太阳风流界面的成因

在日心距离１ＡＵ处的高速流的前沿部位，经常观测到厚度≈１０＾４ｋｍ的流界面（ｓｔｒｅａｍｉｎｔｅｒｆａｃｅ：）：跨过它密度陡降，温度陡增，风速上升，气压和磁场几乎连续。本文从日心距离０．３ＡＵ处一典型高速流的方位剖面出发，采用二维定态ＭＨＤ模型，研究它在日球赤道面内随日心距离的演化。结果表明，流界面系高速流前沿非线性演化的产物。它先于前、后向激波形成，在日心距离１ＡＵ处得到充分发展。

脂肪酰基氨基酸表面活性剂亲/疏水基结构对界面性质的影响

以月桂酸甲酯、肉豆蔻酸甲酯、棕榈酸甲酯分别与丙氨酸、丝氨酸、苏氨酸反应制备了9种脂肪酰基氨基酸表面活性剂。通过表/界面张力测试及界面扩张流变实验,探究了亲/疏水基的协同作用对脂肪酰基氨基酸表面活性剂界面行为的影响。结果表明,与脂肪酰基丙氨酸相比,脂肪酰基丝氨酸和脂肪酰基苏氨酸表面活性剂α取代基中的羟基有助于增强分子间氢键作用、提高界面活性并促进表面活性剂分子在界面上的紧密排列。同时,脂肪酰基碳链长度的增长可使氨基酸α取代基对表面活性剂界面性质的影响更加显著,而氨基酸α极性取代基有利于长链脂肪酰基表面活性剂的亲水亲油平衡,改善其界面性能。由于羟基和长链脂肪酰基的协同增效,棕榈酰基丝氨酸表面活性剂(C16Ser)的临界胶束浓度(CMC)可降至3.9×10^(–4)mol/L,该浓度下的表面张力(γCMC)可降至27.60 mN/m,分子最小截面积低至0.87 nm^(2),界面扩张模量可达47.60 mN/m。脂肪酰基氨基酸表面活性剂的α取代基中的羟基与长脂肪酰基在提高界面性能方面相互配合,呈现出良好的协同效应。

界面流法计算反应堆六角形燃料组件中子通量密度分布

利用界面流法计算两维六角形轻水堆燃料组件内中子通量密度分布。子区内中子源在空间上采用二次分布近似,还考虑了六角形组件周边水隙对组件内中子通量密度的影响。根据提出的模型,编制了TPHEX-E程序,并对一些轻水堆六角形组件问题作了计算,计算结果与蒙特卡罗方法计算结果进行了比较,符合良好。本程序可用于六角形轻水堆燃料组件计算。

数值模拟界面流方法进展

用数值模拟方法研究界面流;对于工程设计和理论分析复杂流动都是非常重要的．单纯用现有的高分辨格式无法清晰定出流体界面,故此对界面必须进行特殊的处理,例如界面跟踪(fronttracking)方法．本文对界面流的各种数值模拟方法进行了综述．这些方法包括锋面跟踪法、移动网格法、基於粒子法、边界积方法、连续对流格式、体积跟踪方法和水平集的方法．我们着重介绍了现阶段处理流体界面问题使用较多的方法:体积跟踪方法和水平集方法．同时我们也对各种方法的优缺点作了评述．

两相流相界面迁移的数值模拟

该文采用VOF法追踪了重力流液液和气液相界面的迁移,发现VOF法可很好地追踪强非线性、大形变的相界面随时间的变化。重点讨论了不同相密度比、黏性比条件下,液液相界面和气液相界面的运动形式,验证了液液相界面主要受Kelvin-Helmholtz不稳定性控制。结果显示:液相密度比越大,液液相界面随时间变化越快,气液交界面不再保持水平位置,而以摆动的形式存在;在黏性比小于5时,黏性比不太影响液液相界面随时间变化。

疏水改性聚丙烯酰胺对原油组分界面扩张流变性质的影响

利用悬挂滴方法研究了疏水改性聚丙烯酰胺(HMPAM)对胜利采油厂高温高盐油藏采出原油中酸性活性组分和沥青质界面膜扩张流变性质的影响,考察了不同活性组分浓度条件下的界面扩张流变行为.实验结果表明:1750mg·L-1HMPAM能够在界面上形成网络结构,界面扩张模量数值高达100mN·m-1左右;油相中的酸性组分随着老化时间增加吸附到界面上,与HMPAM分子的疏水改性部分形成聚集结构,一方面通过快速的扩散交换过程大大降低扩张模量,另一方面通过与疏水改性部分的相互作用加强HMPAM分子间的缔合强度,增强网络结构的弹性.沥青质分子尺寸相对较大,分子间存在氢键等较强的相互作用,造成沥青质界面聚集体和HMPAM形成的网络结构共同决定界面膜性质,混合膜的扩张模量较单独HMPAM体系仅略有降低.

蛋白-多糖共价复合物界面流变特性的研究

采用自动形滴张力测量法对蛋白-多糖复合物的界面流变特性进行了研究。结果表明,SPI-KC复合物在油-水界面上形成的界面膜为粘弹性膜,SPI-KC共价复合后界面膜的膨胀弹性模量明显增大,对SPI与三种不同类型的多糖(KC、KG、AG)的共价复合物进行对比研究,发现产物的膨胀弹性模量均表现出与它们的乳浊液稳定性相一致的关系。

结合吸附模型预测油水液滴的界面流变性质

界面活性分子在油水界面的吸附将改变其界面性质,如界面张力、界面流变性质,从而影响乳状液体系的稳定。通过吸附模型较为准确地描述活性分子在界面上的吸附行为,是定量描述油水界面性质的有效方法之一。以Span80为界面活性物质,模拟油、去离子水为实验介质,研究了低于及超过临界胶束浓度(实验中确定为0.45mmol.L-1)下界面张力及界面扩张模量的影响特性,表现为界面扩张模量随Span浓度的增加而先增大后减小的趋势。将描述纯扩散弛豫的Lucassen-van den Tempel模型,同Langmuir、Frumkin、reorientation和rigorous reorientation(严格重排)吸附模型相结合,用于预测含活性分子油水界面张力及扩张流变的性质;结果表明,结合严格重排吸附模型能够准确地预测油水界面张力,界面扩张模量、相角、弹性和黏性模量随浓度、频率的变化趋势。

锰矿区土-水界面污染流中重金属来源分析

基于对湘潭锰矿红旗矿区土-水界面重金属污染流的采样分析,通过相关性和主成分分析法,研究了锰矿区土-水界面重金属污染流中的锰、镍、铜、锌、镉、铅重金属的来源以及同源性。结果表明:6种重金属的差异性、离散程度、变异性较大;锰—镍、锰—锌、锰—镉、锰—铅、镍—锌、铜—锌、铜—铅、锌—镉、锌—铅、铅—镉呈极显著正相关,镍与锰以外的其他重金属相关性都较低;3个主成分的贡献率分别为58.300%、16.628%、11.115%,累积贡献率达到了81.543%,并且6种重金属在主成分1的载荷非常高。结合矿区的周边环境和自身特点,表明6种重金属的主要共同来源为矿区内的矿业活动,并且工业活动、交通运输、农业活动等也对矿区造成了一定程度的重金属污染。

界面流变性质对小液滴聚并过程的影响

对表面活性剂溶液中两个小液滴的聚并现象进行理论分析，并考虑相界面上质量传递对该过程的影响，得到聚并时间与界而张力和界面张力梯度、界面粘度、表面活性剂界面扩散系数、连续相和分散相的主体性质、范德华力及液滴半径的关系．

界面扩张流变方法研究大分子与表面活性剂的相互作用

结合本课题组的工作,较系统地总结了近年来有关界面扩张流变技术在大分子/表面活性剂混合体系研究中的应用.大量研究表明,通过分析界面扩张粘弹性数据和界面弛豫过程的特征参数可以研究界面层微观性质,从而阐明大分子/表面活性剂的相互作用机理,这对实际生产和应用具有重要的指导意义.

有界压缩VOF算法在界面流问题中的应用

通过在界面标识方程中引入人工压缩项,采用基于非结构网格的高分辨率有界格式,编程实现了一类适合模拟复杂界面流问题的VOF(Volume of Fluid)方法.这类VOF方法可以自动处理界面的拓扑演化,无须进行实时的界面重构,提高了计算效率.应用这种基于有界压缩思想的界面流模拟方法,对三维Rayleigh-Taylor不稳定性问题进行了并行模拟.计算结果与相关文献的数据吻合较好,证明了算法的可靠性.研究了密度差和Reynolds数对界面演化的影响,分析了在不同Atwood数下鞍点结构演化规律的异同,对于Reynolds数小于282的界面流问题黏性起着很明显的作用,而Atwood数的影响限于低密度差的界面流动问题,即Atwood数小于0.90的情形.

带内嵌固体的不可压缩气液两相界面流数值模拟方法

将水平集方法与浸没边界方法相结合,建立了一个模拟带内嵌固体的气液两相界面流的数值方法.该方法在固定的规则网格下采用水平集函数捕捉气液交界面,采用改进直接力形式的浸没边界方法处理流体与固体的相互作用.在改进的直接力格式中,基于描述流体-固体相的另一个水平集函数设计了一个速度插值算法,以计算流体与固体的相互作用力.最后,应用所提出的数值方法分别模拟了气泡和液滴撞击内嵌固体平板以及球形固体的过程,给出了液滴与气泡的变形和运动细节.数值模拟结果与已有的实验观测结果吻合较好,证明了所提出的方法的正确性.

基于有限状态机的界面流描述与设计

界面流是一组窗体的集合,它表示了窗体之间的关系。有限状态机是交互式系统设计分析中的一种数学模型,能够有效地表示一个动态系统的生存周期。由于界面流逻辑的复杂性,提出采用有限状态机进行描述。阐述了有限状态机的基本理论,并依据界面流的特点,对其进行了改进,增加了动作参数和窗体迁移的条件参数,丰富了有限状态机描述界面流的能力,最后给出了运用面向对象方法的有限状态机设计。

泛函展开计数在蒙特卡罗界面流角度谱计算中的应用

传统的蒙特卡罗模拟通常采用计数箱的方式计算界面流的角度谱。粗糙的计数箱划分难以详细描述界面流对角度的依赖关系;细致的计数箱划分则需很大的样本数才能得到满足要求的统计精度。新近发展的泛函展开计数方法将未知的计数量用1组正交函数展开到一定的阶数,通过蒙特卡罗模拟估计相应的展开系数。本文采用泛函展开计数方法计算界面流的角度谱。数值结果表明,这种方法能利用较少的样本给出界面流的角度谱的函数曲线较高精度的近似。对于复杂难算的问题,当需计算详细的界面流角度谱时,泛函展开计数方法是一很好的选择。

流-固界面波的激光激发与光偏转检测

基于光偏转原理,研制了可用于流-固界面波探测的光纤传感装置·在此基础上,建立了以调QNd∶YAG激光为流-固界面波激发光源的实验系统·实验上探测了激光在空气-铝、水-铝和酒精-铝等界面上激发的界面波波形·根据实验波形,算得在这三种界面上的泄漏Rayleigh波和Scholte波的速度分别为2889m/s和339m/s、2916m/s和1512m/s、2872m/s和1184m/s,此实验值与理论计算值相比,偏差小于5%·

中子输运计算界面流方法的数学共扼方程

以子区内中子源为常源近似条件下的中子积分输运方程为前向方程,推导了中子积分输运方程界面流算法在六角形几何情况下的数学共扼方程;介绍了该数学共扼方程求解的内、外迭代策略,并对前向方程计算程序TPHEX进行了改造,得到了常源近似情况下数学共扼方程计算程序TPHEX_J0。通过算例校验表明TPHEX_J0与TPHEX程序所计算的系统本征值符合良好,TPHEX_J0程序的计算结果是可靠的。

二维界面流的稳定性及相路方程的椭圆型条件

针对天气实践的一些问题,本文改变了文献[1]的某些作法,分别就上、下行波的稳定性情况,切变邻近区域相路方程的类型条件作了较细致的讨论。结果表明:不稳定极易发生在背急流方向而立的左侧,并在不连续界面的两侧其稳定性是不同的,其相路方程也是有条件的——急流轴及其左侧邻近地区,一般满足椭圆型条件,而其右侧则有可能出现双曲型,从而揭示了扰动沿东西向传播时不稳定易于维持的原因,并与天气实践吻合。

表面活性剂对驱油聚合物界面剪切流变性质的影响

利用双锥法研究了表面活性剂十二烷基苯磺酸钠(SDBS)和十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)对油田现场用部分水解聚丙烯酰胺(PHPAM)和疏水改性聚丙烯酰胺(HMPAM)溶液的界面剪切流变性质的影响,实验结果表明:HMPAM分子通过疏水作用形成界面网络结构,界面剪切复合模量明显高于PHPAM.SDBS和CTAB通过疏水相互作用与HMPAM分子中的疏水嵌段形成聚集体,破坏界面网络结构,剪切模量随表面活性剂浓度增大明显降低.同时,界面膜从粘性膜向弹性膜转变.低SDBS浓度时,少量SDBS分子与PHPAM形成混合吸附膜,界面膜强度略有升高;SDBS浓度较高时,界面层中PHPAM分子被顶替,吸附膜强度开始减弱.阳离子表面活性剂CTAB通过静电相互作用中和PHPAM分子的负电性,造成聚合物链的部分卷曲,从而降低界面膜强度.弛豫实验结果证实了表面活性剂破坏HMPAM网络结构的机理.

激光热弹激励流-固界面波声场的数值模拟

利用热弹体运动方程和热传导方程耦合问题的变换域解,求解其极点留数的解析表达式.通过数值求根方法,得出铁-水、铝-水、铁-空气、铝-空气这4种流-固界面波的速度值,从而得到4种界面各界波相应的极点留数值.用快速傅立叶变换(FFT)技术得到脉冲激光线源热弹激励时流-固界面波瞬态位移波形.计算结果表明,这2种界面波不但存在于液-固界面,而且存在于气-固界面,但这2种流-固界面上波成分的相对幅度、脉冲持续时间不同.