高雷诺数下错列双圆柱气动干扰的机理研究

为了进一步澄清小间距错列双圆柱的气动干扰机理,该文采用大涡模拟方法,在高雷诺数下（Re=1.4×10⁵）,研究了间距为2倍圆柱直径的错列双圆柱的气动性能和流场特性随风攻角的变化规律,分析了两个圆柱气动力系数相关性,探讨了下游圆柱气动力与流场结构的内在联系,对下游圆柱平均升力的流场机理提出了新的解释。研究表明,大涡模拟得到的结果与风洞试验值吻合良好;下游圆柱的气动性能、流场结构和两个圆柱气动力相关性均会随风攻角发生剧烈变化;风攻角在0°~10°时,下游圆柱受平均负阻力作用,其原因分别为两圆柱间的回流区和间隙流;风攻角在10°附近时,下游圆柱受很大平均升力作用,风压停滞点偏移、两圆柱间高速间隙流、下游圆柱间隙侧剪切层的提前分离和再附是平均升力出现的三个因素。     

基于完全笛卡尔坐标的多体系统微分-代数方程符号线性化方法

多体系统动力学方程分为两类形式,即微分方程和微分-代数方程.这两类方程都是针对大位移系统,并且方程呈强非线性.为研究多体系统小位移或振动问题,从多体系统动力学方程出发,讨论微分-代数方程线性化计算机代数问题.利用完全笛卡尔坐标描述多刚体系统,建立多刚体系统动力学微分-代数方程.利用逐步线性化方法和计算机代数,分别对多体系统微分-代数方程的广义质量阵,约束方程和广义力阵在平衡位置附近进行Taylor展开.给出一种基于完全笛卡尔坐标的多体系统动力学微分-代数方程符号线性化方法.最后通过两个算例验证该方法的有效性.     

仿生平面三角形单元积分声场的波函数构造

波叠加法在求解声源外部辐射声场时,需要对所有离散单元进行数值积分计算导致计算效率较低,而等效源法由于过度简化单元始终存在较大的积分近似误差.针对以上缺陷,利用Helmholtz方程在球坐标系下的解构造了一种与单元积分等效且无需积分的波函数.受仿生复合材料三角形缝合结构启发,以适用范围最广的平面三角形单元为例,构造了波函数的一般形式和内推形式.最后,通过数值仿真对比了两种波函数与直接积分的计算声场的精度和效率.结果表明,两种波函数与直接积分的计算误差低于0.5%,且内推波函数的计算效率约为直接积分的6倍.     

石墨烯及石墨烯/金属层状复合材料辐照损伤性能进展

随着航天器、核动力船舶、核聚变发电等领域的不断发展,不仅要求材料拥有优异的性能,还要求材料在极端条件下(辐照、高温等)仍满足正常工作。那么如何保证材料在长时间辐照条件下的使用寿命？设计和制备抗辐照性能强的金属复合材料已成为国防领域和核聚变发电的热点问题,此外,金属及其复合材料在辐照条件下的结构演化、性能变化及内在机理也是设计、制备抗辐照材料的关键所在。石墨烯具有优异的抗辐照能力,将石墨烯加入金属中又将会产生什么新变化呢？本文综述了离子辐照技术在石墨烯/金属复合材料及石墨烯的裁剪、修饰改性、结构设计及产业功能化等方面的研究进展。进一步理解石墨烯/金属复合材料辐照后的机理,为石墨烯/金属复合材料在核工业的应用提供理论依据。     

齿轮传动系统动载荷非稳态弹流润滑研究

综合考虑实际齿轮传动中系统振动引起的动载荷，卷吸速度和曲率半径随时间和坐标的变化等非稳态效应，沿整个啮合线进行了直齿轮传动弹流润滑完全数值计算与分析，指出了研究齿轮传动弹流润滑时应考虑动载荷的影响。     

湍流流动计算在管道式离心泵性能预测中的应用

本文在双参考系下,选用标准κ-ε湍流模式,利用有限控制体积法对雷诺平均Navier-Stokes方程进行数值离散,采用Simple方法求解,对实际的管道式离心泵产品在不同工况下进行了三维粘性数值模拟。根据数值模拟的结果,分别分析了泵吸水管、叶轮和涡壳内的压力分布和速度分布,计算了泵的扬程、轴功率和效率,并与试验进行了对比,验证了计算方法的可行性。本文的工作对离心泵性能预测和优化设计具有重要意义。     

疏水纳米SiO2抑制黏土膨胀机理

纳米减阻技术是针对高压欠注问题研发的一项有效新技术,其减阻机理尚不十分明确。疏水纳米材料抑制黏土的膨胀是纳米减阻机理之一。采用一种适用于疏水纳米粉体防膨率的测试方法,测试了多种疏水纳米SiO₂对黏土的防膨率。采用吸附实验和扫描电子显微镜（SEM）研究了纳米颗粒在岩心表面的吸附特征。防膨实验结果显示,所测疏水纳米SiO₂大多具有一定的防膨作用,但防膨效果差异较大。纳米SiO₂的表面修饰剂以及纳米粉体与黏土的比值(纳土比)对防膨效果有较大的影响,合适的纳土比和表面修饰材料可达到较好的防膨效果。HNP2在纳土比为1∶25时,防膨率为46.9%,而HNP4在纳土比为1∶25时,防膨率却为-25.8%。SEM照片显示,疏水纳米SiO₂通过吸附作用在岩心表面形成了纳米颗粒层,使岩心表面具有了强疏水特性,接触角达到138.3°。研究表明,疏水纳米SiO₂通过在黏土矿物表面吸附,形成具有强疏水特性的隔离层,起到隔离水分子与黏土矿物的作用,从而产生了防膨效果,这与一般黏土稳定剂的防膨机理有所不同。     

非线性桩基的动力响应分析

假定桩基材料服从一种3次非线性本构关系,同时桩被置于弹性基础上,基于Timoshenko梁的修正理论和广义Hamilton变分原理,建立了非线性弹性桩基动力学行为分析的数学模型,该模型包括了3个位移和2个转动.作为该数学模型的应用,在空间上采用中心差分格式,在时间上采用向后差分格式,计算和分析了非线性弹性桩基受轴力作用时的轴向运动和非线性桩基的平面耦合运动,得到了数值解,考察了非线性弹性性质对结构动力学响应的影响.     

基于径向基函数的局部边界积分方程方法

将基于径向基函数构造的具有插值特性的逼近函数应用于弹性力学问题的局部边界积分方程,推导出相应离散方程的计算公式,建立基于径向基函数的局部边界积分方程方法。与原有的局部边界积分方程方法相比,该方法不需要虚拟节点变量,而是采用节点变量的真实解作为基本未知量,是局部边界积分方程无网格法的直接解法。由于形函数及其导数的构造相对简单,并且满足Delta函数性质,故该方法具有计算量小、精度高,可以像有限元法一样直接施加边界条件等优点。算例证明了该方法的有效性。     

多能源站协同运行管网水力与热力模型及计算

该文改进传统管网水力模型,给出以节点压力表示的回路压力守恒方程,使水力模型只存在节点压力与节点位置信息,减少了模型求解的计算量。同时,结合管道热力传输方程以及两种类型节点温度平衡方程建立了管网热力模型。根据建立的水力模型和热力模型,设计了一款管网仿真计算软件,对一个规则的管网算例进行水力和热力参数计算,并搭建相应的实验装置对计算结果进行实验验证。结果表明,对比实验结果与仿真结果,水力参数的误差均不超过5%,从而验证了模型的正确性。最后在此基础上,对上海某区域实际的供能管网进行了设计工况下水力与热力的计算分析。