检索结果-南通市图书馆

力学与实践 2022年第6期44卷 1470-1475页

作者：徐升华周宏伟中国科学院力学研究所微重力重点实验室北京100190

本文结合日常生活和工业应用等方面的例子,介绍了与胶体聚集过程和胶体晶体等相关的复杂流体研究的科学意义和应用价值,分析了开展相关微重力研究的必要性,并介绍了国际上相关微重力研究内容,以及我国空间站即将开展的有关研究。

关键词：胶体聚集胶体晶体微重力

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气相爆轰驱动二级轻气炮内弹道数值模拟

力学学报 2022年第3期54卷 810-821页

作者：尚甲豪邢好运汪球李进平赵伟魏炳忱中国科学院力学研究所高温气体动力学国家重点实验室北京100190 中国科学院大学工程科学学院北京100049 中国科学院力学研究所国家微重力实验室北京100190

二级轻气炮是超高速弹丸驱动技术中使用最广泛的技术之一,它在超高速气动物理现象及材料高速碰撞下力学性能的实验研究和验证方面起着不可或缺的作用.中国科学院力学研究所基于爆轰驱动方法研制了一座大型二级轻气炮,可弥补高压气体驱... 详细信息

二级轻气炮是超高速弹丸驱动技术中使用最广泛的技术之一,它在超高速气动物理现象及材料高速碰撞下力学性能的实验研究和验证方面起着不可或缺的作用.中国科学院力学研究所基于爆轰驱动方法研制了一座大型二级轻气炮,可弥补高压气体驱动能力有限和火药使用受限的不足.本文基于经过实验验证的准一维数值模拟方法,详细研究了该设备的内弹道动力学参数及发射性能,并探讨了不同发射方法及装填参数对设备性能的影响规律和机理.研究结果表明,氢氧爆轰驱动相比于高压气体驱动具有明显优势;不同爆轰驱动方式对弹丸发射性能影响较小,但其影响到整个设备的强度设计;对装填运行参数的研究表明增大爆轰段充气压力可以有效加强轻气炮发射性能,而活塞质量变化对发射速度的影响较为复杂,轻气炮实际运行中受设备设计指标及模型材料性能的限制,优化过程中需要同时调整3种参数以达到轻气炮最佳性能.

关键词：爆轰驱动轻气炮数值模拟发射性能内弹道

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激光驱动液滴迁移的机理研究

力学学报 2022年第2期54卷 316-325页

作者：叶致君段俐康琦中国科学院力学研究所微重力实验室北京100190 中国科学院大学工程科学学院北京100049

液滴热毛细迁移是微重力流体科学中的典型科学问题,微重力液滴动力学研究不仅具有流体力学的理论意义,而且具有重要的实际应用价值.建立了二维轴对称激光驱动液滴迁移模型,通过仿真计算研究微重力环境下激光驱动液滴迁移的过程,研究了... 详细信息

液滴热毛细迁移是微重力流体科学中的典型科学问题,微重力液滴动力学研究不仅具有流体力学的理论意义,而且具有重要的实际应用价值.建立了二维轴对称激光驱动液滴迁移模型,通过仿真计算研究微重力环境下激光驱动液滴迁移的过程,研究了液滴直径、母液参数等对液滴迁移速度及行为的影响.首先研究了母液和液滴对激光系数均较小,液滴初始位置不同时液滴的迁移行为;然后研究了母液对激光吸收系数较小,液滴对激光吸收系数较大时,不同液滴直径与母液宽度比条件下液滴的迁移行为.仿真结果表明:当母液和液滴对激光的吸收系数都很小时,液滴迁移的方向主要受到液滴初始位置的影响;当母液对激光的吸收系数较小,液滴对激光的吸收系数较大时,液滴会朝激光方向迁移,液滴初始位置对迁移方向影响较小,但液滴直径与母液宽度之比会影响液滴迁移行为.将模拟结果与YGB理论对比,仿真结果与理论结果趋势一致.研究激光驱动液滴迁移的物理机制,探索界面张力作用机理,得到激光驱动液滴迁移的规律,探索对液滴的驱动控制方法.

关键词：激光驱动液滴热毛细迁移微重力

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大尺寸液桥热毛细对流失稳性地面实验研究

力学学报 2015年第4期47卷 580-586页

作者：王佳吴笛段俐康琦中国科学院力学研究所国家微重力实验室北京100190

开展大尺寸液桥浮力-热毛细对流地面实验,探究流场转捩的临界条件及临界状态附近的流动情况.通过粒子图像测速方法 (PIV)获得流体速度场,研究液桥内部定常和转捩后的流场结构以及流体运动规律;并用红外热像仪测量液桥自由面温度分布,研... 详细信息

开展大尺寸液桥浮力-热毛细对流地面实验,探究流场转捩的临界条件及临界状态附近的流动情况.通过粒子图像测速方法 (PIV)获得流体速度场,研究液桥内部定常和转捩后的流场结构以及流体运动规律;并用红外热像仪测量液桥自由面温度分布,研究流体流动的时空演化和温度振荡.实验发现大尺寸半浮区液桥浮力-热毛细对流临界值与几何参数有关,在大普朗特(Prandtl)数情况下,流场存在由稳定态向不稳定态再到混沌的转捩过程,在临界马兰哥尼(Marangoni)数附近,流场内会出现行波现象,流动模式也会随高径比的变化而发生变化;当继续增大马兰哥尼数,流动会进入混沌状态.

关键词：浮力-热毛细对流大尺寸液桥流动模式热流体波转捩

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带电微粒在滤膜附近的定向运动

物理学报 2023年第3期72卷 338-346页

作者：周宏伟欧阳文泽徐升华中国科学院力学研究所微重力重点实验室北京100190 中国科学院大学工程科学学院北京100049

滤膜在过滤和分离领域具有非常广泛的使用,但滤膜对溶液中的组分具有吸引或排斥作用,导致粒子产生定向运动,进而在膜附近产生粒子富集或“粒子禁区”等截然不同的效应,目前对此认识尚不清楚,粒子浓度分布不能实时准确测量是其中最大的困... 详细信息

滤膜在过滤和分离领域具有非常广泛的使用,但滤膜对溶液中的组分具有吸引或排斥作用,导致粒子产生定向运动,进而在膜附近产生粒子富集或“粒子禁区”等截然不同的效应,目前对此认识尚不清楚,粒子浓度分布不能实时准确测量是其中最大的困难.本文以表面带负电荷的胶体粒子为模型物质,利用胶体粒子结晶后粒子浓度可以实时原位测量的优势,研究了纤维素滤膜对粒子运动行为的影响规律.研究结果发现带电微粒会自发地在滤膜表面产生富集,滤膜中微量阴阳离子释放导致的扩散泳效应是微粒朝向滤膜产生定向运动的主要原因,基于扩散泳和粒子扩散两种机制构建了粒子运动方程和模型,数值计算结果和实验结果定性一致.此外,粒子除了朝向滤膜的纵向运动之外,壁面电渗流和横向扩散还会使粒子朝向壁面产生迁移,导致管壁粒子数的增多.

关键词：带电微粒滤膜扩散泳定向运动

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矩形液池热毛细对流转捩途径研究

力学学报 2015年第3期47卷 422-429页

作者：姜欢段俐康琦中国科学院力学研究所国家微重力实验室北京100190

主要研究矩形液池热毛细对流的分岔转捩.通过测量流体内部温度振荡情况,详细研究了热毛细对流的转捩过程和转捩途径.实验发现,矩形液池热毛细对流的转捩过程依次经历了定常、规则振荡、不规则振荡的阶段.对于不同普朗特数的硅油在不同... 详细信息

主要研究矩形液池热毛细对流的分岔转捩.通过测量流体内部温度振荡情况,详细研究了热毛细对流的转捩过程和转捩途径.实验发现,矩形液池热毛细对流的转捩过程依次经历了定常、规则振荡、不规则振荡的阶段.对于不同普朗特数的硅油在不同长高比情况下,通向混沌的途径不同.在转捩过程中,随着温差的增加,普朗特数在16(1cSt)以下和普朗特数为25(1.5cSt)、长高比为26的硅油热毛细对流主要以准周期分岔的转捩方式为主;而普朗特数为25以上的则以倍周期分岔的转捩方式为主;两种分岔有时还会伴随有切分岔形式的出现.实验中还观察到了表面波动和对流涡胞振荡等现象.

关键词：热毛细对流分岔转捩途径温度振荡

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竖直管道内闪蒸界面传播现象的数值研究

力学学报 2023年第8期55卷 1627-1636页

作者：乐述文杜王芳李凯赵建福中国科学院力学研究所微重力重点实验室北京100190 中国科学院大学工程科学学院北京100049

闪蒸界面传播是一种特殊的闪蒸现象,广泛存在于航天器真空环境下的排液过程中.闪蒸界面传播规律的深入研究是完善闪蒸机制,预测真空排液过程,提升航天活动可控性、安全性的重要前提.闪蒸界面传播现象研究目前主要依赖于实验观测,缺乏适... 详细信息

闪蒸界面传播是一种特殊的闪蒸现象,广泛存在于航天器真空环境下的排液过程中.闪蒸界面传播规律的深入研究是完善闪蒸机制,预测真空排液过程,提升航天活动可控性、安全性的重要前提.闪蒸界面传播现象研究目前主要依赖于实验观测,缺乏适合的数值方法.为了避免跨尺度模拟带来的庞大计算量,文章对计算域进行分区,在各分区内建立面密度模型,实现了单一工况下的闪蒸界面传播二维数值模拟.在此基础上,还提出闪蒸界面面密度的气相Weber数修正模型.该模型对不同温度压力条件下的界面微观形态特征进行代数表征,从而令数值模拟能够计算预测不同温度和压力工况条件下的闪蒸界面传播表观速度.最后,模拟了相同出口压力、不同名义过热度条件下的闪蒸界面传播现象,以及相同名义过热度、不同出口压力条件下的传播现象.计算结果表明,当出口压力恒定时,闪蒸界面处的真实过热度以及界面传播表观速度都随名义过热度的增加而增加.且在过热度较小时,真实过热度以及名义过热度都与闪蒸界面传播表观速度之间近似呈线性关系.当名义过热度恒定时,闪蒸界面传播表观速度会随出口压力的增加而增加.

关键词：闪蒸界面界面面密度传播速度过热度

微重力下成一定夹角平板间的表面张力驱动流动的研究

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力学学报 2022年第2期54卷 326-335页

作者：陈上通吴笛王佳段俐康琦中国科学院力学研究所微重力实验室北京100190 中国科学院大学工程科学学院北京100049

空间微重力环境中,由于重力基本消失,表面张力等次级力发挥主要作用,流体行为与地面迥异,因此有必要深入探究微重力环境中的流体行为规律和特征.板式贮箱利用板式组件在微重力环境中对流体进行管理,从而为推力器提供不夹气的推进剂,这... 详细信息

空间微重力环境中,由于重力基本消失,表面张力等次级力发挥主要作用,流体行为与地面迥异,因此有必要深入探究微重力环境中的流体行为规律和特征.板式贮箱利用板式组件在微重力环境中对流体进行管理,从而为推力器提供不夹气的推进剂,这对航天器精确进行姿态控制、轨道调整具有重要意义.板式组件中常包含成一定夹角的平板结构,比如蓄液叶片之间.本文研究了微重力环境中成一定角度平板间的表面张力驱动流动问题,考虑了液体与壁面的动态接触角、对流引起的压力损失、黏滞阻力、液池内弯曲的液面等因素的影响,推导出了表面张力驱动流动中液体爬升高度的二阶微分方程.该方程可用四阶Runge-Kutta方法求解.通过同时考虑两个主导力,可将流动过程分为三个阶段,并得到了不同阶段内的爬升高度的近似方程.本研究建立了6个不同尺寸的计算模型、选用3种不同型号的硅油,利用有限体积法开展仿真工作,仿真结果与理论结果吻合良好,验证了理论解的正确性.本文的研究结果可为板式贮箱的研制和空间流体管理提供理论依据和数据支撑.

关键词：微重力表面张力驱动流成一定夹角的平板有限体积法 Runge-Kutta法

微重力条件下部分充液贮箱气液界面波动特性的数值模拟

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力学学报 2022年第4期54卷 1004-1011,I0003页

作者：魏列杜王芳赵建福李凯中国科学院力学研究所微重力重点实验室北京100190 中国科学院大学工程科学学院北京100049

微重力环境中部分充液贮箱内气液界面和气、液两相介质在残余重力或加速度干扰下的运动特征是先进空间流体管理技术的基础.本文针对空间贮箱常用构型和实际尺寸,基于邦德数相似准则设计了3个缩比模型,数值模拟了原型贮箱和缩比模型中加... 详细信息

微重力环境中部分充液贮箱内气液界面和气、液两相介质在残余重力或加速度干扰下的运动特征是先进空间流体管理技术的基础.本文针对空间贮箱常用构型和实际尺寸,基于邦德数相似准则设计了3个缩比模型,数值模拟了原型贮箱和缩比模型中加速度变化引起的贮箱内气液两相流动及气液界面上界面波的传播.数值模拟结果验证了原型和模型间的运动相似性,发现在满足邦德数相似准则的前提下,系统还近似满足韦伯数相似准则,或等价地,近似满足弗劳德数相似准则.此外,数值模拟结果也表明原型和模型间的运动存在细微偏差,这主要源于黏性耗散作用的差异.由韦伯数相似准则可知,缩比加大,贮箱尺寸减小,重力突变后由表面张力释放出来的驱动力增强,相同韦伯数下流动速度增大,黏性耗散作用随之增强,本文的数值模拟结果证实了该结论.相关结果可以用于指导空间贮箱流体管理技术的地面模拟试验的方案设计等.

关键词：微重力空间流体管理界面波相似准则

基于POD-Galerkin降维方法的热毛细对流分岔分析

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力学学报 2022年第5期54卷 1186-1198页

作者：郭子漪赵建福李凯胡文瑞中国科学院力学研究所微重力重点实验室北京100190 中国科学院大学工程科学学院北京100049

作为流动与传热相互耦合的非线性过程,热毛细对流有着复杂的转捩过程,探究流场和温度场随参数变化而发生的分岔现象,是热毛细对流研究的一个重要课题.基于本征正交分解的POD-Galerkin降维方法可以通过提取特征模态,构建低维模型,实现流... 详细信息

作为流动与传热相互耦合的非线性过程,热毛细对流有着复杂的转捩过程,探究流场和温度场随参数变化而发生的分岔现象,是热毛细对流研究的一个重要课题.基于本征正交分解的POD-Galerkin降维方法可以通过提取特征模态,构建低维模型,实现流场的快速计算.数值分岔方法可以通过求解含参数动力系统的分岔方程,直接计算稳定解和分岔点.探究了将直接数值模拟方法、POD-Galerkin降维方法、数值分岔方法的优势结合,以提高热毛细对流转捩过程分析效率的可行性.利用直接数值模拟得到的流场和温度场数据,构建了不同体积比下,二维有限长液层热毛细对流的POD-Galerkin低维模型,在低维模型上采用数值积分及数值分岔方法计算了分岔点,得到了低维方程的分岔图.在一定参数范围内,在低维模型上模拟热毛细对流,对雷诺数和体积比进行参数外推,通过与直接数值模拟的结果对比,验证了低维模型的准确性与鲁棒性.说明了低维方程可以定性反映原高维系统的流动特性,而定量方面,由低维模型和直接数值模拟计算得到的周期解频率的相对误差大约为5%.验证了利用POD-Galerkin降维方法研究热毛细对流的可行性.

关键词：本征正交分解降维模型分岔转捩热毛细对流