被冷却,底部固壁和顶部自由表面均绝热。结果表明,随着液池深宽比的增加,临界Marangoni数和临界波数都逐渐减小,且当液池深宽比超过0.12后,临界波数基本不变;随着液池内外半径比的增加,临界Marangoni数会逐渐减小,但变化幅度不大,而临界波数有一个大的增加。