均匀旋转对圆柱水动力及流动结构的影响

基于格子Boltzmann方法 (LBM)对均匀旋转控制下的低雷诺数(Re=100)圆柱绕流问题进行了数值模拟,得到了转速比从0~10变化下,旋转控制对圆柱水动力及流动结构的影响规律.使用动态模态分解(DMD)对流场特征进行提取,并分析了施加旋转控制之后转速比对流场不同模态和增长率的影响.结果表明,随着转速比增大,圆柱下游流动结构依次呈现出卡门涡街、剪切层、反向剪切层、单侧涡和附着涡5种结构;阻力系数时均值先减小,随后在转速进入单侧涡区间后增大,升力系数与力矩系数的时均值均单调增加,同时,在出现涡脱落的两个转速区间内,水动力出现了明显的波动,且二次失稳时波动幅度更大. DMD的结果表明,圆柱下游的流动结构主要受圆柱壁面的旋转影响而发生改变并产生全新流动模态;旋转会对流动稳定性产生影响:在未充分发展阶段,旋转对流动稳定性的影响不显著,而在充分发展后,各转速下的流场不稳定模态数均远少于未充分发展阶段,随着转速比的增大,流动稳定性会产生不同程度的增强或减弱,且无涡脱落时的稳定性高于有涡脱落时,因此,通过旋转控制抑制尾涡脱落可以有效增强流动的稳定性.

非对称微沟槽表面液滴各向异性润湿行为研究

液滴在各向异性表面的润湿行为对于液滴操作和运动控制具有重要的科研与工程价值.采用重力式测试系统对非对称沟槽表面上液滴各向异性润湿行为进行表征,分析了沟槽几何结构非对称性、沟槽高度和宽度以及浸油处理对液滴静润湿与动润湿行为的影响规律.结果表明,沟槽几何结构不对称性会影响液滴润湿状态,液滴在非对称沟槽表面不同方向上接触角差异比对称沟槽更大,使得各向异性更显著;浸油处理会减小沟槽表面液滴接触角,从而表现出更明显的各向异性;非对称沟槽表面的接触角随沟槽高度增大而减小,随宽度增大而增大,表面浸油处理会缩小试件间接触角的差异,高度和宽度对浸油处理后的非对称表面的调控作用基本失效;当沟槽宽度增加时,浸油处理后的非对称沟槽表面滑动角减小,同时液滴沿非对称沟槽大顶角向小顶角方向运动时的滑动角大于沿反方向运动时的滑动角,且液滴体积越大,滑动角越小.最后,对上述规律进行了接触线理论分析,并从表面能模型角度推导出滑动角理论公式,与实验结果基本吻合.

筒口气团作用下航行体垂直出筒数值研究

潜射航行体出筒过程是水下发射的基础与前提,具有受力剧烈、时间短和非线性等特点。基于CFD方法,利用VOF多相流模型追踪气液界面,结合高分辨率交界面捕捉(HRIC)与重叠网格(零间隙)技术,建立了完整描述航行体水下垂直出筒的数学模型,系统研究了筒口气团与发射参数对流场与航行体载荷特性的影响规律。结果表明:随着筒口气团初始压强的增加,航行体受力变化周期增长,筒口气团演化过程减慢;发射深度的增加有助于缩短出筒过程中筒口气团脉动周期,肩部压强增加,有利于抑制航行体自然空化;横向来流会显著增加航行体横向受力与偏转力矩;横向流作用下,筒口气团脉动过程对航行体偏转力矩与横向受力影响较大。

“滴沰”詞族源於擬聲説

漢語單音節詞“滴、瀝、沰、落”等詞皆起源於擬聲,其聯綿形式爲“滴瀝沰落”“滴沰、滴瀝”等等,並由此衍生出衆多的意義與用法。“滴沰”可以看作“滴瀝沰落”的簡省形式,同今之“滴㗳”。“滴”類詞與“沰”類詞的語音有别,詞義特點與句法組合特徵也有差異,這是其擬聲本質所決定的。

入口段线型影响潮流能导流增效装置水动力性能的数值模拟研究

潮流能导流增效装置能够大幅提升潮流能水轮机的能量提取效率,应用前景广阔。以OpenFOAM开源代码作为数值模拟平台,开展了垂直轴水轮机导流增效装置性能的模拟研究。针对典型垂直轴潮流能水轮机设计了多种导流增效装置,通过系统的模拟分析,总结了导流增效装置相关参数对其水动力学性能的影响,深入分析了速度场、压力场的变化规律,研究了入口段线型对水轮机导流增效装置的影响,并得到了能量提取效果最优的线型,为导流增效装置的设计提供了技术参考。

固体表面液滴定向运动行为研究进展

液滴在固体表面定向运动极具研究价值,目前被广泛应用于水收集、油水分离、微流控、自清洁等领域,已成为表界面领域的研究热点。同时,液滴定向运动行为研究对理解液体与固体表面之间的作用机制具有重要意义。然而,目前对液滴定向运动的研究主要集中在宏观尺度观测与分析方面,缺乏对基本原理的深入探索,并且对实现液滴定向运动的基本条件认识不足。同时,人造仿生材料存在工艺复杂、成本高昂,以及运动距离相对较短、运动速度相对较小等缺点,限制了其适用范围。另外,虽然广大学者在液滴定向运动行为研究方面已经取得了较多成果,比如制得微型混合器、流体二极管等,但这些研究仅局限在实验室阶段,如何将其广泛应用于日常生活仍有待进一步研究。目前,学者们从液滴润湿性基本原理出发,发现仙人掌、猪笼草、瓶子草、蜘蛛丝、蝴蝶等天然材料表面可以实现液滴定向运动,其中,瓶子草绒毛表面液滴定向运动速度高达(11738±715)μm·s-1。在此基础上,广大学者通过静电纺丝、电化学腐蚀、光刻法、浸涂法等方式对仙人掌刺、猪笼草口缘、瓶子草绒毛、蜘蛛丝等做了进一步的仿生研究,其中仿蜘蛛丝实现了液滴的可逆运动和高效水收集。此外,受天然材料表面液滴定向运动启发,有学者研制了可实现液滴快速、长距离、方向可控运动的拓扑流体二极管,而结构简单的箭头状微结构更是为实际应用提供了可能。本文全面综述了近10年国内外学者在仙人掌、猪笼草、瓶子草、蜘蛛丝及蝴蝶等天然材料表面液滴定向运动行为方面的研究进展,从表面能梯度、Laplace压力梯度及毛细力等角度分析了固体表面液滴定向运动的基本原理,同时展示了国内外在仿生定向运动表面的典型研究实例。最后,对该领域未来的研究工作提出了一些建议。

超疏水沟槽表面通气减阻实验研究

减阻是解决航行体提速和增程的主要技术途径之一,对缓解日益严峻的能源危机极为重要.在重力式管道实验系统中,测试给出了湍流状态下不同通气速率时减阻率随雷诺数及沟槽无量纲间距的变化规律和气膜铺展状态,对比分析了单纯超疏水表面与超疏水沟槽表面上通气时减阻效果的差异.实验板材质为无色亚克力,沟槽结构采用机械方法加工,并在表面喷涂超疏水涂层.结果表明,持续通气能解决超疏水沟槽表面气膜层流失问题,实现气膜层长时间稳定维持;恒定雷诺数下,随通气速率增大,超疏水沟槽表面气膜铺展更趋均匀,减阻率上升;由于通气速率影响气膜横向扩展能力,致使恒定通气速率下,减阻率随雷诺数的变化呈现两种模式;在固定雷诺数及通气速率时,减阻率随沟槽尺寸的扩大先增后减,S^+≈76时减阻率最大.分析其原因在于,沟槽结构增大沾湿面积的同时,显著提升了通气状态下超疏水表面气膜层的稳定性,因而展示出与超疏水表面和沟槽表面均不相同的减阻规律,且效果更佳.

内孤立波作用下潜深对潜体运动响应和载荷特性的影响研究

内孤立波常发生于海洋密度跃层,因其峰高谷深、携带能量巨大,在传播过程中会导致跃层上下的海水流动呈现剪切状态,并引起突发性的强流.潜体在水下悬停时极有可能会遭遇内孤立波,由于内孤立波的流场特性,置于跃层上下的悬浮潜体所产生运动响应和水动力载荷变化不尽相同,甚者会出现掉深现象.为探究潜深对波体耦合作用的影响,基于不可压缩N-S方程和mKdV理论,采用速度入口造波,结合重叠网格技术和流固耦合方法,建立了分层流中内孤立波耦合水下潜体多自由度运动的数值模型,通过该模型分析了不同潜深下悬浮潜体的运动响应和载荷特性.结果表明:在内孤立波作用下,位于密度跃层上方和跃层中的潜体顺着波的前进方向运动,先下沉后抬升,位于跃层下方的潜体则会逆流持续下沉;潜体与波面的垂向距离越小,对其纵荡、垂荡和速度的影响越显著,而位于密度跃层中的潜体在分界面处沿着波形运动,其运动响应和载荷变化受影响较小;潜体在跃层上、下流体中所受水平力的方向相反,水平力峰值小于垂向力峰值,且位于跃层下方的潜体一直受到低头力矩,最终导致掉深.

我国海洋科考船发展分析

海洋科考船对于海洋资源开发、调查与研究以及国家海洋事业的发展具有非常重要的作用。本文对我国海洋科考船的发展历程、类型和分布情况等进行对比分析,介绍我国海洋科考船发展的具有代表性成果,指出我国海洋科考船存在的问题并提出相应的建议。

矩形疏水沟槽表面水滴振荡特性

液滴振荡行为是液滴运动中的重要伴随现象,具有重要科研价值.由于液滴撞击疏水沟槽板时运动行为与光滑表面明显不同,可以推测疏水沟槽表面液滴振荡特性也将会呈现与众不同的行为特点.采用高速摄像技术,研究了矩形疏水沟槽表面上水滴高度和接触线振荡行为随沟槽尺寸和撞击速度的变化规律.结果发现,矩形疏水沟槽造成的各向润湿异性使得振荡过程中水滴在平行沟槽方向上的接触线长度大于垂直方向,但并不影响水滴高度方向上衰减振荡的周期,即水滴振荡周期与沟槽间距无关;同时由于疏水沟槽表面上存在能垒束缚效应,致使水滴振荡过程中接触线的铺展和回缩运动不服从典型阻尼振荡规律,而呈现振荡数次后直接趋稳的特点.如水滴以0.61 m/s撞击时,接触线经历2次振荡后即维持稳定,但此时水滴仍在持续振荡中.另外,还初步分析了水滴振荡周期与沟槽间距无关的原因.

基于卷积神经网络的钝体尾迹识别研究

针对相同特征长度不同钝体的尾迹结构相近,肉眼难于分辨的问题,提出了一种基于卷积神经网络的钝体尾迹识别方法,并在竖直肥皂膜水洞的典型钝体模型尾迹实验中获得高准确率验证.实验平台由自建竖直肥皂膜实验装置、钝体模型(方柱、圆柱和三角柱)及图像采集系统组成,可基于光学干涉法实现对不同速度下钝体肥皂膜尾迹的高清持续拍摄.所建立卷积神经网络识别模型由输入层、卷积层、池化层、全连接层和分类层组成,其中,卷积层和池化层用于提取尾迹的深层次特征信息,而全连接层和分类层构成识别分类模式来分类输出图像对应的钝体类型或雷诺数.通过将9000张尾迹图像数据集导入卷积神经网络模型,以数据驱动方式建立了具有钝体形状或雷诺数识别能力的尾迹特征识别模型.结果表明,该模型对相同雷诺数下识别钝体形状的准确率达97.6%(识别300张不同形状钝体尾迹图像),对不同雷诺数下识别钝体形状的准确率达96%(识别1200张不同雷诺数尾迹图像),即使将不同钝体形状和雷诺数下尾迹图像混放一起,其钝体形状和雷诺数识别准确率也可以达到91%(识别1500张混放尾迹图像).该方法为进一步利用人工智能提取流体尾迹中的物理信息提供借鉴.

气泡碰撞亲疏水曲壁的行为特性研究

气泡碰撞固壁行为和影响因素的研究一直以来都是科学界关注的重点之一,其在矿物浮选、气膜减阻等工业领域中的应用也极具科研价值.论文聚焦曲壁对于气泡撞击行为特性的影响研究.采用高速摄像技术记录气泡碰撞不同曲率半径下亲疏水曲壁的撞击过程,分析了曲壁润湿性、曲率半径对气泡碰撞固体曲壁的影响规律.结果表明,气泡碰撞亲水曲壁时会发生多次弹跳直至离开曲壁;曲率半径越大,弹跳次数越少,且第一次反弹的最远距离越近,再次发生碰壁时的速度越小.而碰撞疏水曲壁时会出现碰撞-滑移-附着的现象,此外针对液膜挤压破裂的现象,建立理论模型推导出液膜诱导时间的预测公式,其主要与液膜厚度、液膜临界破裂厚度和液膜被压缩速度有关,预测误差小于5.0%.

定优胶溶液狭缝喷射减阻实验研究

定优胶具有比柔性聚合物更优越的抗剪切效果,是一种新型高分子聚合物减阻添加剂,目前对其研究仍相对缺乏.这里通过开展定优胶流变和管内狭缝喷射减阻实验,分析了流变特性与减阻行为之间的联系,并从其喷射扩散角度解释了其减阻规律变化的原因.实验结果表明,定优胶溶液为剪切变稀流体,会发生黏性到弹性转变,且转变点与温度无关,仅随浓度增加而前移;定优胶减阻率随水流速度(雷诺数)呈先增后降趋势,但随喷射速率单调递增;相较于喷射纯水,定优胶溶液在流场中扩散缓慢,且喷射速率越高,壁面附近集聚越明显.同时,定优胶溶液喷射减阻的变化与其扩散规律相吻合:当流速较小时,定优胶溶液扩散不充分,呈非均匀聚集态,未能充分发挥其湍流抑制效果,减阻较弱;随流速增加,水流的剪切拖拽作用增强了定优胶的扩散均匀程度,进而提升湍流抑制效果,减阻率上升;但当流速过大时,定优胶的快速扩散造成其浓度被大幅稀释,且近壁区过大剪切率可能已造成部分长链分子断裂,致使减阻效果下降.

中性润湿平板上液膜的惯性收缩

液滴撞击平板的动力学机理研究具有重要的理论与工程价值,对该过程中液滴的形貌变化及主要影响因素的研究是科学技术界关注的重点之一.液滴在高速撞击平板达到最大铺展半径以后发生毛细-惯性收缩,收缩速率满足类Taylor-Culick公式.结合实验与有限元方法,对平板上铺展液滴的收缩过程进行了研究.结果表明,在中性润湿(接触角约为90°)平板上液滴/液膜的收缩在经历上述收缩过程以后,会有一个慢匀速收缩过程,速度约为第一阶段收缩速度的1/10.对后一阶段的撞击参数影响测试显示,该收缩过程主要与液体密度、液膜初始形状有关;而与液体黏性、壁面润湿条件等无关——其仍然是一种毛细-惯性机制主导的液面演化行为,类似于液体射流的Rayleigh-Plateau失稳.尽管黏性效应对于液滴撞击的铺展行为有明显影响,但上述结论在10倍黏性的液体测试中仍然成立.本研究可以为液滴反弹机理研究和相关工艺控制提供参考.

超疏水表面水下电解补气方法研究

利用石墨电极电解装置,研究了人工海水电解过程中电流随电极极距和数目的变化规律,并观察了矩形管道中电解装置在不同工作电压下超疏水表面的气膜状态,验证了超疏水表面电解补气的可行性。结果表明:电解装置工作过程中电压与电流呈线性关系,在电压一定的条件下,电流随电极数目的增加而增加,随极距的增加而减小。计算电解效率后发现,增加电极数目虽然有利于提高电流,但是电解效率却有所下降。在湍流流动中,观测到超疏水表面气膜在水流冲刷下破坏消失,当电解装置在低电压下工作时,产气量较小,补气装置呈间歇工作状态,并只能使部分超疏水表面气液界面恢复;当增加电压后,电解装置产气量增加,可以观察到更加明显的镜面现象,证明了超疏水电解补气装置的可行性。

Taylor-Couette流动特性与减阻实验研究进展

间隙中充满流体的同轴转子可简化为经典的Taylor-Couette流动模型,该模型具有结构简单、对称度高和便于开展高精度实验测试等特点,被广泛应用于基本流体力学问题研究。涉及Taylor-Couette流动的转轴类结构在工程领域普遍存在,开展Taylor-Couette流动特性与减阻方法研究具有重要的经济价值。本文系统地介绍了Taylor-Couette流动的主要无量纲影响参数、流场结构和扭矩特性;总结了基于Taylor-Couette流动减阻方法的研究进展,并根据减阻原理将其划分为通用减阻方法和特有减阻方法2类;最后对Taylor-Couette流动减阻研究进行展望,为后续研究工作提供参考。

典型植物叶面微结构特征与润湿异性研究

各向异性润湿表面由于具有特殊的润湿特性,在微流控、生物医学、雾水收集和燃料电池排水等方面具有广阔的应用前景。采用接触角测量仪、扫描电镜(SEM)等观测了沿阶草、芦苇、银杏叶等具有各向异性润湿的典型植物叶面。研究表明,不仅与水稻叶相似的具有沟壑结构的叶片(如沿阶草叶和芦苇叶等)呈现各向异性润湿特性,而且无明显微沟壑结构的叶片(如银杏叶)同样具有明显的各向润湿异性。可见,规则条状微沟壑并不是形成各向润湿性差异的唯一决定性特征,类似于银杏叶表面乳突状微形貌的变密度排布也能形成类似的各向异性润湿状态。另外,基于三相接触线的不对称分布特点,对该类润湿异性现象的产生机制进行了初步解释。

成语“良莠不齐”与“不郎不秀”考源

成语“良莠不齐”与“不郎不秀”的语源问题,目前相关的辞书、论著或较少述及,或所论有可商之处。探明成语的来源,不仅有助于成语的规范与使用,同时也方便观察汉语成语的形成与流变规律,对汉语词汇史的研究有所裨益。而“良莠不齐”与“不郎不秀”的语源恰有关联,可相互发明,故一并在此稍做探讨。

汉语义位历时衍生次序判定方法综观

汉语义位历时衍生次序是汉语词汇史研究领域的一个重要内容。学界虽在实践中运用了诸多判定方法,但尚未在理论上进行系统的归纳与总结。文章分别从语言内部(文字、语音、意义)与语言外部(文献、历史)两个方面,总结了学界目前对衍生义位的次序进行判定的材料与方法。这些方法各有优缺点,在具体操作时往往需要综合使用。

略谈篇章修辞的训诂——兼析《春秋左传正义》注解用语“覆”

古代文献中关于修辞现象的训诂材料由揭示字词句的特殊表达方式延及篇章结构。篇章修辞的训诂关注点主要在于与主题相应的谋篇布局、前后衔接、文脉连贯等问题。本文选择《春秋左传正义》孔颖达疏中多次出现的注解用语"覆"考察其对篇章修辞的解释功能。诸多例证显示,"覆"的主要功能为提示上下文句之间的语义衔接、照应关系,有助于更清晰地呈现篇章延续、拓展的线索。篇章语言学理论对我们的研究有一定的启示。它有助于我们在探讨篇章修辞的训诂时形成全面系统地考察文本及训诂材料的观念,从篇章层面增添了观察研究的视角,以进一步发掘汉语训诂实践中潜在的篇章分析方法。