多孔介质传热模型在多孔壁湍流中的适用性

为了考查不同的多孔介质传热模型在不同工况下的适用性,对带有高孔隙率多孔介质壁面槽道湍流及其传热进行了直接数值模拟研究。在多孔介质层外流体区域,通过有限差分方法求解不可压缩Navier-Stokes方程和温度对流扩散方程;在多孔介质层内,使用修正的Darcy-Brinkman-Forchheimer模型描述高孔隙率多孔介质阻力,以及分别采用局部热平衡(local thermal equilibrium,LTE)模型、局部非热平衡(local thermal non-equilibrium,LTNE)模型、理想金属(ideal metal foams,IMF)模型计算温度分布。通过对所得热场的统计特性的分析比较,探究了不同Biot数下水和空气两类流体介质的多孔介质传热模型的有效性。研究表明:LTE模型不足以准确预测金属泡沫多孔介质内传热问题,其等效导热系数因仅考虑孔隙率因素而低估了多孔介质层的传热能力;IMF模型在小比热容流体介质的算例中表现良好,可以代替LTNE描述多孔介质层内的传热,而在大比热容流体介质的算例中表现不佳,需要考虑比热容以及流固两相间的传热能力对预估的固体相温度分布进行修正。

国产加钒钢焊接接头不同区域的蠕变裂纹扩展行为

以国产2.25Cr-1Mo-V加钒钢焊接接头为研究对象,在550℃和不同初始应力强度因子(19.04,17.57,16.40,14.64,13.47MPa·m^(0.5))下对母材、焊缝和热影响区进行蠕变裂纹扩展试验,研究了焊接接头不同区域的蠕变裂纹扩展行为,探究了应力强度因子和C^(*)参量表征蠕变裂纹扩展速率的适用性,并观察了断口形貌。结果表明:随着初始应力强度因子的增加,母材、焊缝和热影响区的蠕变断裂寿命缩短,归一化稳态蠕变裂纹扩展速率增大。在相同初始应力强度因子下,焊缝的蠕变断裂寿命最长、归一化稳态蠕变裂纹扩展速率最小,说明焊缝抵抗蠕变裂纹扩展的能力最强,蠕变性能最佳;热影响区的蠕变断裂寿命最短、归一化稳态蠕变裂纹扩展速率最大。接头不同区域的归一化蠕变裂纹扩展速率与应力强度因子的变化曲线都呈类似“V”字形状,对应蠕变裂纹的萌生、稳定扩展和加速扩展阶段;应力强度因子和归一化蠕变裂纹扩展速率的分布具有显著的分散性;C^(*)参量与归一化蠕变裂纹扩展速率具有更强线性关系,且C^(*)参量和归一化蠕变裂纹扩展速率的分布集中。随着初始应力强度因子的增加,母材、焊缝和热影响区的断裂模式由沿晶断裂或穿晶断裂向沿晶/穿晶混合断裂转变。

平直翼飞翼布局飞机的操稳特性

飞翼布局飞机气动效率高,常被太阳能飞机所采用,但操稳特性较差.平直翼飞翼布局飞机具有与主流后掠飞翼布局飞机不同的气动特性.使用涡格法计算了轻小型平直翼飞翼布局无人机的气动力系数与气动导数,分析了某验证机的俯仰静稳定性及不同迎角、爬升角下的纵向与横航向稳定性,讨论了重心位置低于机翼平面对其稳定性的影响,并制作航空模型试飞.研究发现,平直翼飞翼布局飞机的纵向稳定性与常规布局飞机不同,可以在无增稳条件下维持横航向稳定,荷兰滚倾向弱.重心位置降低可以改变配平迎角,使其在正迎角下俯仰更稳定,但会使其在负迎角或大爬升角下的俯仰稳定性恶化.飞机在飞行中表现出多种特殊行为,需要进一步研究.

位错与非均匀夹杂相互作用能的解析和数值计算

利用Eshelby等效夹杂法(equivalent inclusion method, EIM)处理非均匀夹杂.考虑了固有本征应变的影响,显式地推导出了不同种类位错与非均匀夹杂的相互作用能.以空洞为例,将所得结果与分子动力学(molecular dynamics, MD)模拟计算值进行了比较,验证了模型的有效性.充分讨论了模型的应用范围,并系统比较了夹杂本征应变与弹性常数对位错-夹杂体系反应能的影响.

冰层覆盖海洋中脉动源生成水声波的传播特性

考虑用弹性板来模拟海洋表面冰盖,将海水视为具有刚性底部的可压缩无黏流体,在线性势流理论基础上研究了此环境下水声波(声重力波)的传播特性.推导了在质量点源的脉动作用下冰水交界面位移和冰层覆盖水域声压的近似解,探讨了弹性冰层的厚度、弹性冰层的侧向应力以及流体深度等物理量对水声波传播的影响.研究结果发现:随着弹性冰层厚度的逐渐增加,冰水交界面位移会先增大后减小,然后逐渐趋近于0,而冰层覆盖水域声压先保持不变,而后逐渐减小;弹性冰层的侧向应力对冰水交界面位移和冰层覆盖水域声压的影响并不明显;流体深度的增加会导致冰水交界面位移和冰层覆盖水域声压均呈减小趋势.

基于路径积分法的输液管道随机动态响应分析

随机激励下的输液管道在工程上广泛存在,对其进行研究具有十分重要的意义.为了预测高斯白噪声激励下输液管道系统的随机动态响应,基于哈密顿原理建立了高斯白噪声激励下非线性输液管道的动力学模型.采用Galerkin截断方法对输液管道的控制方程进行离散化.采用基于Gauss-Legendre公式的路径积分法计算了输液管道随机振动响应的位移概率密度函数和速度概率密度函数.采用Monte Carlo方法与路径积分法得到的计算结果进行对比,验证了路径积分法在计算输液管道振动响应上具有较高的计算精度.研究了流速、激励强度和阻尼系数对输液管道位移概率密度函数和速度概率密度函数的影响,并确定了输液管道位移概率密度函数出现双峰时的临界流速.结果表明,采用路径积分法计算输液管道系统的动态响应是有效的.流速增大会使系统可能发生的最大位移变大,可能发生的最大速度不变;激励强度增大会使系统可能发生的最大位移和最大速度变大;阻尼系数增大会使系统可能发生的最大位移和最大速度变小.此外,研究发现流速增大是诱导输液管道发生随机分岔的因素之一.

基于能量整形方案实现具有通讯时滞欠驱动Euler-Lagrange网络的一致性

本文主要基于能量整形方案研究具有通讯时滞网络化欠驱动Euler-Lagrange(EL)系统的一致性问题,通过利用阻尼注入和互连分配的无源控制(PBC)技术,在有向连通网络拓扑下提出了一个简单的分布式协议,来实现在无引导者和有引导者-跟随者两种情形下欠驱动EL网络的一致性.本文提出的一致性能量整形方案的主要特点是有机地整合了系统欠驱动和驱动部分以及控制器三部分能量作为整个系统的总能量,这个总能量被利用作为一个合适的Lyapunov函数,它能够充分确保网络化欠驱动EL系统达到所期望的分布式一致性.最后,通过由欠驱动EL网络所描述柔性关节机械臂系统的数值模拟,来分析通讯时滞对一致性的效应和验证所提出控制算法的正确性.

用于脂质体制备的微混合器的流动机理

脂质体的制备是当今纳米材料和生物医学工程研究的一个重要领域,尤其在制备粒度可控、尺寸均匀、组分可调的脂质体方面还面临着较大的挑战。微混合器作为微流控技术中的重要组成部分之一,它可以通过微米级通道控制流体的混合,从而实现高效、精准、可控的脂质体制备。文章概述了脂质体的制备方法及微流控技术的优势,并介绍了不同类型的微混合器在脂质体制备中的应用及优缺点,重点对微混合器的流动机理进行了综述,旨在为微混合器在脂质体制备中的应用研究提供一定的参考。