简介：在微流控系统中,稳定、可控的柔性气-液界面可实现声流体颗粒富集、微纳操作、快速气-液反应等各种实际物理和生化应用.微流道内气-液界面的抗流体剪切能力对于增强微尺度下气-液界面的可控性具有十分重要的意义.为此,文章研究了具有高稳定性、高可控性、可阵列化的微尺度驻停气泡现象.利用嵌入局部裂隙的微流道以及与之平行的气体流道,可对驻停气泡的生成和形态进行有效调节,并利用其可控的气-液界面实现多种功能化应用.在此基础上,文章进一步研究柔性可控气-液界面的抗流体剪切能力,对形态变化中的气-液界面受力进行分析,利用仿真和实验手段研究不同状态下气-液界面的形状特征,研究不同的液体驱动压力、裂隙尺寸以及裂隙形状对气-液界面抗剪切能力的影响,并将界面的曲率半径作为气泡驻留与否的判定依据.文章对驻停气泡柔性气-液界面抗流体剪切能力的研究有助于优化其控制方法,增强其控制稳定性并拓展其潜在应用场合.

简介：文章通过对EFM（effectivefieldmodeling）模型进行简化,消除了原模型的非守恒性项和非双曲性特性项,发展了一种基于密度的气液两相流模拟方法：ρ-VOF方法.利用体积分数信息对控制单元内的自由界面进行重构,得到了控制单元内流体的空间分布,并采用AUSM^＋-up格式获得考虑气液流体接触间断信息的对流通量.新方法可统一处理激波间断和接触间断的相互作用,保持自由界面的尖锐性,并且其计算量与自由界面的空间复杂度无关.最后,数值模拟了液体激波管气液激波管和气体激波跨二维液滴传播等问题,并与文献结果进行对比,验证了本方法在气液两相流模拟中的准确性.

简介：针对液滴破碎问题,获得并揭示两相界面演化特征机理.采用数值模拟方法,观察了超声速条件下的液滴气动破碎初期的界面不稳定性.基于数值模拟结果和线性稳定性理论,综合分析表明,Rayleigh-Taylor不稳定性和Kelvin-Helmholtz不稳定性均对源于驻点和外环之间中段附近处的主导扰动产生作用.保持其他流动特性不变,降低K-H不稳定性的影响,对数值模拟进行了专门改进,进一步验证了前述结论.

简介：流体力学界面不稳定性及其后期的界面混合现象,是一种十分复杂的多尺度非线性物理问题,在惯性约束聚变、天体物理以及水中爆炸等领域有着广泛的应用前景,对该问题的研究不仅具有很高的学术价值,而且对促进相关领域的发展具有重要意义.中国工程物理研究院流体物理研究所基于Euler有限体积方法,发展了适用于可压缩多介质黏性流动具有多亚格子尺度模型的大涡模拟程序MVFT,并评估分析了不同亚格子尺度模型对界面不稳定性及界面混合的模拟能力;提出了流场非均匀性对R-M不稳定性影响的问题,并在激波驱动轻重气体双模扰动R-M界面不稳定性实验中成功应用并解读了新的实验现象和规律,在此基础上进而开展了反射激波作用下两种初始非均匀流场界面不稳定性引起的界面混合数值模拟研究,探讨了流场非均匀性对激波反射后强非线性阶段界面不稳定性发展、演化规律的影响,近期还对非均匀流场R-M不稳定性的演化规律、初始流场非均匀性和初始扰动效应及其影响的物理机制进行了分析和研究.

简介：实验研究复杂波形结构引起平面界面变形和反射激波冲击下的R-M不稳定性的问题.在竖直激波管中生成稳定的N2/SF6平面界面,激波在圆柱绕射后,冲击平面界面,由此研究复杂激波引起的界面变形.平面激波在圆柱绕射后的流场,演化成具有初始入射波、三波点、弯曲反射波、Mach波和Mach反射产生的滑移线等复杂结构.研究复杂结构激波对界面的作用,对认识界面扰动的生成具有较大帮助.绕柱激波冲击后,平面界面仅在两对滑移线内部发生变形.绕柱激波冲击界面后,两对滑移线将界面分成＂内界面＂和＂外界面＂,界面变形形态同滑移线和界面相交位置相关.反射激波二次冲击下,界面扰动的增长与Jacobs-Sheeley涡量模型较吻合.

简介：受限混合层的流动主要是喷流与自由来流相互剪切形成的混合层受到壁面的限制而形成的一种流动．文章采用后向台阶平板模型研究了高速高压比条件下的受限混合层的典型流场结构以及冷却效率．实验自由来流Mach数为5，喷流的Mach数为1．28，喷流总压为0．2～0．7MPa，通过调整冷喷气流的总压，基于纹影流动显示技术获得喷口附近的激波结构特征和流动参数之间的关系．形成喷口附近波系的欠膨胀流动现象的深刻认识，提取波系特征与流动参数之间的规律．基于流动显示及实验测量结果，通过分析流场中大尺度结构的空间演化规律，揭示流动参数对于冷却效率的影响规律及物理内涵．采用快响应压敏漆（FRPSP）技术在高超声速风洞开展热流分布和冷却效率研究，获得了平板对受限混合层冷却效率的影响．

简介：为了更好地理解不同空间坐标系下流体界面对Rayleigh—Taylor（RT）不稳定性弱非线性阶段谐波的影响，文章采用3阶小扰动展开法，解析研究了球坐标空间经典RT不稳定性弱非线性阶段谐波的演化规律，并和柱坐标空间以及直角坐标空间相应结果进行了对比研究．当球坐标系和直角坐标系中RT不稳定性界面扰动波长相同，球坐标系中初始扰动半径为无穷大时（即球坐标下RT不稳定性初始扰动半径相对于扰动波长为无穷大时），球坐标下RT不稳定性前4次谐波的结果和直角坐标系下的相应结果相同．研究表明：由初始界面曲率引起的Bell-Plesset（BP）效应和空间效应（直角坐标空间、柱坐标空间和球坐标空间）对谐波发展有较大的影响．即在不同正交曲线坐标系下，不同曲率的流体界面效应对RT不稳定性谐波发展有较大的影响．对于柱坐标空间和球坐标空间，2阶对0次谐波的反馈加强了界面向内收缩．研究还表明：界面效应增加了2次谐波的负反馈，然而，对于基模和3次谐波却有不同的影响．

简介：采用低耗散WENO（weightedessentialnon-oscillatory）格式及锐界面方法模拟可压缩Kelvin-Helmholtz不稳定性问题.由于物质界面被描述成一种接触间断,该方法可精确求解切向速度间断.基于优化模板对原始光滑指标进行正规化后,得到一种低耗散WENO格式.修正后的方法显著降低了普通流动区域的过衰减问题,保持了良好的激波捕捉性能,并可获得与混合格式相当的求解精度.不同于以往求解单一流体或易混界面时,通过初始设定有限宽度的剪切层或快速数值耗散以抑制高波数模态,该方法允许高波数扰动的发展.计算结果表明,高波数扰动展现出与以往理想Kelvin-Helmholtz不稳定性问题数值模拟或线化理论结果不同的特征,但与有限厚度的剪切层结果相符.

简介：地形辅助导航是一种利用地形高度信息定位的导航技术,由于地形高度起伏是非线性的,因此地形辅助导航本质是非线性、非高斯贝叶斯后验概率估计问题。粒子滤波因为适合非线性、非高斯估计问题,被引入地形辅助导航领域得到广泛研究和应用,但粒子滤波算法存在粒子匮乏的问题,会影响定位精度。针对此问题,将高斯混合无迹粒子滤波（GMUPF）用于地形辅助导航,该算法用高斯混合模型（GMM）近似粒子分布,用无迹卡尔曼滤波（UKF）估计重要密度函数,不需要做重采样。通过用实际地形数据做飞行仿真实验,结果显示相比粒子滤波,不仅没有粒子匮乏问题,而且所用粒子数更少时估计精度略好。

简介：网格生成技术是CFD复杂工程应用的重要环节，网格质量的好坏直接影响计算结果的精准度，因此其已成为CFD的重要研究领域．在张涵信院士的指导下，作者自20世纪90年代初开始开展非结构网格、混合网格技术和相应的计算方法研究，并逐步发展至动态混合网格技术及非定常计算方法．在张涵信院士80华诞之际，对近年来作者及团队在网格生成技术及应用方面所取得的进展进行了简要的综述，分别介绍了静动态混合网格生成、定常／非定常计算方法、网格技术的应用等方面的进展情况．最后，就网格生成技术目前还存在的问题．展望了未来的发展方向．作者谨以此文表达对张涵信院士25年来的培养、关怀和帮助的崇高敬意．

简介：在不同参数条件下，计算分析了H2O和N2等混合物界面上激波诱导Richtmyer-Meshkov（R—M）不稳定性过程．采用有限差分方法数值求解了二维可压缩Navier-Stokes方程，对流项以5阶特征紧致．WENO混合格式离散，输运项以6阶对称紧致格式离散，时间方向以3阶显式Runge—Kutta方法推进．研究表明，界面振幅和激波强度增大，均可增强界面附近涡量场，强化混合．

简介：纳米孔隙内气体流动的理论预测对气体微流控器件的设计和制造具有重要的理论指导作用,文章采用分子动力学方法研究了氮气、氧气和二氧化碳混合气体在平行壁纳米孔隙内的剪切流动特性和边界滑移特性.研究结果表明:随着加入二氧化碳比例的不断增加,混合气体滑移速度不断增大,并且当二氧化碳的比例低于20%时,混合气体流动速度沿孔隙宽度方向呈线性分布;而当比例达到40%后,其速度轮廓将呈现非线性趋势.当二氧化碳所占比例为20%时,随着孔隙宽度的增加,混合气体的整体边界滑移随之减小.探究了混合气体密度和气-固耦合强度对混合气体流动及边界滑移的影响机理.发现随着混合气体密度的减小,气流边界滑移增大;随着气-固界面耦合强度的增强,边界气体分子易被吸附而出现黏滑运动,气体分子在边界处的积聚现象增强,剪切应变率增大,边界滑移减小.

简介：针对捷联惯组历次测试数据小样本、非等间隔、非线性的问题,提出了一种基于分形插值的三次混合插值算法。通过第一次分形插值保证原始测试数据的变化趋势;通过第二次样条函数插值保证了插值的准确性,实现原始测试数据等间隔化;通过第三次分段线性插值,扩大样本容量,同时保证了原有测试序列的统计特性不变。实例分析表明,该算法很好的实现了对捷联惯组历次测试数据的等间隔处理和样本容量扩大,为捷联惯组历次测试数据小样本建模分析提供良好的基础。

简介：文章首先采用单相浮阻力模型对不同加速度下Rayleigh-Taylor不稳定性诱发的物质渗透边界的演化过程进行了计算,揭示了该混合在常加速度和变加速度情况下不同的发展规律,并通过与实验结果的比较分析,验证了该模型的适用性.在此基础上,发展了多相浮阻力模型,采用该模型对常加速度情况下含尘气体中的RayleighTaylor不稳定性诱导混合进行了研究,发现混合区宽度随着颗粒数密度和颗粒尺寸的增大而减小,揭示了气体中所含杂质抑制混合发展的规律.