对于含激波等大密度脉动结构气动光学流场,沿着直线路径对折射率积分会带来较大的光程误差.因此,数值求解光线方程进行光线追迹是必要的.与数值求解光线方程不同,元胞自动机(cellular automata,CA)通过给定光线位置和方向变换规则来模拟光线在介质中传输路径.本文基于已有的实验测量、数值仿真所获得的高超声速流场密度场数据,分别采用数值求解光线方程法和CA光线追迹算法进行光线追迹,进而得到光线出射流场后的光程差.结果表明,CA算法对于二维气动光学流场中光线追迹的适用性,且较数值求解光线方程方法具有更高的效率.

基于理想量子气体的状态方程,分析了量子气体斯特林制冷循环中的回热特征,推导出循环的制冷系数一般表达式.获得了在强简并和弱简并条件下循环的制冷系数,对全面理解气体斯特林制冷机的性能有所帮助.

室温磁制冷具有绿色环保、内禀高效、低噪音与低振动等优点，有望成为室温制冷领域中的一种重要选择．本文首先简述了磁热效应等基本概念，阐述了磁制冷热力学循环，重点介绍由基本循环构成的复合式磁制冷循环、主动磁制冷循环以及耦合气体回热式制冷的主动磁制冷循环等．随后描述了室温磁制冷系统的不同维度数值模型的特点，介绍了模型中磁热效应、多层主动磁回热器、退磁效应等重要项的表述方式及其他因子对系统性能的影响．根据室温系统运动部件和运动方式的不同，将室温磁制冷样机细化为四类系统，包括往复磁体式、往复回热器式、旋转磁体式和旋转回热器式．结合样机的近期实验进展，分析了不同类别室温系统的结构、运行和性能等特性．最后，总结了室温磁制冷技术的未来发展趋势．

从动力学观点讨论弹性细杆的平衡稳定性问题.建立了弹性杆的动力 学方程,导出了杆的弯扭度与截面角速度之间的运动学关系式.对具有弧坐标s和时间t双重自变量的离散动力系统扩充了Lyapunov稳定性定义.以具有初 扭率的非圆截面直杆的平衡稳定性为例,应用一次近似方法证明了当静力学意义下的稳定性条件得到满足时,动力学意义下的稳定性条件必同时满足.

为了改善大展弦比飞翼模型纵向操纵性和稳定性,在低速风洞中开展了等离子体流动控制技术的试验研究.采用粒子图像测速技术获取了等离子体对翼面流场的影响.采用静态测力技术获取了等离子体对模型气动力和升降舵舵效的影响.采用虚拟飞行试验技术获取了等离子体对俯仰角和俯仰角速度时间历程的影响.通过对粒子图像测速和测力试验结果的分析表明,等离子体能够抑制翼面流动分离,阻止气动中心前移,改善模型的大迎角纵向气动特性.通过分析不同舵偏角的测力数据,来流风速V=50 m/s时等离子体能够改善飞翼模型大迎角的升降舵舵效,在不同舵偏角时均使模型的最大升力系数提高约0.1、失速迎角推迟4°以上.通过分析虚拟飞行试验结果,等离子体能够将模型的临界俯仰角提高3.6°,能够改善飞翼模型的纵向飞行稳定性和操纵性.

高速空腔流动包含复杂波系结构,这些复杂波系的传播和演化导致流动产生自持振荡而引起强噪声,空腔噪声在频谱上包含多个具有离散频率的声模态,深入理解各阶声模态的演化规律可为发展噪声控制方法提供理论基础.通过分析亚声速和超声速情况下空腔两端的波系散射过程并考虑三维展向流动,分别建立了针对亚声速和超声速空腔流动的三维波系模型.三维波系模型包含了空腔中不同波系之间的非线性相互作用,这种非线性作用可导致产生不同于Rossiter模态的其余频率成分.基于三维空腔流动实验测量的压力信号数据,对模型中的参数进行了线性估计,采用快速傅里叶变换、双谱分析和小波变换等方法对压力信号进行了分析,结果表明振荡主模态之间会产生非线性作用,这种非线性作用产生了幅值较高的谐频,主要的振荡模态之间存在模态切换现象,且模态切...

发展了基于七阶精度混合型耗散紧致格式(HDCS)的混合雷诺平均(RANS)/高精度隐式大涡模拟(HILES)模型(HRILES),并结合Ffowcs Williams-Hawkings(FWH)声比拟方法对30P30N高升力体气动噪声问题进行了模拟.首先对雷诺数Red=4.3×10^4的单圆柱绕流算例开展验证,并与传统的延迟分离涡模拟(DDES)模型进行对比.结果表明HRILES模型具有对亚临界态尾迹区转捩流动的模拟能力,平均阻力系数与阻力均方根值和实验结果符合更好,结合FWH声比拟方法得到了合理的远场声压级(SPL)的功率谱密度(PSD)分布.然后将其应用于30P30N高升力体气动噪声算例模拟,结果表明HRILES模型准确预测缝翼凹腔剪切层各站位的平均速度、涡量和湍动能分布,壁面脉动压力谱分布与实验符合较好,近、远场噪声频谱准确预测了缝翼低频窄带噪声,并得到了合理的噪声辐射指向性分布.

提出了一种磁流变液构成的类梯度结构,并通过理论建模、数值计算和实验研究了该结构的振动传递特性.磁流变液在磁场作用下具有液固转换的特殊理化性质,而液固转换过程就是磁流变液的振动传递阻抗变化过程.因此,基于磁流变液的这一特性,通过控制磁场,构建了类梯度结构.基于弹性波传递的一维波动方程,建立了垂直入射的弹性波在类梯度结构中传递的波动方程.然后,使用连续介质的离散化方法和传递矩阵法进行求解,得到振级落差的表达式,对其进行数值计算,分析类梯度结构的振级落差随弹性波频率和磁场强度的变化趋势.最后,对类梯度结构的振动传递特性进行了实验研究,分析了磁场强度对类梯度结构振动传递特性的影响.研究结果表明,与均匀场作用的磁流变液相比,类梯度结构对弹性波的衰减效果更好,且该结构具备良好的可调控特性.

自从石墨烯被发现以来,机械解理技术已经成为制备高质量二维材料的重要方法之一,在二维材料本征物性的研究方面展现出了独特的优势.然而传统机械解理方法存在明显的不足,如制备效率低、样品尺寸小等,阻碍了二维材料领域的研究进展.近些年我们在机械解理技术方面取得了一系列的突破,独立发展了一套具有普适性的新型机械解理方法.这种新型机械解理方法的核心在于通过改变解理过程中的多个参数,增强层状材料与基底之间的范德瓦耳斯相互作用,从而提高单层样品的产率和面积.本文着重以石墨烯为例,介绍了该技术的过程和机理.相比于传统机械解理方法,石墨烯的尺寸从微米量级提高到毫米量级,面积提高了十万倍以上,产率大于95%,同时石墨烯依然保持着非常高的质量.这种新型机械解理方法具有良好的普适性,目前已经在包括MoS2, WSe2, MoTe2, Bi2212...

微动现象广泛存在于工程结构中,近年来越来越受到科研工作者的重视.为了对微动磨损进行深入研究,本文根据微动摩擦系统中摩擦副间的特点,针对微动磨损过程,提出不对称双势阱模型,建立了其中粒子的运动方程;利用非平衡统计思想建立了理论模型,得到了计算磨损率的新方法.以金属材料Mg和Fe组成的摩擦副系统为例进行了计算分析,得出磨损率随磨损时间和势阱宽度的变化,进一步分析了载荷正压力变化对磨损率的影响.计算分析结果表明,在其他条件均不变的情况下,材料磨损率随磨损时间的增大而减小,且随着摩擦副系统中势阱宽度和载荷正压力的减小,磨损率也呈减小趋势.最后,通过与试验结果比较,验证了该理论模型的适用性.