二阶非牛顿流体蠕流精确解

二阶流体是工业界常见的非牛顿流体,因为其本构关系简单而被广泛采用和研究。逆方法预先假定流场满足某类特定的物理的或几何的特性,从而求出流体运动方程的精确解。本文通过假定平面定常二阶非牛顿流体的涡量场与受到扰动的流函数相等这一特定形式,采用求解非线性微分方程常用的逆方法,推导并获得了平面二阶蠕流流场的精确解,由此容易进一步获得流场的压力。所获得的精确解包含了Poiseuille,简单Couette平行流动以及两相向流体的相互作用等流动。这些精确解为实验,数值以及渐进解的检验提供了借鉴和参考。

不同深宽比矩形腔双壁反向驱动蠕流涡结构研究

研究了不同深宽比二维矩形腔双壁反向驱动流的流动结构.采用微分求积法计算分析了深宽比从0.15到6.6变化对矩形腔蠕流涡结构的影响,给出了涡演化过程中的临界深宽比、流型及其分岔图.当深宽比在0.15至0.7之间变化时,腔内涡结构沿横向分布并随深宽比增加子涡逐步合并;当深宽比大于0.7时,随着深宽比增大,腔内流动结构沿纵向展开并且漩涡数量逐渐增多,具有周期性和自相似的变化特征,外围大涡的形成来源于中间区域新涡的生成和演化;在不同的深宽比条件下,腔内流动始终呈现对称的涡结构流型.

径向边界驱动下蠕流问题的仿真

在流体力学优化算法的研究中,环扇形域是各种旋转设备的典型横截面,针对环扇形空腔内蠕流的研究问题,传统的求解方法是在拉格朗日体下求解拉普拉斯方程、泊松方程或双调和方程,使得高阶微分方程求解困难,同时难以满足混合边界条件问题。在辛体系下,针对侧边为非齐次流速条件的扇形域内蠕流问题提出了辛算法。以仿真径向r方向为时间系,由流速和其对偶向量组成全状态变量,将控制方程写成辛对偶形式,在辛空间下变量应用分离变量法及辛本征向量展开法,求解出对应于齐次方程和齐次边界条件的本征值和本征解,并求解出非齐次边界条件对应的特解。证明上述算法不仅将微分方程降阶,而且边界条件的处理也比较简单易行。计算结果验证了辛方法解决此类问题的有效性。

轴对称蠕流问题双调和方程的Hamilton描述

笔者从无穷维Hamilton系统的等价定义出发,用代数方法把轴对称蠕流问题导入到Hamil-ton体系。借助无穷维Hamilton正则系统的定义和偏微分方程Hamilton正则表示的一些成果,把柱坐标下轴对称蠕流问题关于流线函数的双调和方程写成Hamilton正则方程,使双调和方程形式上变成可以分离变量的问题,由此得到辛正交系及按辛正交系展开的广义解析解。该方法不必提前把变量假设为未知函数,也不必求解Lagrange函数和Hamilton泛函,直接从理性角度上给出了问题的解。算例研究了圆管入口流动问题,验证了笔者方法的有效性。

超导体需要杂质来阻止蠕变电流

在克服已威胁到限制高温超导体实际应用的问题上,美国研究者们正在取得进步。这类材料尾随它们携带的电流产生一种缓慢的衰减,并且在超导磁体产生的磁场中伴随产生一种类似的衰减。斯坦福大学的约翰·布雷曼说他的小组现在能够“有效地抑制”高温超导体薄膜中的这种由一种叫做磁通蠕变现象所引起的衰减。地处新泽西州的美国电话电报公司贝尔实验室的其它两个小组也发现了在大块超导体中减小磁通蠕变的方法。

挤出胀大流动的有限元方法研究(Ⅰ)牛顿流体

本文首次成功地将压力不连续的非协调单元和罚函数法用于挤出胀大流动的有限元计算。对牛顿流体的平面流和轴对称流的计算中比较了下列方法:压力连续单元的混合法;压力不连续的混合法;一致性罚函数法;降阶积分罚函数法;改进的降阶积分罚函数法。结果表明压力不连续单元使连续性方程得到更好的满足,从而使自由面迭代更快地收敛,降低了计算量。罚函数法使计算量进一步减少,并且解的精度也足够好。

蠕变理论的有限变形广义变分原理

在新型势能率密度与余能率密度的数学形式和非线性几何方程的基础上,利用拉氏乘子法建立了两种三类独立变量函数的广义泛函及其广义变分原理,利用匹配原则和规一化方法,基于两种三类独立变量函数的广义变分原理,推导出一系列新型二类变量函数的广义泛函及其广义变分原理,这些变分原理为近似求解和数值求解蠕变流动理论中的几何非线性问题提供了理论基础。

出口端联结半无限空间的有限长圆管的Stokes流动

本问题的解可表达成无穷级数,它既包含偶函数项,又包含奇函数项;入口截面上速度分布是给定的,数值计算结果表明:当管长超过半径的2倍时,管子中段总有泊肃叶流动,入、出口段的长度不超过半径长度,特征压差和阻力系数在一定管长范围内近似地线性正比例于管长。

有限长圆管中Stokes流动的半数值半分析解法

本文研究不可压缩蠕流穿过有限长圆管的轴对称流动的半数值(配置法)半分析解法。对不同长度圆管进行了数值计算,结果表明无论是压差或摩阻系数,都与管长之间存在着近似的线性律。

矩形微通道Knudsen泵中的气体传输特性研究

Knudsen泵是一种基于微尺度条件下的热蠕流效应诱导气体从低温侧向高温侧流动的微型泵。为探究气体种类和分子模型对气体在Knudsen泵通道中传输特性的影响,运用直接模拟蒙特卡罗(DSMC)方法,针对经典的矩形微通道开展了研究。文中分别考虑了三种气体(Ar、N2和O2)和三种分子模型(HS、VHS和VSS)在不同工况压力下的变化情况。研究发现,不同种类气体和分子模型不会引起通道中宏观流场的明显变化。对于分子质量较轻的气体,其具有更强的热蠕流效应,且其最强热蠕流效应所对应的压力越大。对于分子模型,VHS模型的热蠕流效应最强,HS模型的热蠕流效应最弱。因此,相比于更能反映真实气体分子运动规律的VSS模型而言,当采用VHS模型时会高估泵的性能,反之,采用HS模型时会低估泵的性能。

灵泉露天煤矿F4断层带煤壁回采研究

分析了灵泉露天煤矿地质水文状况,提出了该矿F4断层带煤壁回采方案。根据该矿地质地形条件和所回采煤壁的煤层赋存情况,确定了相应的开采境界、开采程序、生产工艺、生产能力及工作面参数等。合理安排了采、运、排3个重要环节,最后对本回采方案作出了技术经济分析。该研究成果可为国内其它地区的窄小空间煤炭回采所借鉴。