贴体坐标系下复杂形体介质内辐射传递研究

为了解决复杂几何形体介质辐射传递的求解问题，推导了贴体坐标系下有限体积法的计算公式，编制了计算程序，并与射线踪迹法、离散坐标法及其他方法进行了比较，结果表明，该方法计算结果准确．以椭圆柱腔体内辐射传递为例，研究了衰减系数对温度场的影响，衰减系数较小时，随衰减系数的增加，对温度场的影响也增加；考察了各向同性散射及各向异性散射条件下，反照率等对壁面热流的影响，对于各向异性散射，衰减系数较大时，反照率对于壁面热流的影响较大．     

二维金属凹槽填充各向异性介质时散射的边界元方法:TE情形

由各向异性介质无界空间Green函数和Green恒等式出发，推导了TE波入射时二维任意截面金属凹槽填充各向异性介质时所满足的边界积分方程，并用边界元法和广义网络原理计算了金属凹槽填充各向异性介质时的散射。用文中方法退化计算了凹槽填充各向同性介质时的散射，计算结果与解析结果一致。并给出了凹槽填充各向异性介质时的散射算例。     

含向向异性散射粒子的平板状半透明介质层发射特性

用蒙特卡罗法研究了含粒子平板状半透明等温介质层的发射特性。在辐射能传递的模拟计算中,考虑了半透明表面的折射和镜反射作用及稀相粒子系统的各向异性散射效应。给出了介质层温度,介质折射率和粒子直径不同时的介质层半球发射率和方向发射率分布,并通过分析粒子直径和介质折射率对粒子系衰减系数及反照率的影响解释了介质层半球和方向发射率随粒子直径和介质折射率的变化规律。     

含各向异性散射粒子的平板状半透明介质层发射特性

用蒙特卡罗（Monte－Carlo）法研究了含粒子平板状半透明等温介质层的发射特性．在辐射能传递的模拟计算中,考虑了半透明表面的折射和镜反射作用及稀相粒子系的各向异性散射效应．给出了介质层温度、介质折射率和粒子直径不同时的介质层半球发射率和方向发射率分布,并通过分析粒子直径和介质折射率对粒子系衰减系数及反照率的影响解释了介质层半球和方向发射率随粒子直径和介质折射率的变化规律．     

地下二维各向异性圆柱目标近场计算的FDTD方法

利用时域有限差分法(Finite Difference Time Domain, FDTD)研究了地下二维各向异性介质目标的散射特性。首先,总体模型采用经典的半空间总场/散射场模型,吸收边界采用各向异性完全匹配层(Uniaxial Perfectly Matched Layer, UPML);其次,入射源使用高斯脉冲,并通过一维FDTD法添加到时域迭代方程中;最后分别计算了地下二维电各向异性介质和地下二维磁各向异性介质的散射,给出了目标尺寸,土壤电参数对目标散射场的影响。通过与仿真软件FEKO的对比和模型误差分析,验证了算法和程序的可靠性。     

各向异性介质涂覆曲面导体目标的散射

由于各向异性介质电磁参数为张量形式,使得各向异性介质涂覆导体目标的电磁散射建模和精确计算相当复杂和困难.引入高阶张量阻抗边界条件,可以大大简化建模过程,提高计算效率.论文针对各向异性介质涂覆曲面导体目标,采用基于平面近似的高阶张量阻抗边界条件,将一维二阶张量阻抗边界条件应用于柱面涂覆目标,二维二阶张量阻抗边界条件应用于三维曲面涂覆目标上,建立二者的高阶张量阻抗边界条件解.设计算例仿真,并与精确解/矩量法解比较.通过仿真,研究了各向异性介质涂覆目标电尺寸、涂覆厚度以及目标形状对高阶张量阻抗边界条件解的精度的影响.     

高温介质短管耦合换热中的热流分布与辐射作用

通过数值模拟短管内常物性高温介质的辐射与对流耦合换热，研究了壁面热流及介质内的热流分布特征，考察了介质辐射作用对热流分布的影响，管内流动为层流正在发展流，介质为吸收发射性灰介质，换热与流动同时发展，采用离散坐标法求解圆柱坐标系下的辐射传递方程，以获得辐射换热项，并将该项作为耦合换热能量方程的源项处理，采用控制容积法离散能量方程和N－S方程，并用SIMPLEC算法进行失代求解，结果表明，高温介质辐射不仅对壁面热流和局面努谢尔数分布有重要影响，而且使介质内径向热流分布发生较大改变。     

离散坐标法及其在加热炉中的应用

阐述了含吸收散射性介质三维空腔内辐射传递方程的离散坐标解法.讨论了假散射和射线效应对解精度的影响.对三维矩形炉膛内辐射传递过程进行了数值模拟,并与区域法进行了比较.结果表明,离散坐标法具有较好的精度,是辐射传递过程数值模拟的一种较好的方法,并将它应用于加热炉中钢坯的加热,得到了较好的结果.     

短脉冲激光在散射性介质中传输的时域有限元分析

从瞬态辐射传输方程出发,利用最小二乘变分原理,发展了基于离散坐标形式辐射传输方程的最小二乘有限元方法,并将其用于模拟短脉冲激光在二维散射性介质中的瞬态传输现象。首先简要介绍了求解瞬态辐射传输方程的最小二乘有限元公式,然后以脉冲激光在生物介质中的应用为背景,考察了脉冲激光入射二维非均匀散射性介质的情况,调查了不同位置处时域信号的演化规律,为短脉冲激光在生物医学领域中的应用研究提供了有价值的参考数据。结果表明：对于局部短脉冲入射条件下的非均匀散射性介质,早期的时域反射信号能够较多地反映出介质光学属性分布信息,而距离入射光源较远的测量位置,由于辐射信号经过了较长时间的衰减,所包含的介质光学属性分布信息较少。     

漫反射下多层参与性介质内的耦合换热

用控制容积法结合射线踪迹法研究了辐射与对流边界条件下,三层参与性介质复合层内的瞬态耦合换热,吸收、发射性复合层的两侧表面及内部各层间的交界面均为半透明漫反射,采用射线踪迹法建立了一层和二层辐射传递模型;通过跟踪辐射能量,导出三层参与性介质内的辐射传递系数,将辐射源项用辐射传递系数表示,应用Aatankar方法将辐射源项式线性化,采用三对角阵算法求解线性化方程组即可得瞬态温度场,考察了对流换热系数、吸收系数对三层复合层瞬态耦合换热的影响。     

自然对流对界面形貌、流场和温度场的影响

为了探究固液界面形貌、界面附近流场和温度场与自然对流强度的关系,设计了实验装置,用物理模拟和数值模拟的方法,研究了自然对流强度对透明有机材料固液界面的形貌、界面附近流体速度和温度分布的影响.结果表明,自然对流使固液界面发生弯曲,界面呈不对称形状;靠近固液界面的液体以边界层的方式流动;Rayleigh数较小时,界面附近的液体温度呈线性降低;Rayleigh数较大时,远离界面的液体温度几乎是均匀的,界面处液体温度迅速降低.可见,自然对流强度是影响固液界面形貌、界面附近液体速度和温度分布的重要因素.     

基于LTNE的二维饱和多孔介质平板热流固完全耦合数值分析

针对目前多孔介质热流固耦合数学模型多为不完全耦合模型,且物理模型多为一维或一维轴对称模型的现状,对二维饱和多孔介质平板热流固完全耦合问题进行数学建模和数值分析.采用强耦合方式实现热流固3个物理场的完全耦合.在平板左侧施加30℃流体和固体温度边界条件及固定位移边界条件,平板其他边界温度场和位移场假设为自然边界条件,平板四周加载0Pa的孔隙压力边界条件.利用COMSOL Multiphysics有限元分析软件的偏微分方程（PDEs）模式实现上述完全耦合模型的求解,得到渗流场、应变场以及双温度场的数值解.数值结果表明,随时间增加,流体和固体温度、应变及孔隙压力沿x轴方向传递,同时发现x轴方向应变远大于y轴方向应变.此外,随时间增加,y轴方向应变和孔隙压力最大值逐渐减小.研究建立的数学模型和数值解有助于深入认识二维饱和多孔介质热流固完全耦合力学行为.     

Characteristics of unsteady flow in porous media while considering threshold pressure gradient with Green's function

The flow behavior in porous media with threshold pressure gradient(TPG) is more complex than Darcy flow and the equations of motion, and outer boundary and inner boundary with TPG are also different from Darcy flow for unsteady flow of a producing well in a reservoir. An analytic method to solve this kind of problem is in a need of reestablishment. The classical method of Green's function and Newman product principle in a new way are used to solve the unsteady state flow problems of various shapes of well and reservoir while considering the TPG. Four Green's functions of point, line, band and circle while considering the TPG are achieved. Then, two well models of vertical well and horizontal well are built and simultaneously the function to calculate the moving boundary of each well model is provided. The results show that when considering TPG the pressure field is much different, which has a sudden pressure change, with a moving boundary in it. And the moving boundary of each well model increases with time but slows down rapidly, especially when the TGP is large.     

CFD prediction of physical field for multi-air channel pulverized coal burner in rotary kiln

A 3-D numerical simulation with CFX software on physical field of multi-air channel coal burner in rotary kiln was carried out. The effects of various operational and structural parameters on flame feature and temperature distribution were investigated. A thermal measurement was conducted on a rotary kiln （4.5 m in diameter, 90 m in length） with four-air channel coal burner to determine the boundary conditions and to verify the simulation results. The calculation result shows that the distribution of velocity near burner exit is saddle-like; recirculation zones near nozzle and wall are useful for mixture primary air with coal and high temperature fume. A little central airflow can avoid coal backing up and cool nozzle. Adjusting the ratio of internal airflow to outer airflow is an effective and major means to regulate flame and temperature distribution in sintering region. Large whirlcone angle can intensify disturbution range at flame root to accelerate ignition and mixture. Large coal size can reduce high temperature region and result in coal combusting insufficiently. Too much combustion air will lengthen flame and increase heat loss.     

颗粒流的动力学模型在催化裂化中的应用(Ⅱ)--催化剂的流动特征及产品浓度沿程分布

运用已经建立的催化裂化反应的数学模型和模型边界条件及求解方法,结合炼油厂工业提升管的实际操作参数,模拟预测了催化裂化提升管反应器内催化剂颗粒的流场特征和原料油反应产物的浓度及气粒两相平均温度的沿程分布特征。模拟结果表明,由于原料油射流的影响,提升管反应器内催化剂颗粒的流动特征非常复杂,在喷嘴附近的催化剂颗粒存在明显的滑落返混;裂化产物浓度沿提升管存在非均匀分布;气粒两相间温差在喷嘴附近显著,在中上部气粒两相温度几乎相等     

基于FLUENT对惰性多孔介质中湍流预混燃烧的模拟

采用了多孔介质气固间局部热平衡假定,建立了二维的多孔介质中湍流燃烧模型.通过用户自定义函数在FLUENT6.1的多孔介质模型中引入湍流和辐射的作用,对多孔介质中甲烷-空气预混燃烧的特性进行了数值模拟.得到的多孔介质中的计算流场更加合理,流速均匀且消除了多孔区近壁面速度高而中心低的不合理速度场.计算结果显示多孔介质中温度分布均匀,壁面温度和中心温度相差很小,比FLUENT软件不考虑多孔介质辐射的结果更加合理.通过计算甲烷-空气的两步反应,得到了多孔介质中速度场、温度场和浓度场的分布理论预示结果,并与试验结果进行了比较,发现二者趋势一致.利用FLUENT软件求解多孔介质中燃烧问题是有效的,该二维惰性多孔介质燃烧模型是合理的.     

Temperature distribution in front of the liquid-solid interface in the undercooled pure melt influenced by a transverse far field flow

The directional solidification in the undercooled pure melt influenced by a transverse far field flow was studied by using the multiple scale method. The result shows that in the boundary layer near the liquid-solid interface, when affected by a transverse far field flow, the temperature distribution in the direction of crystal growth presents an oscillatory and decay front in the side of liq- uid phase. The crucial distinguishing feature of a temperature pattern due to the transverse convection is the additional periodic modulation of the pattern in the growth direction. The wave number and eigenvalue that satisfy the Mullins-Sekerka dispersion rela- tion are suppressed by the transverse far field flow.     

耗散粒子动力学的一种新的固体壁面边界条件

由于耗散粒子动力学（DPD）粒子间是软势作用,很难施加无滑移的固体壁面边界,为此提出一种新的固体壁面边界条件,该方法是通过给壁面粒子赋予相对流体粒子的虚拟速度,但壁面粒子不能移动,虚拟速度用于计算壁面粒子对流体粒子的耗散力,进而增大流体粒子的耗散阻力,实现壁面无滑移条件.利用新的边界模型模拟了微通道内的Poiseuille流动,得到的微通道内的速度分布曲线表明,该模型实现了壁面无滑移条件;得到的密度和温度分布曲线显示,壁面附近密度波动很小,但当壁面粒子密度大于8.0时,壁面附近流体粒子密度波动较大.模拟结果与Navier-Stokes方程理论解吻合很好,进一步验证了新边界的可行性和DPD程序的正确性.     

LiTaO3晶体同步辐射白光形貌术的完整性研究

钽酸锂晶体（LiTaO3）是一种典型的非化学计量比晶体，通常使用的同成分LiTaO3的n(Li)：n(Ta)约为48．6：513，从同成分熔体中提拉生长同成分LiTaO3，采用同步辐射白光形貌术对同成分LiTaO3的完整性进行分析，结果表明：同成分LiTaO3中存在较多的小角晶界，讨论了小角晶界在晶体中的分布，分析了其形成原因和改进方法；同时采用同步辐射白光形貌术进一步观察到同成分LiTaO3中组分不均匀，采用DTA（差热分析法)分析组分不均匀区域，结果显示组分不均匀区域的Curie（居里)温度不同，这表明晶体中Li^ 分布不均匀。     

体心立方Fe—17Cr合金晶界的原子探针分析

通过原子探针（AP）对体心立方Fe-17Cr合金的深度分析,在原子尺度上获得紧靠晶界40nm区域内Cr元素的分布。结果表明敏化Fe-17Cr合金在该区域存在贫Cr区,证实了Fe-Cr合金晶间腐蚀的贫Cr理论。在距晶界约30nm内,出现比较平稳的Cr分布平台,并且Cr浓度低于相同Cr含量的敏化Fe-Cr-Ni合金Cr浓度。