三维非结构混合网格高超声速流场并行计算

在非结构混合网格上对三维高超声速化学非平衡粘性绕流进行了基于PC-Cluster的分布式并行数值模拟.本采用区域分裂思想,研究了三维非结构混合网格区域自动分解技术,并以此为基础对高超声速化学非平衡绕流进行了并行数值计算.控制方程为多组分N-S方程,空间离散采用有限体积格心格式,时间推进为显式Runge-Kutta格式.化学非平衡动力学模型为七组元带电离反应模型,对化学反应源项进行了点隐式处理,温度场的计算采用牛顿迭代法.在PC-Cluster上对三维双椭球模型的高超声速绕流流场进行了基于区域分解技术的并行数值模拟,所得数值结果与参考献中的结果作了对比验证。     

饱和-非饱和三维流场核素迁移的数学模型及其应用

根据饱和-非饱和三维流场溶质运移模型和特征,提出了三维流场溶质运移模型分裂迎风特征和格式;给出了格式的稳定性条件和迎风元判别式;将理想模型的解析解与数值解进行了比较。结果表明,该格式对求解对流占优问题效果好,能有效克服数值弥散和解的振荡。本文给出的数学模型和分裂迎风格式被用于某地中低放废物处置场选址评价中得到了满意的结果。     

基于Van Leer矢通量分裂的计算方法研究与应用

基于Van Leer矢通量分裂方法结合NND格式,构造一种新的矢通量分裂的差分算法.通过对二维非定常Euler方程的数值计算,证明该算法有着较高的计算精度和效率,并能自动捕捉到流场中的激波.     

用预处理方法及可压Navier-Stokes方程计算低马赫数流动

用可压方法及预处理方法求解了低马赫数紊流流动,其中空间离散格式采用了Roe格式,紊流模型采用了DES模型.以绕NACA0012的紊流流动为例,分析了该方法对提高流动速度和精度的特性,并将其用到多段翼型及绕圆柱的非定常流动中.数值模拟结果表明,该方法能有效求解低速流动及混合流场问题,且具有较高的数值精度.     

含化学反应流动的TVD格式及其在燃气射流中的应用

以Harten标准TVD格式为基础,结合固体火箭燃气射流的特点,以数学方法系统地推导了适合于高温、高压和高速流体流动的数值格式,给出了压力偏导数的合理计算公式;利用化学动力学知识,对火箭燃气射流流场中存在的多组分、含有限速率的化学反应问题进行了论述,阐明了化学反应质量源项的求解方法。以12组分9反应方程模型为例,利用编制的计算程序,对某火箭燃气自由射流流场进行了模拟。通过对结果的分析,肯定了数值格式的正确性。     

加力燃烧室热态流场的大涡模拟

本文采用k方程亚网格尺度模型对带V形槽稳定器模型加力燃烧室紊流化学反应流进行大涡模拟的研究,采用亚网格EBU燃烧模型估算化学反应速率,用热通量辐射模型估算辐射通量。数值计算表明,在稳定器后面开始在短时间内出现涡的交替脱落和逐渐消失过程,然后形成稳定的回流区,数值计算结果与实验比较吻合,表明可用大涡模拟研究实际燃烧室瞬态燃烧流场。     

三维流动时间相关法数值计算

本文系研究采用显式差分方程时间相关法求解三维可压缩湍流的数值计算。它可应用于求解瞬态及准稳态流动。本方法具有程序编制简易和占用计算机内存少的优点，尤其后者对三维流动的求解是至关主要的。文中述及所采用差分格式的具体型式，推荐采用具有守恒和输运性质的第二迎风差分格式(亦称第二上风差分格式)作为对流项的差分格式。并对计算程序及其某些专门技术作了介绍。作为实际应用的示例，简示了求解四角喷燃锅炉炉膛的瞬态冷炉空气动力场的计算流态。     

计算非饱和土壤水流问题的一种新差分格式

将求解对流占优Burgers方程的随流格式推广应用于计算非饱和土壤水流入渗问题。在Euler坐标系中,扩散项取中心差分格式,对流项中的空间偏导数取迎风格式,而对流速度取为随流迎风格式。算例表明,这样构造的差分格式精度高于传统格式。     

H2O/CO2污染对煤油燃料超声速燃烧影响数值研究

在纯净空气与H₂O/ CO₂污染空气来流对比试验结果基础上,采用数值计算方法和化学动力学方法,研究了H₂O和CO₂污染组分对煤油燃料超声速燃烧的影响,获得了试验手段难以得到的燃烧室流场参数和性能数据。完成了相应的煤油燃料超声速燃烧室二维数值计算,其中匹配了进口总温、总压、马赫数、氧气摩尔分数和工作当量油气比。将数值计算结果与相应试验测量值进行了对比分析,并结合燃烧室流场数据、性能参数分析了H₂O和CO₂污染的动力学影响、以及对燃烧室性能的影响。研究表明:(1)数值计算结果与实验测量值总体上吻合,两种手段均体现了纯净空气来流时不同煤油当量油气比的燃烧室性能,并反映了一致的“污染效应”影响趋势；(2) H₂O污染、H₂O+ CO₂污染的存在降低了煤油燃料超声速燃烧室性能,体现在燃烧诱导压升、燃烧效率、流向冲量增量的下降,而且随着污染组分含量的增加,燃烧室性能下降越加显著。      

模型燃烧室中两相化学反应流动的大涡模拟

对带V型火焰稳定器的模型燃烧室中气液两相化学反应流动进行大涡模拟(LES)，研究中采用了欧拉一拉格朗日方法。利用大涡模拟来研究气相流场，k方程亚网格尺度模型来模拟亚网格涡粘性。化学反应速率由亚网格EBU燃烧模型来确定，两步亚网格紊流燃烧模型被用来确定CO浓度，NO亚网格污染物生成模型被用来评估NO生成速率，辐射热量传递采用了热通量辐射模型。并在交错网格体系下气相采用SIMPLE算法和混合差分格式求解，液相在拉格朗日坐标系下采用PSIC算法对其进行求解。通过大涡模拟，能得到气相和液相之间的质量、动量和能量交换。通过计算值和实验值的比较可知，出口温度和污染物成分浓度实验结果与计算结果吻合较好。因此采用大涡模拟方法来模拟两相化学反应流动和污染物生成过程是可行的。     

Hybrid cars now, fuel cell cars later

We compare the energy efficiency of hybrid and fuel cell vehicles as well as conventional internal combustion engines. Our analysis indicates that fuel cell vehicles using hydrogen from fossil fuels offer no significant energy efficiency advantage over hybrid vehicles operating in an urban drive cycle. We conclude that priority should be placed on hybrid vehicles by industry and government.     

Efficient photochemical water splitting by a chemically modified n-TiO2

Although n-type titanium dioxide (TiO2) is a promising substrate for photogeneration of hydrogen from water, most attempts at doping this material so that it absorbs light in the visible region of the solar spectrum have met with limited success. We synthesized a chemically modified n-type TiO2 by controlled combustion of Ti metal in a natural gas flame. This material, in which carbon substitutes for some of the lattice oxygen atoms, absorbs light at wavelengths below 535 nanometers and has a lower band-gap energy than rutile (2.32 versus 3.00 electron volts). At an applied potential of 0.3 volt, chemically modified n-type TiO2 performs water splitting with a total conversion efficiency of 11% and a maximum photoconversion efficiency of 8.35% when illuminated at 40 milliwatts per square centimeter. The latter value compares favorably with a maximum photoconversion efficiency of 1% for n-type TiO2 biased at 0.6 volt.     

二维双曲型守恒律的一类MmB差分格式

基于通量分裂、单元平均分片线性重构及逆风特性进行空间离散,构造了二维标量非线性双曲型守恒律的一类新的二阶精度的半离散差分格式。进一步地利用二阶TVDRunge-Kutta离散方法对时间进行离散,得到了一类新的时空二阶精度的全离散差分格式,并证明了格式的MmB特性。之后,将格式按分量形式推广到二维非线性双曲型守恒方程组。该方法的一个主要优点是使用分量形式格式计算二维非线性双曲型守恒方程组,无须解黎曼问题且不用进行局部特征分解,因而形式简单、计算量小。通过计算二维可压缩流欧拉方程组的几个算例,数值结果表明,该格式具有高精度、高分辨率及计算简单的特点。     

光合细菌产氢研究进展

氢气是目前最常用的清洁能源,具有能量含量高和清洁燃烧的特点。制氢的方式有多种,生物制氢与传统物理和化学工艺制氢相比,是最清洁的一种方法。然而,大规模生物制氢的产氢量与产氢率往往受到各种环境等因素的限制。近年来的许多研究突破了环境因素的限制,从微生物代谢、能源来源及微生物产氢关键酶等方面有效提高了微生物产氢效率。本文总结了生物制氢的几种主要方法,详细讨论了光合细菌产氢的影响因素,并对其有效促进途径的研究进展进行了综述,以期为生物制氢领域的深入研究提供参考,为工业大规模制氢、减轻环境污染做出贡献。     

HABR与CSTR反应器乙醇型发酵产氢效能的比较研究

[目的]比较复合式厌氧折流板反应器（HABR）与连续流搅拌槽式反应器（CSTR）乙醇型发酵产氢的运行效果。[方法]以红糖为底物进行两种反应器的乙醇型发酵制氢,监测系统的产氢效能、产能效能、生物量以及COD去除率变化。接种污泥的生物量为15．21g／L,COD浓度分别为4000、6000、8000mg／L各运行30d,进水pH为7～8,水力停留时间为12h。[结果]HABR系统的产氢效能、产能效能、生物量以及COD去除率随COD的提高而上升,在COD为8000mg／L时分别达到了17．54mmol／（h·L）、45．13kJ／（h·L）、38．11g／L．42．87％。CSTR系统在COD为60130mg／L时效果最佳,产氢效能、产能效能、生物量以及COD去除率分别为13．26mmoV（h·L）、33．00kJ／（h·L）、19．91g／L、26．47％。随着COD的进一步提高,运行效果显著下降。[结论]HABR在高有机负荷的条件下乙醇型发酵产氢效果整体优于CSTR,更适用于工业生产。     

The rotational spectrum of the water-hydroperoxy radical (H2O-HO2) complex

Peroxy radicals and their derivatives are elusive but important intermediates in a wide range of oxidation processes. We observed pure rotational transitions of the water-hydroperoxy radical complex, H2O-HO2, in a supersonic jet by means of a Fourier transform microwave spectrometer combined with a double-resonance technique. The observed rotational transitions were found to split into two components because of the internal rotation of the water moiety. The molecular constants for the two components were determined precisely, supporting a molecular structure in which HO2 acts as a proton donor to form a nearly planar five-membered ring, and one hydrogen atom of water sticks out from the ring plane. The structure and the spectral splittings due to internal rotation provide information on the nature of the bonding interaction between open- and closed-shell species, and they also provide accurate transition frequencies that are applicable to remote sensing of this complex, which may elucidate its potential roles in atmospheric and combustion chemistry.     

超声波提取葡萄梗中单宁的研究

[目的]探索从葡萄梗中提取单宁的有效方法。[方法]采用超声波法提取葡萄梗中单宁,并通过单因素及正交试验探讨超声波提取葡萄梗中单宁的最佳工艺条件。[结果]最佳提取条件为超声温度60℃,超声功率60 W,超声时间20 min,超声频率40 kHz。[结论]超声波提取单宁时间短,效率较高,具有广阔的应用前景。     

非结构网格二维理想MHD绕流逆风格式解法

在非结构网格上发展了针对二维理想磁流体方程组的逆风格式求解方法.控制方程中的对流项采用AUSM格式处理,时间推进采用显式5步龙格-库塔方法.为了消除计算中产生的磁场散度的影响,引入了双曲型散度清除方法.通过对磁流体激波管问题的求解验证了该方法对激波的捕捉能力,对有均匀磁场干扰下的喷管流动情况进行了数值模拟,并与文献中结果进行了对比.计算结果显示了磁场对磁流体流动的干扰效应,该结果与参考文献中的数值模拟结果相吻合.     

不同处理对葡萄皮中多酚类化合物溶出效果的研究

且处理后的葡萄汁色泽好,褐变指数较小,综合效果明显优于超声波辅助处理.