一类具有Allee效应的传染病模型时空斑图分析

建立了具有Allee效应的反应扩散系统,并研究了系统的斑图动力学性态.首先,利用线性稳定性理论给出了图灵不稳定和Hopf分支发生的条件,分析了图灵斑图的稳定性;进一步,通过分析和数值模拟,发现系统可能出现图灵斑图、缺口状斑图、迷宫斑图、螺旋波斑图、静态斑图及混沌斑图.若寄生虫剂量作为分支参数时,发现随着寄生虫剂量的增加,有两种情况发生:一种是当易感者宿主的扩散率超过临界值时,系统依次出现图灵斑图、缺口状斑图和迷宫斑图,意味着染病者宿主的分布会由疏到密接着再变疏;另一种是当易感者宿主的扩散率低于临界值时,系统依次出现螺旋波斑图、静态斑图和迷宫斑图.若取易感者宿主的扩散率作为分支参数时,发现易感者宿主的扩散率无论大于或小于染病者宿主的扩散率,都可能发生稳定的螺旋波,并且随着染病者宿主扩散率的增加,系统螺旋波缺陷数增加导致混沌发生.     

受限空间内超声速混合层生长特性

为获得受限空间内激波作用下的超声速混合层生长规律,以支板喷射超燃冲压发动机典型流道为研究对象,开展了2.3Ma氢气射流与2.0Ma空气来流所形成的超声速混合层的生长特性研究.基于OpenFOAM计算平台,采用大涡模拟方法,数值研究了超声速混合层的流场结构和特征,流场结构和组分分布与实验结果吻合较好.通过超声速混合层组分浓度、厚度、可压缩效应及总压损失的分析,获得了超声速混合层的生长特性.研究结果表明:受限空间内超声速混合层的生长过程具有4个典型阶段,支板末端的膨胀波/激波结构会显著减低对流马赫数,从而降低混合层的可压缩性,促进混合层的生长;激波与混合层的相互作用能够增强局部湍流强度,获得涡量增益,加快混合层的生长速率,促进混合效率,但同时会引起较大的总压损失,降低发动机性能.发动机设计时要综合考虑波系结构与混合层相互作用带来的混合增强和总压损失,实现性能优化.     

耦合复Ginzburg-Landau方程中的相-模螺旋结构相似性

以二维复Ginzburg-Landau方程为模型,研究单向耦合时空系统中的斑图动力学行为.以稳定的模螺旋波为驱动系统,讨论响应系统在不同耦合强度下的时空斑图动力学行为.通过同步函数与系统相-模频率分析发现,在弱耦合强度条件下,驱动系统的相与响应系统的模会在螺旋结构上出现相似性.分别用靶波与平面波作驱动系统,发现同样现象.研究结果证明,随着耦合强度的增大,单向耦合复GinzburgLandau方程系统的耦合行为遵循从非同步、相与模螺旋结构上的相似到完全同步的过程.该现象同时解释了模螺旋波的产生.     

放热流体在多孔渗流水平圆柱外的自然对流

针对等温加热的多孔渗流水平圆柱体浸没在放热流体中的层流自然对流传热问题采用摄动法进行分析.圆柱体的多孔渗流特性用圆柱壁面的法向速度进行表示.通过摄动法对自然对流传热的边界层方程进行近似分析,并利用龙格-库塔方法求得方程的数值解,得到自然对流的速度与温度场以及沿圆柱体壁面的努塞尔数分布.结果表明,在有壁面外法向速度时,圆柱体的局部换热受到抑制;然而壁面吸入或流体放热效应都对局部努塞尔数有增强效果.圆柱体的平均努塞尔数随着流体放热的增加或壁面内法向速度的减小而降低.在流体放热恒定时,壁面流出效应对整体换热的影响并不明显.     

对流效应与重新层流化

对流是影响晶体生长的主要因素.恰当地控制对流可以有效地控制晶体中偏析、夹杂的产生,得到无偏析的均匀结构.因此,研究对流效应对制备具有优异性能的功能材料具有重要意义.近十年来,Muller G.等人系统地研究了对流效应在晶体生长中的作用.他们在垂直 Bridgman法的晶体生长中作的试验结果表明,随着瑞利数 R_a 的增大,流体的流动经历着由静止→单胞→双胞→单胞流动的变化;流体中的温度扰动也由平缓发展到较大,然后又趋于平缓.他们把此现象归结为流体流动中出现的重新层流化而引起的.但是,直到如今,从未见到有关流体重新层流化的实质性的分析报导.     

一类具有时滞的食饵-捕食者模型的时空斑图

研究了一类具有时滞和反应扩散的食饵-捕食者模型的动力学行为.通过数学分析,发现了两种不同类型的不稳定性,并且详细给出了图灵不稳定的条件.在由反应扩散引起的不稳定的条件下,通过一系列的数值模拟,得到了参数空间中丰富的图灵结构,分别有点状斑图、条状斑图以及点状和条状共存的斑图结构.在由时滞引起的不稳定的条件下,通过数值模拟,得到了"黑眼斑图".这些结果表明,受时滞和扩散影响的模型具有丰富的动力学,揭示了该模型在实际生活中是非常有用的.     

局部加密的正弦波纹微通道强化传热的数值研究

文中提出了一种局部加密的新型正弦波纹微通道,采用数值模拟的方法研究局部加密位置(上游、中部、下游)对波纹微通道流动换热性能的影响.结果表明,较矩形直通道,波纹微通道的传热性能显著提高,底面最大温差大幅降低.这主要归结于波纹形状的弯曲壁面使流体产生扰动,促进了流体混合;波纹微通道增加了对流换热面积,增强了对流换热效果.局...     

一种强化换热流道的传热特性及流体扩散性分析

以一种正交波纹流道为研究对象,应用CFD软件Fluent对其在低雷诺数下的特性进行了数值研究,并对数值结果进行了实验验证.研究表明,流体在较小的流速下,获得较好的传热效果.受流道的影响和流体黏性力的作用,随流体在流道中几何位置变化,流线间的相对位置与速度大小分布变化明显,在截面上形成了比较明显的二次流.流体受到了较大程度的拉伸与折叠作用,横截面内具有较大的横向速度分量且变化明显,流体在不同的几何位置处速度的大小与方向各不相同,不同位置处的流体质点受到不同的拉伸与折叠强度,形成复杂三维速度场,流道内形成较强的对流,增大了流体间的混合与传热.所得结论与研究方法可以为低雷诺数下流道内的传热、混合强化机理分析与结构优化提供参考.     

非均匀加宽激光器斑图动力学研究

针对非均匀加宽激光器系统的时空动力学行为进行研究和分析.借鉴考虑横向效应的均匀加宽激光器时空动力学系统的研究方法,通过数值模拟得到了横向效应影响下的非均匀加宽激光器的时空斑图,并结合各参数影响进行了讨论,为进一步的实现混沌控制提供了理论基础.     

利用FY-3C气象卫星GNSS掩星估计全球重力波变化与分析

大气重力波是地球大气层中广泛存在的重要大气动力学扰动,研究其分布和变化规律对理解大气物理、大气结构以及大气动力学等具有重要意义.传统大气重力波探测手段,如雷达和探空气球等,均存在探测时间短、有效探测高度低等缺点,全球卫星导航系统(GNSS)掩星观测具有全天候、低成本、高精度等优点,被广泛应用于地球大气探测和研究,为研究区域或全球重力波变化和活动特征提供了新的观测手段.本文利用中国第一颗搭载GNSS掩星设备气象卫星——风云3C(FY-3C)获得的掩星数据,反演得到2014年8月—2016年12月大气温度轮廓线,并首次估计重力波参数分布,分析了重力波参数的时空变化分布特征.结果表明,海陆季节性对流导致冬夏两季的重力波势能强于春秋两季,赤道对流作用导致赤道区域重力波强于两极,夏季南半球中低纬度地区重力波活动频繁,冬季北半球中低纬度区域重力波活动频繁.重力波随着高度的上升,势能逐渐下降.另外,地形是低层大气重力波的主要来源.     

Characters of surface deformation and surface wave in thermal capillary convection

In the field of fluid mechanics, free surface phenomena is one of the most important physical processes. In the present research work, the surface deformation and surface wave caused by temperature difference of sidewalls in a rectangular cavity have been investigated. The horizontal cross-section of the container is 52 mm×42 mm, and there is a silicon oil layer of height 3.5 mm in the experimental cavity. Temperature differ- ence between the two side walls of the cavity is increased gradually, and the flow on the liquid layer will develop from stable convection to un-stable convection. An optical diag- nostic system consisting of a modified Michelson interferometer and image processor has been developed for study of the surface deformation and surface wave of thermal capillary convection. The Fourier transformation method is used to interferometer fringe analysis. The quantitative results of surface deformation and surface wave have been calculated from a serial of the interference fringe patterns. The characters of surface deformation and surface wave have been obtained. They are related with temperature gradient and surface tension. Surface deformation is fluctuant with time, which shows the character of surface wave. The cycle period of the wave is 4.8 s, and the amplitudes are from 0 to 0.55 μm. The phase of the wave near the cool side of the cavity is opposite and correlative to that near the hot side. The present experiment proves that the surface wave of thermal capillary convection exists on liquid free surface, and it is wrapped in surface deformation.     

Theoretical investigations on heat transfer to H_2O/CO_2 mixtures in supercritical region

The supercritical H_2O/CO_2 mixture is the working fluid to drive a turbine in a novel power generation system with coal gasified in supercritical water. This system is promising because of zero pollution emission in contrast to the conventional coal-fired power plant. Heat transfer coefficients of the supercritical H_2O/CO_2 mixtures are important to design heat transfer devices in this system, which is similar to the role of heat transfer to supercritical water in conventional systems. However, heat transfer to supercritical mixtures has received less attention. Here, we show that the supercritical mixtures with H_2O being one of the components, have similar convection heat transfer behavior to supercritical pure fluids for temperatures and pressures above the critical point of H_2O. This phenomenon was demonstrated from two aspects. Firstly, the forced convection heat transfer coefficients of supercritical mixtures were numerically calculated using the simulation model for supercritical pure fluids and using the thermophysical properties(density, heat capacity, thermal conductivity and viscosity) of supercritical mixtures as input.The calculated results agree well with experimental data in the supercritical region. Secondly, the calculated results also agree well with the correlations for supercritical pure fluids. The mechanisms were investigated by molecular dynamics simulations on the diffusion of supercritical mixtures. These results lay the foundation for predicting convection heat transfer coefficients of supercritical mixtures and for designing heat transfer devices with supercritical mixtures as heat transfer fluids.     

流体临界状态的热力学性质及临界性质的计算

从热力学角度分析了超临界流体的临界状态性质,分别介绍了纯流体及混合流体临界性质计算的常用方法,还从临界条件出发,推导出了适合二元物系的计算临界性质的严格算法,并对实际体系进行了计算, 取得了较好的效果。     

溶质挥发性对稀溶液沸点的影响

利用二元理想液态混合物性质及安托因方程推导了稀溶液泡点随挥发性溶质浓度变化的关系,并借助苯-甲苯、正己烷-环己烷体系相图数据计算溶质的饱和蒸气压,与安托因方法得到的结果符合良好;将此关系推至真实溶液中,可以计算亨利常数与无限稀释的活度系数.本文对多个溶液体系进行了计算,计算结果与文献数据较为符合.     

糖醇及二元共晶混合物储释热特性的非等温测试

对可用于中低温相变储热的糖醇及二元共晶混合物的储释热特性进行非等温测试.选取熔点为90~200℃时的4种常见且价格低廉的糖醇（木糖醇、d-山梨糖醇、内消旋-赤藓糖醇和d-半乳糖醇）为候选对象,制备相应的6种两两组合的二元共晶糖醇.采用差示扫描量热仪,对糖醇及二元共晶混合物的相变温度和相变焓进行测试.结果表明,木糖醇、d-山梨糖醇以及含两者其中之一的5种二元共晶糖醇在熔化之后重新冷却的过程中不能结晶,形成过冷液态;唯一1种能够重新结晶的二元共晶糖醇（95mol%内消旋-赤藓糖醇/5mol% d-半乳糖醇）的结晶现象并非出现在冷却过程中,而是在再次升温过程中发生冷结晶.虽然内消旋-赤藓糖醇和d-半乳糖醇的重结晶性能较好,但存在较严重的过冷现象;当冷却速率为5℃/min时,两者的过冷度分别高达101.9和70.4℃.上述糖醇及二元共晶混合物虽然具有可观的储热密度,但在结晶过程中均存在各自的问题,须在实际应用中予以解决.     

分层环境中异重流运动问题的直接数值模拟

为了研究线性分层环境下的开闸式异重流运动过程的问题,采用改进的高精度直接数值模拟（DNS）模型,在正交坐标系下,以DNS为基本求解器,实现物质运输方程和Navier-Stokes方程同步求解.采用距离函数平滑初始状态的不连续运输方程,利用具有六阶精度的迎风紧致差分格式（UCCD）改进原模型,更准确地求解物质输运方程.通过求解一维对流方程和入侵重力流的模拟结果验证了模型的可靠性.开展泥沙异重流与线性分层环境掺混过程的研究,并获得了高精度数值结果,可以更好地捕捉中间入侵的异重流产生的内波效果.结果表明：该模型不仅可以准确模拟入侵异重流卷吸分层环境水体的过程,还可以准确模拟头部运动位置、异重流卷吸沉降以及能量转换等问题.     

超临界二氧化碳-烷烃体系相平衡和界面张力的研究进展

超临界二氧化碳(SC-CO2)和烷烃体系的相平衡和界面张力是石油、化工及环境保护等诸多领域中的基础数据。对SC-CO2-烷烃二元体系的相平衡和界面张力的实验测定和理论模型方面的研究进展进行了综述,并分析了同时适用于SC-CO2-烷烃体系的本体和界面性质研究的自洽模型的发展方向。     

螺旋折流板换热器的开发与研究(Ⅰ)——高粘度流体下的中试研究

在高粘度流体下对新型的螺旋折流板换热器和普通的垂直折流板换热器进行了对比实验研究,并对实验数据进行了关联,得到了螺旋折流板换热器壳程对流传热系数的近似计算模型。实验结果表明,对高粘度油品,相同流量下单位压降的壳程对流传热系数,螺旋折流板约为普通折流板的１．５倍,显示螺旋折流板换热器不仅适用于低粘度流体,也可用于高粘度流体,具有广阔的开发应用前景。     

二维空腔自然对流问题的混合有限分析解

本文应用混合有限分析法给出了求解二维自然对流问题的计算格式。由于这一格式具有局部解析的性质,对于大梯度流动可以很好地模拟,因而计算二维空腔自然对流问题极为有效。实际计算表明,本文给出的计算方法适用于高R_0数下的二维自然对流问题的数值研究。     

双元工质在喷射制冷系统中的理论研究

通过对喷射制冷系统中应用双元非共沸混合工质的可行性分析,利用PR方程对两组工质(R11/R142b,R11/R152a)进行热力循环计算及结果分析,证明了双元工质在喷冷系统中实施低温蒸发可提高制冷效率这一论点.