临近空间新型飞行器向全空域、更高马赫数发展, 面临的气动热环境会越发恶劣, 高温流场气动热预测技术是该类飞行器发展的关键技术之一. 高超声速气流通过激波压缩或黏性阻滞减速, 分子动能转化为内能, 产生了高温. 高温引起体分子振动、电子激发, 伴随离解、电离反应等一系列复杂气动物理现象, 其流场气动热预测面临诸多挑战. 文章对高温热化学非平衡气动热预测技术的发展情况进行了分析探讨. 首先, 阐述了国内外高温气动热地面试验技术的发展历程, 重点介绍分析了气动热风洞试验设备的模拟能力及目前试验测试技术的研究水平; 然后, 调研和讨论了高温气动热数值模拟研究现状, 分别从热化学模型、辐射输运和壁面催化/烧蚀等多个角度探讨了热化学非平衡流场气动热数值模拟规律; 最后, 对气动热预测技术的发展趋势进行了讨论, 提出了高温气动热试验与仿真技术后续应重点解决的问题.
2023, 55(11): 2439-2452.
doi: 10.6052/0459-1879-23-196
针对直升机旋翼反流区因反流动态失速导致的非定常载荷、阻力激增以及负升力等问题, 开展了基于后缘小翼的翼型反流动态失速主动控制试验研究. 采用动态压力测量结合翼型表面压力积分的方法, 重点分析了后缘小翼不同的振荡相位差、幅值和减缩频率对反流动态失速控制的影响规律, 对比了后缘小翼动态偏转和固定偏转的差异, 试验雷诺数Re = 3.5 × 105. 结果表明, 当后缘小翼与翼型以相同的频率正弦振荡运动, 且二者的相位差为0°时, 能改善反流动态失速过程中钝几何前缘的流动分离, 并在反流状态下实现了翼型负升力系数下降21.2%, 阻力系数下降37.5%, 俯仰力矩系数迟滞环面积下降44.6%的控制效果; 动态偏转的后缘小翼对翼型反流动态失速的控制效果随后缘小翼振荡幅值的增加而增加, 但进一步增加振荡幅值对于控制效果的提升有限; 当减缩频率增加时, 动态偏转的后缘小翼对反流状态下翼型阻力的控制效果会更加明显; 后缘小翼的动态偏转与固定偏转都能有效改善翼型在反流中的动态气动性能, 但是动态偏转对于不同翼型迎角的适应能力优于固定偏转, 并取得了更好的非定常载荷控制以及更好的阻力和负升力改善效果.
2023, 55(11): 2453-2467.
doi: 10.6052/0459-1879-23-244
圆锥圆柱外形射弹小角度高速入水过程中, 入水初期空泡呈不对称性发展. 随着入水角度减小, 入水空泡发展不对称性现象加剧, 使得弹体受到阶跃性突变力矩作用, 导致其姿态角发生大幅度变化, 严重影响射弹入水弹道稳定性, 甚至出现入水跳弹现象. 为了改善高速射弹小入水角度入水过程弹道稳定性, 基于“空化器空化效应”原理提出了一种阶梯式圆柱外形射弹设计方案. 通过流体体积多相流模型和动网格技术, 建立超空泡射弹小角度入水数值计算方法, 并通过入水试验验证了数值方法的有效性. 对阶梯圆柱外形射弹与圆锥圆柱外形射弹以5°入水角的入水过程进行了数值模拟研究, 得到了不同射弹外形空泡演化特性对水动力特性及弹道稳定性的影响. 结果表明: 阶梯圆柱外形能够加快初生空泡的发展并伴随多空泡融合现象, 在0°攻角条件下, 当空泡充分发展后, 空泡尺寸未发生改变, 在小攻角(5°)工况下, 空泡对弹体的包覆面积增大, 改善了射弹的升力性能; 在小角度入水过程中射弹锥段空泡发展形态对入水稳定性具有重要影响, 阶梯圆柱外形能够有效加快入水空泡的发展, 进而形成有效抑制攻角持续增大的恢复力矩, 提升了高速射弹小角度入水初期弹道稳定性.
2023, 55(11): 2468-2479.
doi: 10.6052/0459-1879-23-212
格子Boltzmann方法作为一种高效的介观计算流体力学方法在过去20多年里得到快速发展, 其相对较高的计算效率和灵活性使其可以适用于各种复杂流动的模拟. 然而标准的格子Boltzmann方法只能使用均匀的直角网格, 这种网格排布方式并不利于复杂流动的计算. 为此, 基于格子Boltzmann方法的局部网格加密算法在文献中被提出. 该算法需要在局部加密的界面处将粗细网格间的分布函数转换后交换. 目前分布函数的转换方式大多是在没有源项的情况下推导的, 而且现存考虑源项时转换公式的推导也都是基于Chapman-Enskog展开; 其推导过程相对复杂, 且需要对分布函数的非平衡态部分做一阶Chapman-Enskog近似, 这有可能会限制局部网格加密算法在高阶格子Boltzmann方法中的应用. 文章在忽略时空离散误差的前提下, 以保证连续分布函数变量以及物理松弛系数一致为基础, 构建了一套规范且简洁的粗细网格间在考虑任意源项时, 分布函数转换关系的推导过程, 该方法不依赖于Chapman-Enskog展开以及Chapman-Enskog近似, 且该方法既可以适用于单松弛碰撞模型也可以适用于多松弛碰撞模型. 此外, 还从理论上证明了, 保证粗细网格间非平衡态部分的一阶 Chapman-Enskog 近似一致, 便可以保证整个非平衡态部分的一致, 这将有助于扩展局部网格加密算法中转换关系的应用范围. 最后, 通过对强迫泰勒−格林涡流动、平板泊肃叶流中对流−扩散问题和顶盖驱动方腔流动进行数值模拟, 良好的数值结果证实了转换关系对复杂源项的适应性以及局部网格加密技术在处理复杂流动问题方面的优势. 同时, 通过对一维剪切波问题的模拟, 发现由局部网格加密引起的数值黏性与加密区域的选取有很大的关系.
2023, 55(11): 2480-2503.
doi: 10.6052/0459-1879-23-229
采用风洞试验和数值模拟相结合的方法, 对雷诺数Re = 55000条件下细长旋成体有、无横向喷流时大攻角非对称特性进行了分析. 通过风洞试验发现了旋成体在法向和侧向进行喷流时其大攻角非对称气动特性与无喷流时的区别, 通过数值模拟方法对几个典型工况下旋成体有、无横向喷流时的非对称气动特性进行了分析, 揭示了喷流对旋成体非对称流动分离的影响. 通过风洞试验发现当细长旋成体进行法向控制时无喷流、喷流位于迎风区和喷流位于背风区的旋成体表现出了不同的非对称流动特性: 首先喷流位于迎风区时攻角范围在20º ~ 40º之间有喷流和无喷流旋成体所产生的侧向力方向相反, 攻角大于40º之后侧向力系数的方向发生了改变, 与无喷流时的侧向力系数方向相同, 但是其绝对值要比无喷流时的侧向力系数小. 其次喷流位于背风区时攻角在15º ~ 35º之间有喷流时的侧向力系数绝对值要明显比无喷流时大, 在随后的40º ~ 70º之间旋成体侧向力系数变化规律与无喷流的趋势相似. 当细长旋成体进行侧向控制时由于沿侧向的喷流所产生的直接力使得攻角范围在0º ~ 20º之间和大于45º时有喷流的旋成体侧向力系数绝对值要比无喷流时大, 但是攻角在25º ~ 40º之间时旋成体的侧向力系数绝对值减小, 甚至在35º时几乎为0. 通过数值模拟发现当细长旋成体进行法向控制时, 喷流位于迎风区和背风区时喷流都对有扰流片一侧的流动分离产生了影响, 使得其与无喷流时的流场结构不同. 无喷流时细长旋成体有扰流片的一侧首先发生流动分离, 但是当喷流存在时无扰流片的一侧首先发生流动分离, 从而导致了侧向力绝对值增大以及侧向力方向发生改变等现象. 当细长旋成体进行侧向控制时, 没有扰流片的一侧流动首先发生了分离, 有扰流片的一侧后发生流动分离. 旋成体有扰流片一侧由于喷流的影响在弹体喷嘴附近及后方产生了低压区, 无扰流片一侧的流动分离之后旋成体中后部分产生了高压区, 使弹体产生了沿z轴正向的侧向力, 这与喷流产生的直接力方向相反、大小相当, 从而出现了旋成体攻角在20º ~ 40º之间侧向力较小、甚至在35º时几乎为0的情况.
2023, 55(11): 2504-2517.
doi: 10.6052/0459-1879-23-251
为了揭示垂直发射条件下水下航行体头型对通气空泡演化过程的力学影响机理, 首先基于有限体积法, 结合改进型延迟分离涡模型、流体体积多相流模型及重叠网格技术建立了垂直发射条件下通气空泡的数值计算模型. 其次, 将计算结果与垂直发射实验进行对比, 验证了所提出的数值方法对通气云空泡的预测具有较高精度, 说明了该方法在通气空泡复杂非定常计算中的适用性. 最后, 对比研究了相同工况下流线头型和钝头头型航行体通气空泡流动特性和压力特性的差异, 从涡量动力学的角度分析了差异产生的原因, 结果表明: 相比于流线头型航行体, 钝头航行体通气空泡气液交界面处速度梯度较小, 受到重力和浮力的影响更大, 在瑞利−泰勒不稳定性机制的作用下, 通气空泡更早发生非线性失稳, 空泡失稳区域呈现更为剧烈的浮动行为以及空泡脱落等非定常流动特性; 较强的空泡非定常流动特性影响了钝头航行体通气空泡末端的流动分离, 从而抑制了空泡末端滞止高压的高幅值特性.
2023, 55(11): 2518-2530.
doi: 10.6052/0459-1879-23-230
研究气−液−颗粒多相流动过程中颗粒的边壁滞留行为对多孔介质堵塞控制、污染物运移与修复、材料表面改性等应用具有重要意义. 为探究颗粒滞留机理, 首先基于自主研发的多相流可视化实验装置, 在Hele-Shaw模型中开展了不同流量、板间距和颗粒粒径条件下空气驱替颗粒悬浮液实验, 并定义了滞留系数来对颗粒滞留进行定量评价, 发现了驱替过程中颗粒的不同滞留模式. 在实验基础上, 基于液膜理论和气−液界面处流场特征分析, 提出了以毛细数和间距粒径比为控制参数的颗粒滞留判别准则, 并与实验结果进行了对比验证. 结果表明: 空气−悬浮液驱替流动过程中颗粒滞留存在无滞留、成簇滞留及均匀分散滞留3种模式, 其与流量、板间距和颗粒粒径等因素有关; 随着流量的增加、板间距的增大或粒径的减小, 颗粒从无滞留模式向成簇滞留模式和均匀分散滞留模式转变, 颗粒滞留系数表现为先从零快速增大而后趋于稳定的变化趋势. 边壁上残留的液体薄膜是颗粒滞留发生的必要条件, 其中界面驻点处液膜厚度等于颗粒半径为颗粒成簇滞留的临界几何条件, 而界面驻点处液膜厚度等于2倍颗粒半径为颗粒均匀分散滞留的临界几何条件. 提出的判别准则预测了颗粒滞留的发生及滞留模式的转变, 揭示了受水动力条件和间距粒径比控制的颗粒滞留机制.
2023, 55(11): 2531-2538.
doi: 10.6052/0459-1879-23-218
基于物理信息神经网络(PINN)建立了一种求解薄壁结构屈曲非线性控制方程组的方法. 薄壁结构的非线性控制方程可由挠度和应力函数表示成复杂的4阶非线性偏微分方程组, 使用物理信息神经网络(PINN)解法可以克服传统数值方法对求解域网格的依赖性. 文中建立的神经网络模型根据基于加权的均方误差的损失函数更新网络参数, 并用弧长法迭代的思想进行外层迭代控制以应对屈曲问题的迭代特性. 将弧长法, 硬边界条件, 基于预训练的权重调整策略, 以及自适应激活函数策略融合进网络优化的过程中使得PINN能够更为高效地求解线性与非线性屈曲问题. 文章对两种典型的薄壁结构进行了屈曲模态和带有缺陷的非线性后屈曲问题求解, 并将神经网络获得的解和有限元结果进行了对比. 结果分析表明, 物理信息神经网络方法能够在不需要标签数据的前提下对薄壁结构的屈曲问题进行有效分析, 并且给予的额外标签数据能够提高此方法的求解效率. 该方法虽较成熟的有限元解法收敛速度较慢, 但不需要对求解域进行人为的前处理, 有一定工程应用可行性.
2023, 55(11): 2539-2553.
doi: 10.6052/0459-1879-23-277
压气机转子叶片非同步振动是近年来发现的一类新气动弹性问题, 表现为叶片振动频率与转频不同步且具有锁频现象, 严重影响航空发动机的可靠性和运行安全, 目前对其产生机理并不完全清楚. 为了深入研究压气机内不稳定流动与叶片非同步振动之间的耦合机制, 基于时间推进的方法建立了多级压气机转子叶片全环的双向流固耦合模型, 数值研究了刚性叶片与非同步振动柔性叶片的非定常流场、气流激励频率和结构响应特征, 揭示了压气机转子叶片非同步振动的流固耦合机制. 结果表明: 近失速工况下, 转子叶尖吸力面径向分离涡的周期性脱落及再附过程是导致叶尖压力剧烈波动的主要原因, 其3倍谐波激励频率与转子一阶弯曲固有频率接近, 提供了叶片非同步振动的初始气流激励源. 叶片非同步振动发生时, 位移响应表现为等幅值的极限环特征, 振动以一阶弯曲模态主导, 径向分离涡产生的非整数倍气流激励频率及其谐波频率最终锁定为叶片一阶弯曲固有频率, 非同步振动的运动胁迫使得相邻通道叶尖流场周向趋于一致. 研究成果及对叶片非同步振动流固耦合机制的认识可为压气机内部不稳定流动诱发的叶片振动失效分析提供有益参考.
2024, 56(3): 1-9.
doi: 10.6052/0459-1879-23-435
针对大尺度模型入水航行体的回收问题, 为避免结构入水下落产生的过大入水深度对发射平台的安全造成威胁, 并提升模型航行体的回收效率. 文章设计了一种带气囊的航行体结构, 认为气囊自空中释放并与航行体同步入水, 经上浮后确保结构回收, 并给出了模型具体的设计参数. 同时基于CEL算法建立了带气囊结构入水回收的数值计算模型, 结合相关球体入水以及AUV头段入水试验结果, 验证了数值方法的有效性并选取了本模型的无关性网格尺度. 在此基础上, 开展了不同气囊体积下航行体垂直入水回收的计算, 选取了该结构对应的最佳气囊体积. 随后, 针对不同入水参数(入水速度、攻角以及气囊固定位置)进行了带气囊结构航行体入水回收过程的对比分析. 研究结果表明, 气囊体积对回收效率的提升具有正相关作用, 且在体积的选取中应兼顾回收效率与气囊内压响应; 入水速度的增加诱导系统运动规模同步增加, 不利于回收的进行; 入水攻角以及气囊固定位置的不同造成不同阶段航行体偏转运动的差异, 气囊固定在航行体中部且较大的入水攻角有利于航行体模型的入水回收.
2024, 56(3): 1-17.
doi: 10.6052/0459-1879-23-451
刮刀倾角对选区激光熔化过程粉末铺展行为有重要影响. 本文基于离散元法建立铺粉数值模型, 对不同刮刀倾角的铺粉过程及粉层质量进行模拟研究. 针对不同的刮刀倾角, 提出一个量化指标对粉层铺展的致密度和均匀性进行综合评估, 获得刮刀倾角对粉层质量的影响规律. 根据颗粒分布及运动特征将粉堆颗粒体系划分为底层区、斜坡区、刮刀影响区和内部区4个区域. 针对各区域进行铺粉过程动力学机理的深入研究, 包括颗粒运动轨迹和速度场、刮刀前方剪切带、颗粒间力链分布及演化等. 研究发现: 刮刀倾角小于零时, 颗粒体系难以形成完整的环流运动, 剪切带较小, 流向沉积层的颗粒较少, 颗粒间强力链较少, 刮刀间隙前方易形成力拱导致颗粒堵塞, 进而形成空斑使得沉积层的致密度和均匀性较低. 刮刀倾角大于零时, 颗粒体系的环流运动较充分, 剪切带较大, 流向沉积层的颗粒增多, 随倾角增大强力链增多, 刮刀压实作用增强, 有利于沉积层致密度和均匀性的提高. 本研究为优化工艺参数、提高粉层沉积质量提供了理论基础.
2023, 56(1): 1-11.
doi: 10.6052/0459-1879-23-462
采用退火的热诱导方法向Pt基块体金属玻璃(Pt-BMG)基体内原位引入纳米晶, 通过纳米压痕实验, 考察了Pt-BMG在铸态和在玻璃转变温度Tg之上(250 °C)退火15 min, 2 h和6 h的力学性能和塑性动力学行为. 研究结果表明, 退火时间从15 min增加到6 h时, Pt-BMG的结晶度从34%增加到57%, 平均晶粒尺寸从25.6 nm增加到38.3 nm, 硬度和折合模量分别从5.66 GPa和133.83 GPa增加到8.65 GPa和182.89 GPa, 同时载荷−位移曲线上的锯齿流变行为呈现从可明显观察到不连续的位移突变到比较平滑的变化规律. 通过分子动力学模拟进一步证明, 随着纳米晶尺寸的增加, 剪切转变区的激活与剪切带的成核呈现先促进后抑制、先增加后减小的趋势. 这是由于金属玻璃在塑性变形过程中, 小尺寸纳米晶会被剪切带所包裹或溶解, 促进了金属玻璃塑性变形的形成; 而大尺寸纳米晶在承受载荷时, 在晶体内部产生了位错和滑移, 进一步抑制了剪切带的成核与传播. 本文结合纳米压痕实验和分子动力学模拟, 从原子尺度上揭示了纳米晶的尺寸影响非晶合金塑性变形的内在机理, 为设计理想性能的金属玻璃提供了有效的实验基础与理论支撑.
2023, 56(1): 1-10.
doi: 10.6052/0459-1879-23-335
梁结构在工程工业中发挥着重要的作用, 梁的自振问题能够体现其本征动力学特性, 是梁动力学分析中的基本问题. 经典梁理论的提出往往基于不同的假设, 文章采用渐近分析的方法, 以梁的截面尺寸与长度之比为特征参数, 严格地推导了三维梁结构的一维等效振动分析模型. 基于梁结构几何特征的参数的引入, 有助于确定梁结构应力场和位移场等物理量之间的真实量级关系. 渐近分析结果表明, 纯弯曲变形只是细长梁振动分析中的首阶项, 对于复杂截面梁结构仍然可以使用与欧拉梁模型复杂度相似的一维等效梁模型进行振动分析. 以精细三维有限元的计算结果为基准, 验证了所提出的一维等效梁模型用于振动分析的准确性和有效性. 一维等效梁模型可以在商业有限元软件中通过自定义截面等内嵌模块便捷地实现. 对比有限元软件中多种梁单元的计算结果发现, 在相似的模型复杂度下, 等效模型对细长梁自振频率的分析精度与稳定性显著优于在商业有限元软件中直接选择复杂梁截面使用梁单元计算的结果.
2024, 56(2): 1-12.
doi: 10.6052/0459-1879-23-454
液滴在各向异性表面的润湿行为对于液滴操作和运动控制具有重要的科研与工程价值. 采用重力式测试系统对非对称沟槽表面上液滴各向异性润湿行为进行表征, 分析了沟槽几何结构非对称性、沟槽高度和宽度以及浸油处理对液滴静润湿与动润湿行为的影响规律. 结果表明, 沟槽几何结构不对称性会影响液滴润湿状态, 液滴在非对称沟槽表面不同方向上接触角差异比对称沟槽更大, 使得各向异性更显著; 浸油处理会减小沟槽表面液滴接触角, 从而表现出更明显的各向异性; 非对称沟槽表面的接触角随沟槽高度增大而减小, 随宽度增大而增大, 表面浸油处理会缩小试件间接触角的差异, 高度和宽度对浸油处理后的非对称表面的调控作用基本失效; 当沟槽宽度增加时, 浸油处理后的非对称沟槽表面滑动角减小, 同时液滴沿非对称沟槽大顶角向小顶角方向运动时的滑动角大于沿反方向运动时的滑动角, 且液滴体积越大, 滑动角越小. 最后, 对上述规律进行了接触线理论分析, 并从表面能模型角度推导出滑动角理论公式, 与实验结果基本吻合.
2023, 56(1): 1-8.
doi: 10.6052/0459-1879-23-402
本文基于格子Boltzmann方法(LBM)对均匀旋转控制下的低雷诺数(Re = 100)圆柱绕流问题进行了数值模拟, 得到了转速比从0到10变化下, 旋转控制对圆柱水动力及流动结构的影响规律. 使用动态模态分解(DMD)对流场特征进行提取, 并分析了施加旋转控制之后转速比对流场不同模态和增长率的影响. 结果表明, 随着转速比增大, 圆柱下游流动结构依次呈现出卡门涡街、剪切层、反向剪切层、单侧涡和附着涡5种结构; 阻力系数时均值先减小, 随后在转速进入单侧涡区间后增大, 升力系数与力矩系数的时均值均单调增加, 同时, 在出现涡脱落的两个转速区间内, 水动力出现了明显的波动, 且二次失稳时波动幅度更大. DMD的结果表明, 圆柱下游的流动结构主要受圆柱壁面的旋转影响而发生改变并产生全新流动模态; 旋转会对流动稳定性产生影响: 在未充分发展阶段, 旋转对流动稳定性的影响不显著, 而在充分发展后, 各转速下的流场不稳定模态数均远少于未充分发展阶段, 随着转速比的增大, 流动稳定性会产生不同程度的增强或减弱, 且无涡脱落时的稳定性高于有涡脱落时, 因此, 通过旋转控制抑制尾涡脱落可以有效增强流动的稳定性.
2023, 56(1): 1-14.
doi: 10.6052/0459-1879-23-441
多尺度旋涡现象广泛地存在于工程领域的湍流中. 研究湍流的重要方法是大涡模拟, 但大涡模拟中的过度耗散问题是曲面边界、多尺度旋涡模拟所面临的主要困难. 为了克服过度耗散的缺陷, 使大曲率曲面边界的多尺度涡流脉动特性预报更准确, 文章采用正则化变分多尺度模型(RVM)改进了壁面自适应涡黏模型(WALE)中的亚格子模型, 并采用C++语言在OpenFOAM开源平台实现了计算代码编译. 文章以经典圆柱黏性绕流作为曲面边界黏性绕流的代表, 讨论了改进的大涡模型(MWALE)中滤波算子对亚临界雷诺数($ Re = 4 \times {10^4} $)圆柱绕流大规模、多尺度旋涡发放预测能力的影响. 数值计算结果表明: 改进的大涡模型对滤波算子阶数(n)敏感. 四阶滤波算子(n = 2)能准确地预报圆柱壁面的平均涡量及尾流瞬时涡量分布、再循环旋涡长度和速度剖面, 而二阶滤波算子(n = 1)无法准确地预测分离区和尾流区内脉动速度剖面, 因此在强压力梯度区四阶滤波算子预测的压力分布、脉动升阻力与实验结果吻合的更好, 能更准确地捕捉到多尺度旋涡结构.
2023, 56(1): 209-220.
doi: 10.6052/0459-1879-23-378
由于传统物理信息神经网络(PINN)在长时间演化模拟时存在计算稳定性差甚至无法获得有效解的难题，本文提出了一种基于课程学习和迁移学习的物理信息神经网络(CTL-PINN)，用于长时间非线性波传播模拟。该改进的PINN的主要思想是将原长时间历程问题转化成若干个短时间子问题，其求解过程分为三个阶段；在初始阶段，使用传统PINN来获得初始短期子问题的解；在课程学习阶段，使用包含前一步训练信息的传统PINN以时域扩大的方式逐次求解，在迁移学习阶段，使用包含前一步训练信息的传统PINN以时域迁移的方式逐次求解。这种改进的PINN可以避免传统PINN陷入局部最优解的问题。最后通过几个基准算例验证了本文所提出的CTL-PINN方法在模拟长时间非线性波传播过程的有效性和鲁棒性。
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随着我国经济的快速发展, 固体废物的年产量显著增加, 焚烧减容后仍产生大量的焚烧残余物, 其中含有重金属、二噁英等有害成份, 对其填埋不仅占用大量土地资源, 而且对土壤和地下水存在二次污染风险等诸多问题, 因而亟需发展具有良好环保效益和社会效益的废物处理新技术. 热等离子体技术在航天技术发展初期, 用于航天再入过程航天器头部防热研究和等离子体对无线电通讯的干扰研究. 之后从军用转向民用, 主要的场景之一是用于环保领域处理废物, 从早期销毁报废武器、化武战剂、中低放射性废物开始, 发展到现在, 等离子体技术已经在有机和无机废物处理技术中, 成为有特色的先进技术. 本文介绍了等离子体处理废物技术的原理与特点, 回顾了低温热等离子体技术在处理固体废物中的发展过程, 综述了低温热等离子体处理固体废物技术在基础研究领域和工程应用领域的进展, 对目前等离子体固体废物处理技术应用中存在的问题进行了着重分析, 并提出发展建议, 以此悼念我国应用热等离子体技术的先驱吴承康院士以及他对于热等离子体技术处理废物技术基础研究的关怀和指导.
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doi: 10.6052/0459-1879-23-372
本文发展了一种能精确预测含压电层的层合结构和含压电层的功能梯度夹芯结构力电行为的精化高阶理论。此模型位移场使用Reddy型整体-局部高阶理论，满足层间位移和应力连续条件以及自由表面边界条件；电势使用Layerwise分层理论，即对于压电层较薄的结构，电势在厚度方向可假设为线性分布。运用Hamilton原理和主动控制原理，推导了含阻尼压电功能梯度板系统的控制方程。基于精化高阶理论，构建了等几何分析方法，对压电层合结构弯曲行为进行了分析，并验证了精化高阶理论的有效性。此外，探究了铺层角度和功能梯度系数对压电功能梯度层合结构弯曲行为的影响规律，即结构中心点挠度随铺层角度或功能梯度系数增大而减小；功能梯度系数在0~5之间时，功能梯度系数对弯曲行为的影响比铺层角度对弯曲行为的影响更加显著。最后分析了无阻尼压电功能梯度板的动力学响应。当系统的速度反馈增益系数为零时，结构做无衰减震荡；当速度反馈增益系数增大时，结构震荡幅度衰减加快，衰减所需时间减少，从而实现了无阻尼结构受迫振动的振动主动控制。
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电子发汗冷却是一种新型的高超声速主动热防护技术，利用材料的热电子发射效应，通过热电子将热载荷转移至流场下游，降低了尖前缘结构热流密度峰值和梯度，为高超飞行器尖前缘结构热防护系统设计提供了新的思路。本文主要介绍了电子发汗冷却的工作原理、技术特点及数值计算方法，综述了国内外相关的研究进展，并对未来发展需解决的关键问题进行了讨论。
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湍流风况下顺桨风电叶片气弹稳定性直接影响风电机组的安全可靠性。气动阻尼是叶片稳定性判断的重要指标。为探究湍流风况顺桨风电叶片气弹失稳特性规律，以NERL 5MW风力机叶片为研究对象，基于修正叶素动量理论、欧拉-伯努利梁模型和气动阻尼计算方法，建立顺桨叶片气动阻尼计算模型，采用Kaimal湍流风模型进行瞬态分析，获得风况参数对风力机叶片气动稳定性的影响规律及叶片的气动失稳概率，为大型风力机叶片气弹稳定性设计与控制提供参考。结果表明：顺桨叶片气动阻尼在全周风向上呈180°周期特性，且25°风向为相对危险工况；风速越大气动阻尼负值越显著，气动不稳定风向范围越大；湍流强度增加，一阶挥舞气动阻尼下限降低幅度明显，气动不稳概率增加；湍流风况下顺桨叶片平面外方向气动失稳概率相对平面内方向更大。
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为提升构建自适应代理模型的精度和效率，提出了一种两相自适应训练策略。在两相训练策略的基础上，进一步结合概率密度演化理论，发展了一类高效可靠度分析方法。为验证本文研究方法的有效性，分析了不同类型功能函数为目标的代理模型构建，并开展了一幢钢筋混凝土框架结构的抗震可靠度评估。结果表明：两相自适应训练策略极大提升了目标代理模型的导出速率并保有高分析精度，弥补了概率密度演化理论在处理罕遇失效事件时精度不足的缺陷。
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超低地球轨道(超低轨, VLEO)飞行器对于高质量通讯、地球与空间科学观测具有重要意义. 为了克服超低轨区域的高层大气阻力, 使飞行器长期在轨飞行, 吸气式电推进(ABEP)飞行器的概念被提出并被广泛研究. 本文首先分析了吸气式电推进飞行器在150 km高度轨道的主要飞行约束, 包括归一化的工质平衡和能量平衡, 并提出了影响飞行器超低轨维持的主要因素. 为了使有效载荷飞行器长期维持在150 km附近超低轨高度并保持一定的载荷有效覆盖率, 本文提出了两种超低轨飞行系统方案, 包括基于无线能量传输技术构建的飞行系统和近地点150 km椭圆轨道飞行系统. 计算了相应的轨道高度限制并考虑有效载荷地面覆盖率给出了星座构建方案, 评估了上述两种方案的可行性与综合效果. 两种方案中, 有效载荷均可以在150 km附近的轨道高度内长期维持地面覆盖率, 可以为超低轨长期稳定的通讯网络构建、对地观测和相关科学实验提供条件.
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doi: 10.6052/0459-1879-23-485
深水隔水管−水下井口系统极易受外部海流影响产生涡激振动(VIV), 其VIV分析通常将底端水下井口简化为固支约束. 本文考虑水下井口下部非线性管−土耦合建立深水隔水管−水下井口耦合系统顺流(IL)及横流(CF)向VIV三维分析模型. 基于胡克定律将管−土相互作用产生的时变非线性土壤抗力转化为时变土壤等效刚度并与系统结构刚度叠加. 采用有限单元法进行分析模型离散, 采用Newmark-β法与四阶龙格库塔法进行VIV数值求解. 随后分别研究了管−土耦合作用及环境因素如海流流速、土壤硬度等对深水隔水管−水下井口系统CF及IL方向VIV特性的影响. 结果表明, 考虑管−土耦合的深水隔水管−水下井口系统约束弱化, 系统整体刚度减小, 固有频率降低, 深水隔水管−水下井口系统CF及IL方向的均方根(RMS)位移及振幅增大, 振动频率减小. 深水隔水管−水下井口系统VIV对土壤硬度的敏感度较低, 原因是系统结构刚度与土壤初始附加的等效刚度较大, 而土壤硬度变化额外附加的土壤等效刚度在系统总刚度中的占比较低.
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doi: 10.6052/0459-1879-23-440
