力学学报

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蒋建政沈青樊菁

不同形状微尺度管道(圆形、六边形、半圆形、不同宽高比的矩形)中的气体流动特性是微机电系统设计最为关心的问题之一. 文中利用信息保存(IP)方法和直接模拟MonteCarlo(DSMC)方法进行研究, 给出两种方法的计算结果相互符合，并与其它研究者的BGK模型方程计算结果进行了比较. 对于微尺度管道中关心的低Mach数流动，IP方法的统计收敛效率明显优于DSMC方法. 通过拟合IP和DSMC结果，给出了圆形、六边形、半圆形、不同宽高比的矩形截面情况下无量纲质量流率与等效Knudsen数的关系.

2007, 23(2): 145-152. doi: 10.6052/0459-1879-2007-2-2005-377

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超声速平板边界层斜波失稳转捩过程研究

马汉东潘宏禄王强

以5阶迎风和6阶对称紧致格式混合差分求解三维可压缩滤波Navier-Stokes方程，对Mach数为4.5, Reynolds数为10000的空间发展平板边界层湍流进行了大涡模拟. 时间推进采用紧致存储3阶Runge-Kutta方法，亚格子尺度模型为修正Smagorinsky涡黏性模型. 通过在入口边界叠加一对线性最不稳定第一模态斜波扰动，数值模拟得到了平板层流边界层失稳转捩直至湍流的演化过程. 对流场转捩过程中瞬时量及统计平均量的分析表明，数值模拟结果与理论吻合，得到的Y型剪切层、交替\Lambda涡结构以及转捩后期的发卡涡结构的发展变化与相关文献结果一致，湍流流谱定性合理.

2007, 23(2): 153-157. doi: 10.6052/0459-1879-2007-2-2005-301

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湍流最高激发态的局部结构及其绝对标度律

傅强

通过对湍流层次结构模型中提出的最高激发态的进一步研究发现，最高激发态存在绝对标度律，且该绝对标度律是由信号中最强耗散涨落的局部结构产生的，并由此推测出局部强间歇结构一般具有绝对标度的结论.

2007, 23(2): 158-161. doi: 10.6052/0459-1879-2007-2-2005-531

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带展向曲率的超音速混合层中扰动演化的研究

钱琳罗纪生

超音速混合层的流动不稳定性较之亚音速或不可压的混合层大大减弱，为了提高混合效率，通过数值模拟的方法分别研究了展向曲率、展向速度、来流马赫数等因素对混合效率所起的作用. 计算结果表明：在给定展向速度的情况下，带有展向曲率的三维混合层，曲率越大三维扰动增长率越大，而且法向的卷起范围也越大. 当展向曲率不为零时，展向速度的增大也能有效地增强混合能力. 由流场中的高频扰动波产生的涡，在向下游发展过程中会有破碎、拉伸，低频扰动波没有发现这一现象. 对于有展向曲率和展向速度的混合层，提高来流马赫数时，流场中最不稳定扰动的增长率仍很大. 因此，这是一种提高混合层混合效率的新途径.

2007, 23(2): 162-170. doi: 10.6052/0459-1879-2007-2-2006-156

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可燃气体中激波聚焦的点火特性

滕宏辉王春邓博姜宗林

数值模拟了二维平面激波从抛物面上反射在可燃气体中聚焦的过程，研究了形成爆轰波的点火特性. 对理想化学当量比氢气/空气混合气体，在初始压强20kPa的条件下，马赫数2.6-2.8的激波聚焦能产生两个点火区：第1个点火区是反射激波会聚引起的，第2个点火区是由入射激波在抛物面上发生马赫反射引起的. 这种条件下流场中会出现爆燃转爆轰，起爆点分别分布在管道壁面、抛物反射面和第2点火区附近. 起爆机理分别为激波管道壁面反射、点火诱导激波的抛物面反射和点火诱导的激波与第2点火区产生的爆燃波的相互作用. 不同的点火和起爆过程导致了不同的流场波系结构，同时影响了爆轰波传播的波动力学过程.

2007, 23(2): 171-180. doi: 10.6052/0459-1879-2007-2-2005-578

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槽道湍流近壁区多尺度输运特性研究

贾宏涛许春晓崔桂香

利用槽道湍流直接数值模拟的数据库和离散正交子波，对近壁湍流的多尺度输运特性进行了研究. 通过在流向和展向分别进行子波多尺度分解，得到了近壁区湍动能在流向和展向多尺度传输的不同性质，发现流向传输以能量的反传为主，而在展向能量存在明显的正传，并且当过滤尺度较大时以正传为主. 近壁湍流能量传输的各向异性为进一步构造各向异性大涡模拟亚格子模式提供了必要的参考.

2007, 23(2): 181-187. doi: 10.6052/0459-1879-2007-2-2006-136

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超声速燃烧火焰稳定凹腔质量交换特性的数值研究

孙明波梁剑寒王振国

对超声速冷流条件下用于超燃冲压发动机的凹腔火焰稳定器的质量交换特性进行研究. 采用混合RANS/LES方法对非定常流场进行数值模拟，考虑了凹腔的长深比和后缘角度两个关键参数. 计算得到了凹腔剪切层拟序结构的演化过程. 对凹腔压力振荡历程进行幅频分析，所得到的频率和理论分析结果及一些计算结果十分吻合. 结果表明，凹腔的长深比和后缘倾角对凹腔质量交换过程都有较大的影响. 凹腔驻留时间随着长深比的增加而增加. 随着后缘倾角减小，长深比较小的凹腔的驻留时间增加，长深比较大的凹腔则完全相反. 该计算结果为凹腔设计提供了新认识.

2007, 23(2): 188-194. doi: 10.6052/0459-1879-2007-2-2006-187

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利用重正化群方法推导湍流二阶矩封闭模型

刘正锋王晓宏

Rubinstein和Barton在他们的原始工作中，利用Yakhot-Orszag湍流重正化群方法对雷诺应力输运方程中的速度-压力梯度项和各向同性回归过程进行了模拟. 文中分析了其在理论推导过程中存在的数学物理上不自洽的问题及计算错误，并且利用重正化群方法重新系统地对雷诺应力输运方程进行了模拟，计算得到的湍流常数理论值和经验值相接近.

2007, 23(2): 195-201. doi: 10.6052/0459-1879-2007-2-2006-365

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分级进风燃烧室内含颗粒的湍流反应流的实验研究

郑晓川袁书生张健张洪涛周力行

应用三维激光粒子动态分析仪(PDA)，对分级进风燃烧室内含颗粒的湍流反应流的气固两相瞬时速度场进行了实验测量，同时对单相湍流反应流的瞬时速度场也进行了实验测量. 得到了两种情况下燃烧室内气固两相和单相气体的平均轴向与切向速度、轴向与切向脉动速度均方根值和轴向-切向脉动速度二阶关联量的分布.

2007, 23(2): 202-209. doi: 10.6052/0459-1879-2007-2-2005-545

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空化器参数对超空泡形成和发展的影响

贾力平于开平张嘉钟王聪魏英杰李凝

为了探索超空泡的生成机理和形态变化规律，依据其产生方式，进行了自然超空泡高速射弹试验和通气超空泡水洞试验研究. 分析了超空泡的生成过程和空化器参数对形成超空泡的临界空化数和通气系数门限值的影响. 研究了超空泡形态尺寸变化的特性，空化器直径和线型对自然和通气超空泡的形态尺寸有相类似的影响规律：超空泡尺寸随着空化器直径的增加而增加；在相同条件下，钝头空化器要比圆锥形空化器更容易形成超空泡；相对较小的直径空化器很难形成透明的通气超空泡，其主要原因是自然空化数没有降到足够低.此外，研究表明空化器直径对通气超空泡的细长比的影响较大，这与对自然超空泡形态的影响不相同. 最后，对空化器的未来研究发展进行了展望.

2007, 23(2): 210-216. doi: 10.6052/0459-1879-2007-2-2005-584

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浮力-热毛细对流表面位型研究

袁枫段俐康琦

将栅线结构光源系统与图像处理技术相结合，形成一种实时诊断浮力-热毛细对流表面形貌的光学测量系统. 研究两端带有温差的矩形池内薄层流体的表面变形. 应用图像互相关方法对实验结果进行计算和分析，得到了流体表面变形定量的实验结果. 实验结果表明了在浮力-热毛细对流的发展过程中，出现流体表面变形, 温度梯度、表面张力、浮力、液固亲润问题、以及壁面温度决定了该表面变形大小和变形方向.

2007, 23(2): 217-222. doi: 10.6052/0459-1879-2007-2-2005-523

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非均匀颗粒材料的类固-液相变行为及本构方程

季顺迎

以非均匀颗粒介质为研究对象，采用三维离散元方法对其在不同密集度和剪切速率下的动力过程进行了数值模拟，分析了其在由瞬时接触的快速流动向持续接触的准静态流动的转变过程及其行为特点. 通过对不同材料性质下相变过渡区内颗粒材料的宏观应力、接触时间数、配位数、团聚颗粒数量、有效摩擦系数等参量的计算，更加全面地描述了非均匀颗粒材料在类固-液相变过程中的基本特征. 基于以上数值计算结果，建立了一个适用于颗粒材料类固态、类液态以及其相变过程的本构方程，并通过剪切室实验结果验证了它的合理性.

2007, 23(2): 223-237. doi: 10.6052/0459-1879-2007-2-2005-605

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梁中非线性弯曲波传播特性的研究

刘志芳王铁锋张善元

研究了梁中的非线性弯曲波的传播特性，同时考虑了梁的大挠度引起的几何非线性效应和梁的转动惯性导致的弥散效应，利用Hamilton变分法建立了梁中非线性弯曲波的波动方程.对该方程进行了定性分析，在不同的条件下，该方程在相平面上存在同宿轨道或异宿轨道，分别对应于方程的孤波解或冲击波解. 利用Jacobi椭圆函数展开法，对该非线性方程进行求解，得到了非线性波动方程的准确周期解及相对应的孤波解和冲击波解，讨论了这些解存在的必要条件，这与定性分析的结果完全相同. 利用约化摄动法从非线性弯曲波动方程中导出了非线性Schr\"{o}dinger方程，从理论上证明了考虑梁的大挠度和转动惯性时梁中存在包络孤立波.

2007, 23(2): 238-244. doi: 10.6052/0459-1879-2007-2-2006-165

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数字图像相关中亚像素位移测量算法的研究

潘兵谢惠民戴福隆

为提高位移测量精度而提出的各种亚像素位移测量算法被认为是数字图像相关方法中的关键技术之一，详细了解已有各算法的性能无疑具有实际意义. 总结文献中3种最常用的亚像素位移测量算法，首先用无噪声的计算机仿真散斑图对各算法的性能从计算精度和计算效率两个方面进行了比较研究，并用实际实验图片对其性能做进一步的研究，结果显示在图像子区大小相同的情况下，基于空域相关函数迭代的牛顿-拉普森方法计算结果最为精确、稳定.

2007, 23(2): 245-252. doi: 10.6052/0459-1879-2007-2-2006-053

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一种改进的结构拓扑优化水平集方法

荣见华

针对有限的结构设计区域, 界面力的大小和作用的位置以及部分给定位移的结构边界始终保持不变的要求, 为了解决基于水平集方法的结构边界演化停滞等问题,导出了基于水平集演化的结构拓扑优化所需的法向速度场.研究了由该法向速度场导出的序列解的收敛特性,并建立了一套新的结构柔顺度为目标函数,体积为约束条件的水平集演化算法,给出的算例验证了该方法的正确性和有效性.

2007, 23(2): 253-260. doi: 10.6052/0459-1879-2007-2-2006-135

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前体非对称涡高风速烟雾显示技术

柏楠邓学蓥王延奎

通过在细长旋成体模型机身的不同位置设置出烟孔，使用新型发烟装置对模型注入雾化油滴，采用激光片光法在常规风洞中高风速(60m/s)条件下得到清晰、完整而稳定的截面涡结构图像. 并通过同状态标定法和等比例网格法发展了简易涡位定量测量技术，为前体非对称涡Re数效应的研究提供了重要的技术平台.

2007, 23(2): 261-266. doi: 10.6052/0459-1879-2007-2-2006-262

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约束最优控制理论及其在气动优化中的应用

唐智礼

为了隐式地和自动地处理气动优化中的约束条件，在Jameson的无约束控制论气动优化设计理论基础上发展了有约束的最优控制理论，建立了约束伴随方程方法，并将其成功地应用到了约束气动优化设计中. 比较约束伴随方法和Jameson的原始方法，约束优化问题仅仅只需要修改最终伴随方程的物面边界条件和梯度的计算公式而其它项与Jameson原始方法中的完全相同. 这表明了基于控制理论的优化方法不仅适用于含有大量设计变量的优化问题，而且也可以很方便地处理约束优化问题.

2007, 23(2): 273-277. doi: 10.6052/0459-1879-2007-2-2006-100

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周期张开型平行裂纹问题的精确解

肖俊华蒋持平

研究无限介质中周期平行裂纹问题，利用复应力函数在集中载荷作用点和裂纹尖端的奇异性分析及双曲函数的周期性质，求得了问题在远场作用均匀载荷时裂纹尖端应力强度因子的精确闭合形式解，并与已有的数值结果进行了比较. 其结果对于研究多裂纹的干涉作用以及结构和材料的强度设计具有重要的实用价值.

2007, 23(2): 278-282. doi: 10.6052/0459-1879-2007-2-2006-111

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热超弹性圆筒的不稳定性

任九生程昌钧

应用有限变形弹性理论分析了受内压和轴向拉伸作用的不可压热超弹性圆筒发生非均匀变形的不稳定性问题. 受内压和轴向拉力作用的薄壁圆筒，当内压较小时，圆筒发生稳定的均匀膨胀变形；当内压大于某一临界值时，圆筒产生复杂的非均匀变形，其一部分膨胀变形很大，形如``灯泡''状，而另一部分仅仅是轻微膨胀，且此时的变形是不稳定的. 但对厚壁圆筒而言，不论压力如何，总是发生稳定的均匀膨胀变形. 根据圆筒的变形曲线，给出了圆筒可以发生不稳定变形的临界厚度. 同时，讨论了轴向拉伸和温度场对圆筒变形的影响.

2007, 23(2): 283-288. doi: 10.6052/0459-1879-2007-2-2006-328

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