壁面凹腔诱导的超声速混合增强机制研究（英文）

目的:探索壁面凹腔诱导下的超声速混合增强机理,期望得到混合性能较好的燃料喷注策略。方法:提出两种壁面凹腔与横向射流的组合方式,采用数值模拟方法对其流场进行研究,并与纯横向射流流场细节进行对比。结论:1.由于凹腔上面剪切层与壁面横向射流的强烈交互作用,使得横向射流流场中产生的涡系结构被打破;相应地,当把凹腔置于喷孔上游时,亚声速区域面积更大;2.当把凹腔置于喷孔上游时,燃料的渗透深度更大,这样有利于超声速气流中燃料与空气的混合;3.新构型I的混合效率最高。凹腔上面剪切层与壁面横向射流之间的强烈交互作用对超声速气流中燃料的混合增强影响很大,这是超燃冲压发动机燃烧室构型优化的基石。     

超声速燃烧室等离子体射流点火实验平台设计

为研究超声速燃烧室等离子体射流点火特性,设计了一套包括超燃直连式实验台、点火装置、流场观测装置和测量控制系统的超声速点火和燃烧的实验平台。以煤油、乙烯为燃料,采用等离子体射流点火方式对该实验平台进行了测试,分析了典型火焰特征和燃料喷注位置对点火特性的影响。结果表明,该实验平台可完成超声速燃烧室等离子体射流点火实验,具有操作方便、实验效率高的优点,可为开展超声速点火和燃烧研究提供依据。     

超声速台阶壁面燃烧室中射流抬举火焰的稳定机制（英文）

目的:深入理解超声速条件下火焰稳定机制,为超燃冲压发动机燃烧室的优化提供理论基础。创新点:1.通过大涡模拟准确地再现Burrows-Kurkov实验中台阶壁面射流燃烧室的反应流场;2.揭示射流火焰稳定抬举的机制;3.总结射流总温对火焰抬举特性的影响。方法:1.采用大涡模拟,获得了瞬时和时均的反应流场参数;2.通过计算燃烧学的数据分析,提取湍流火焰特性。结论:1.自点火过程维持了混合层中抬举火焰的稳定,并进一步在下游形成充分发展的湍流扩散火焰;2.升高射流总温会使火焰抬举高度降低,而过高的射流总温会抑制火焰温度的升高。     

基于支板的超燃冲压发动机燃烧室模态转换过程参数化研究（英文）

目的:超燃冲压发动机燃烧室中氢气的燃烧性能引起了研究者的广泛兴趣。本文旨在探讨不同压比下超燃冲压发动机燃烧室的燃烧性能以及壁面凹腔的影响,为双模态超燃冲压发动机燃烧室设计提供参考。创新点:1.研究压比变化过程中超燃向亚燃的转换过程;2.研究壁面凹腔设置对模态转换过程的影响。方法:采用数值模拟方法研究不同来流条件下,压比和壁面凹腔设置对基于支板的超燃冲压发动机燃烧室中模态转换过程的影响。结论:1.壁面喷注压强对流场结构影响很大,特别是对于亚燃到超燃的模态转换过程和燃烧性能,当壁面喷注压强大约为支板喷注压强一半时,效果最好;2.壁面凹腔能帮助稳定流场,但也会带来一定的混合效率和燃烧效率损失,同时壁面凹腔能帮助延迟从超燃模态向亚燃模态的转换时间,这也从一定程度上说明带凹腔的燃烧室更加适合于超燃模态。     

先锋氢引燃煤油的超燃燃烧室火焰稳定性研究（英文）

目的:1.在模拟飞行马赫数4.0条件下,通过直连实验研究先锋氢当量比对煤油燃料冲压发动机点火及稳焰的影响;2.通过多种非接触光学测量手段研究超燃冲压发动机内燃烧流场的结构变化和火焰建立等动态过程。创新点:1.通过直连实验发现,适量提高先锋氢当量比有利于发动机点火,且先锋氢的存在是发动机稳燃的前提;2.得到了超燃发动机点火及燃烧不稳定特征的流场。方法:1.通过直连实验,得到监测点压力动态变化数据并对其进行分析(图4和5);2.通过光学测量手段,观测流场及火焰动态变化过程(图6～12)。结论:1.当先锋氢当量比为0.080时,煤油燃料超燃冲压发动机成功点火;当先锋氢当量比为0.040时,点火失败;当先锋氢关闭后,超燃冲压发动机熄火。2.煤油火焰主要集中于凹槽后缘斜坡且结构是非对称的;燃烧是不稳定的且伴随着反复的前后移动。     

丁烯氧化脱氢制丁二烯反应扩散过程的数值模拟（英文）

为了研究催化剂粒子直径对丁烯催化氧化制丁二烯体系铁酸盐催化剂内外扩散的影响,建立了介观和微观的多尺度模型.将该模型有效化后用来研究催化剂直径对粒子内流场的影响.模拟结果显示:所有组分的质量分数梯度、温度梯度和压力梯度随着粒子直径增大而变大,表明增大粒子直径会使内扩散阻力增大、使内扩散越显著.在不同粒径的催化剂下,组分外扩散传质阻力是一个常数,粒径对粒子组分的外扩散影响不大.随着粒子直径增大,粒子外表面温度增加,即外扩散传热阻力增大.此外,催化剂粒径的变化会影响丁烯催化氧化制丁二烯反应的选择性,选择合适粒径的催化剂能够优化反应过程和提高目标产物丁二烯的产率.     

固体火箭超燃冲压发动机燃烧室初步实验研究（英文）

目的:通过发动机直连式实验,验证燃气发生器产生的富燃燃气可以在超声速气流中二次燃烧,进而证明固体火箭超燃冲压发动机方案的可行性,并初步评估固体火箭超燃冲压发动机燃烧室的工作性能。创新点:1.提出固体火箭超燃冲压发动机构型方案,并开展固体火箭超燃冲压发动机燃烧室直连式实验研究;2.验证了固体火箭超燃冲压发动机构型可行;3.初步评估了固体火箭超燃冲压发动机燃烧室的工作性能。方法:1.通过直连式实验测定固体火箭超燃冲压发动机燃烧室的工作参数(图2、3和4);2.通过实验现象(图8)和数据处理,确定燃气发生器产生的富燃燃气可以在超声速燃烧室中燃烧,进而确定固体火箭超燃冲压发动机方案的可行性;3.初步确定发动机燃烧室的工作性能(公式(6)和(7))。结论:1.燃气发生器中产生的富燃燃气可以在超声速燃烧室中燃烧,固体火箭超燃冲压发动机构型方案可行;2.初步评估了固体火箭超燃冲压发动机燃烧室的工作性能,总压恢复系数约为0.6,燃烧效率约为90%;3.燃气发生器产生的部分一次燃气沉积于燃气发生器喉部,使燃气发生器的工作压力增加,进而引起富燃燃气质量流量的增加;4.燃烧室中的总压损失主要集中在富燃燃气入口处,总压损失主要由射流引起的激波和燃气二次燃烧引起。     

跑步过程中膝关节生物力学研究（英文）

为了研究人在跑步过程中速度对膝关节运动生物力学的影响规律,基于Kane方法和半物理仿真方法建立下肢动力学模型,以健康男性青年为对象,对不同速度下的跑步过程进行实验研究和数据分析,建立以速度为自变量的膝关节运动模型.研究结果表明:步态初期足跟落地时刻,跑步速度越快,小腿向前伸展程度越大,越接近与大腿共线;步态中期,大腿向后伸展,小腿与大腿接近共线的最大程度,此时膝关节背面的韧带拉伸量最大,并且速度越慢,共线程度越明显;膝关节最大屈曲过程出现在步态后期,并且最大角度随着速度的增加而增加;随着跑步速度的增加,膝关节曲线前移.实验结论可用于康复机器人、类人机器人等研究领域.     

壁面漏热的冷却腔体内增加薄壁隔板引起的热效应数值研究（英文）

目的:评估增加薄壁隔板对于降低封闭腔中漏热面的作用,为在实际系统中采用薄壁隔板提高温度均匀性的可行性提供理论依据。创新点:提出一种新的非平衡态外推边界处理方法;提出在封闭冷却墙体内增加薄壁隔板的有效漏热控制方法。方法:采用热格子波尔兹曼(Boltzmann)方法以及针对薄壁隔板的改进型非平衡态热边界条件处理方法,将数值计算与理论分析相结合,研究漏热冷却腔体内的动态过程。结论:1.在漏热壁面附近增加薄壁隔板可使壁面漏热的冷却箱体内降温时间缩短,并且最终达到更好的温度均匀性。2.薄壁隔板的位置靠近漏热面可增强其效果,隔板尺寸越大效果越好。3.在更大的努塞尔数(Nu)或更小的瑞利数(Ra)条件下,增加隔板所起到的效果更加明显。     

抽吸孔尺度对超声速边界层抽吸流量的影响（英文）

目的:在超声速来流条件下,探索影响抽吸流量的关键参数,为高超声速进气道抽吸系统的设计提供参考。方法:1.从抽吸系统提取出边界层厚度、抽吸孔径和深度三个尺度,并采用单变量原则,通过数值模拟分别研究三个尺度对抽吸流量的影响;2.采用普朗特-迈耶膨胀波理论,根据抽吸流动是由压差驱动的物理机制,建立超声速抽吸壅塞模型。结论:1.超声速圆孔抽吸包括超声速前缘、亚声速前缘和边界层中的亚声速部分三种抽吸物理机制;2.在非壅塞与壅塞条件下,随着孔径与深度比值的变化,流量系数具有不同的演化规律;3.深度是影响抽吸流量的主要因素,孔径是次要因素;4.在一定的孔径深度比值下,抽吸在非壅塞条件下具有回流现象,而在壅塞条件下不具有回流现象。     

应用于低温流体流量计的多孔板性能数值研究（英文）

目的:相较于常温流体,低温流体的物性存在显著不同,因而对流量计的工作特性也会带来相应的影响。本文旨在探讨多孔板应用于低温流体流量测量时的性能(即流出系数与压力损失系数)特征。创新点:基于数值研究结果,发现多孔板流量计应用于低温流体流量测量时,其稳定测量区间上限雷诺数显著增大,并基于物性特点从空化特性的角度探讨上限雷诺数显著增大的原因。方法:采用数值模拟的方法,经网格独立性验证(表1和图5)和模型验证(图6和图8)后,结合Realizableκ-ε湍流模型与Schnerr–Sauer空化模型,研究同一种结构的多孔板应用于液氮、液氧、液氢三种低温流体和水流量测量时其流出系数与压力损失系数变化的异同(图11、图12和表5);并基于低温流体的物性特点(表3),对其具有较大上限雷诺数的计算结果进行原因分析。结论:对于同一种多孔板结构,与水相比,低温流体具有较宽的稳定雷诺数测量范围,其中,与多孔板结构相关的下限雷诺数差异较小,而受空化影响的上限雷诺数差别较大;低温流体具有较大的上限雷诺数,其原因在于,与水相比较,低温流体的密度与运动粘度平方的乘积?v2明显较小。     

圆管内向下流超临界航空煤油换热特性数值研究（英文）

目的:超临界航空煤油在换热过程中会出现传热恶化的现象。本文旨在研究该现象产生的原因及质量流量、壁面热流、入口温度和压力对此现象的影响。创新点:1.分析超临界航空煤油的传热恶化现象;2.揭示超临界航空煤油传热过程中传热恶化现象与质量流量、壁面热流、入口温度及压力的关系。方法:利用数值模拟的方法,模拟超临界航空煤油在管内的流动换热情况,分析其换热特性,并探讨传热恶化产生的原因及影响因素。结论:1.传热恶化是在壁面温度达到拟临界温度或流体平均温度达到临界温度时产生的;2.换热系数随质量流量的增加或壁面热流的降低而增大;3.通过提高煤油的压力可以显著降低恶化现象。     

近距离双线盾构隧道连锁破坏机理数值研究（英文）

目的:针对国内外发生的多起因一条盾构隧道破坏导致邻近隧道受损甚至坍塌的事故,探讨不同工况下破坏隧道对邻近隧道结构的影响,研究两隧道连锁破坏机理,为实际工程中提高隧道抗连锁破坏能力提供设计参考。创新点:1.利用耦合的欧拉拉格朗日法成功模拟了隧道破坏时土体的变形过程;2.定义了能在一定程度上定量描述隧道接头安全程度的指标。方法:1.通过数值模拟,研究在不同双隧道位置关系中不同隧道的破坏位置与破坏模式下,受影响隧道接头进入不安全状态的顺序(图8～10)与程度(图12～14);2.通过统计分析,研究不同双隧道位置关系下受影响隧道接头进入不安全状态的平均概率和最小安全系数,并分析不同双隧道位置关系下破坏隧道剪切带的发展规律。结论:1.受影响隧道接头进入不安全状态的顺序在很大程度上取决于两隧道的相对位置关系,与破坏隧道的破坏位置与破坏模式关系较小;2.对于重叠与斜叠隧道,上线隧道发生破坏对下线隧道的影响小于下线隧道破坏对上线隧道的影响;3.当两隧道斜叠排布且下线隧道发生破坏时,因为上线的受影响隧道部分处于破坏隧道的剪切带上,土体变形梯度较大,所以受影响隧道较为危险。     

多酚控制茶树叶片短期分解过程的研究（英文）

目的:通过测定茶树叶片的分解速率及养分释放规律,研究茶多酚在茶树叶片分解过程中的作用。创新点:测定了茶树叶片在茶园地表的分解速率和养分释放规律,并确定了茶多酚/氮素比值在茶树叶片短期分解过程中的主导作用。首次利用高效液相色谱法监测了分解过程中儿茶素的变化规律。方法:采集成熟的茶树叶片,在室内风干后利用分解袋法测定其分解速率。分解袋放置于茶园地表用于模拟田间条件,逐月收集分解样品。实验结束后,测定各月份叶片的干重残留量、月均干重损失率、多酚等有机组分含量以及各元素含量。结论:茶树叶片的干物质损失规律可以"两相分解模型"进行描述,茶多酚/氮素比值是调控分解速率的主要因素。分解过程中,茶多酚的转换十分迅速,同时儿茶素单体的结构影响其分解速率:大部分的儿茶素单体在分解初始两个月内迅速消失,没食子酸(GA)、儿茶素没食子酸酯(CG)、儿茶素(GC)在分解后期少量检出,而其他儿茶素已不在检测限内。茶树叶片中大量多酚的存在及其特有性质可能影响着叶片中的养分释放过程。     

基于修正Drucker-Prager/Cap模型的高压压实过程三维数值模拟（英文）

为了研究低压射砂-高压压实造型后的砂型强度,引入三维数值模拟方法.应用商业化有限元软件ABAQUS并结合修正的Drucker-Prager/Cap模型对高压压实过程进行了模拟.同时,基于特殊设计的实验,将砂箱分成5×9的区域后分别测量了射砂后造型室内型砂的堆积密度,并将其作为压实模拟过程的输入参数.在模拟过程中,分别使用均一密度和分区建模2种方法,并将三维数值模拟结果和相关联标定实验做了对比.三维数值模拟结果表明:均匀的型砂密度可得到高质量的砂型,而修正的Drucker-Prager/Cap模型更适合处理采用复杂模具的情况.三维数值模拟结果能够较好地预测砂型强度分布,同时对实际生产有一定的指导作用.     

硝酸酯增塑聚醚（NEPE）推进剂燃烧的数值与试验研究（英文）

目的:因NEPE推进剂具有独特的燃烧性能和燃烧机理,现有模型无法直接用于其燃烧相关研究。本文希望对现有模型进行改进,并基于自由基裂解模型建立一个计算NEPE推进剂燃速的模型,然后对NEPE推进剂燃烧进行观察和测量,研究其燃烧特性,以期为所建模型提供数据支持。创新点:1.基于自由基裂解模型,计算每种成分同时存在多种粒径分布的NEPE推进剂的燃速;2.建立试验系统,观察NEPE推进剂燃烧火焰形态。方法:1.通过理论推导,构建燃速与推进剂成分的粒径和含量以及燃烧室压强之间的关系,得到燃速计算公式(公式(1)–(10));2.利用建立的模型,计算四种不同粒径分布的NEPE推进剂在不同压强下的燃速,并与试验结果进行比较,验证模型的可行性(图7);3.建立试验系统,测量NEPE推进剂的燃速和燃面温度,并观察其燃烧火焰(图5和6),分析不同成分对燃烧的影响。结论:1.基于自由基裂解模型建立的燃烧模型可用于预测NEPE推进剂的燃速;2.铝颗粒的添加对NEPE推进剂的燃烧火焰形态和气相反应都有较大影响;3.氧化剂(高氯酸铵和奥克托今)颗粒的粒径对燃速的影响比铝颗粒的粒径对燃速的影响大,但对燃速压强指数的影响相对较小。     

波纹板薄膜流体共振现象的数值及实验研究（英文）

目的:探究薄膜流体共振现象的内在机理。创新点:1.提出薄膜流体共振区的概念。2.提出共振现象与雷诺数的范围有关、而不是与某一特定的雷诺数有关的观点。方法:1.使用有限体积法对薄膜流进行数值模拟计算。2.为了验证模拟的准确性,运用粒子图像测速法进行实验测量。结论:1.薄膜流体共振可以使自由表面的振荡最大化。2.共振现象与雷诺数的范围有关,而不是与特定的雷诺数有关。3.在共振区域中,薄膜表面的振动增强,底部涡流被抑制,并且这些都有利于传热传质效率的提高。     

基于数值模拟的低温风洞羽流扩散过程的参数敏感性分析（英文）

目的:低温风洞运行时大流量低温氮气被排放到大气环境中,对周围环境造成潜在的低温、缺氧危险。本文旨在研究羽流扩散过程中各变量(环境风速、环境风温度、相对湿度和排气出口流速)对羽流沉降的影响。创新点:采用考虑相变的低温羽流扩散模型,通过数值模拟对影响羽流扩散的各参数进行敏感性分析。方法:1.基于Hertz-Knudsen关系修正,考虑空气中水的相变,构建低温羽流扩散的数值模型;2.对照美国National TransonicFacility的羽流扩散数据和NASA的二阶分析模型的计算结果,验证本文所采用的数值模型的准确性;3.利用数值模拟,比较不同排放条件下近地面的最低氧含量和最低温度,并对各变量进行敏感性分析。结论:1.考虑相变的羽流扩散数值模型,相比NASA的二阶分析模型拥有更好的准确性。2.对于0.3m低温风洞的羽流扩散,高环境风速有利于羽流消散;高环境温度和高相对湿度能提升近地面的最低温度,但对近地面的最低氧含量影响甚微。3.当排气速度小于2 kg/s时,排气流速增大不利于羽流消散;当羽流速度大于2 kg/s时,排气流速增大有利于羽流消散。     

旋转爆轰波传播模式自发改变过程研究（英文）

目的:提出一种预测爆轰波传播模式自发改变的方法。创新点:1.揭示了流场内新爆轰波产生的机制;2.基于接触面化学反应特征时间提出了无量纲参数NL,可作为分析旋转爆轰流场稳定性的判据。方法:以数值模拟为手段,应用基元反应建立化学非平衡流动的数学物理模型,开展旋转爆轰波传播稳定性研究。结论:1.分界面化学反应是引起爆轰波传播模式自发转变的原因之一;2.提出的无量纲参数NL可以将模式转变与爆轰波数联系起来。     

知识窗（英文）

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