Journal of Zhejiang University

Current Issue: <JZUS-A>

Journal of Zhejiang University-SCIENCE A (Applied Physics & Engineering)

ISSNs 1673-565X (Print); 1862-1775 (Online); CN 33-1236/O4; started in 2000,Monthly.

JZUS-A is a peer-reviewed physical and engineering journal, indexed by SCI-E, Ei Compendex, INSPEC, CA, SA, JST, AJ, ZM, CABI, ZR, CSA, etc. It mainly covers research in Applied Physics, Mechanical and Civil Engineering, Environmental Science and Energy, Materials Science and Chemical Engineering, etc.

Impact factor: 0.408 (2011), 0.527 (2012), 0.608 (2013), 0.882 (2014), 0.941 (2015), 1.214 (2016), 1.215 (2017), 1.369 (2018).

Journal of Zhejiang University SCIENCE A

ISSN 1673-565X(Print), 1862-1775(Online), Monthly

2019 Vol.20 No.1 P.1-82

<<< CONTENTS >>>

Articles

Effects of vegetation type on water infiltration in a three-layer cover system using recycled concrete

Charles W.W. Ng, Bang-wen Lu, Jun-jun Ni, Yun-min Chen, Rui Chen, Hao-wen Guo

DOI: 10.1631/jzus.A1800373 Downloaded: 2590 Clicked: 3142 Cited: 0 Commented: 0(p.1-9) <Full Text> <PPT> 1801

Chinese summary <28> 植物(wù)種類對由建築垃圾構築而成的三層土覆蓋層系統防滲特性的影響研究

目的:爲提高資(zī)源重複利用率,建築垃圾常常被回收、粉碎并重新應用在土木工(gōng)程建設中(zhōng). 本文旨在将回收建築垃圾骨料應用于三層土覆蓋層系統,并研究植物(wù)對其防滲特性的影響.
創新點:1. 提出一(yī)種由建築垃圾構築而成的三層土覆蓋層系統; 2. 對比灌木、草以及裸土3種工(gōng)況下(xià)該覆蓋層的防滲特性.
方法:1. 采用一(yī)維土柱滲透試驗研究由建築垃圾構築而成的三層土覆蓋層系統的防滲特性. 2. 分(fēn)别模拟灌木、草和裸土3種植被覆蓋情況. 3. 移栽植物(wù)并養護,而後進行降雨試驗,對比3種植被覆蓋層的吸力響應及水分(fēn)滲入.
結論:1. 在幹旱條件下(xià),蒸騰作用的大(dà)小(xiǎo)順序爲:灌木>草>裸土,因爲植物(wù)可以将更多的水分(fēn)從覆蓋層中(zhōng)釋放(fàng)到大(dà)氣中(zhōng); 2. 在極端降雨條件下(xià),相比裸土覆蓋層,植被覆蓋層可以更好地保持吸力并阻止滲濾液的産生(shēng),且灌木比草效果更佳; 3. 在極端降雨條件下(xià),由建築垃圾構築而成的植被型三層土覆蓋系統是一(yī)種理想覆蓋層,可以在濕潤地區有效防止雨水下(xià)滲而進入垃圾體(tǐ).

關鍵詞組：回收骨料; 吸力; 三層土覆蓋系統; 植物(wù)種類; 土壤含水率

Role of the pore-size distribution function on water flow in unsaturated soil

Qian Zhai, Harianto Rahardjo, Alfrendo Satyanaga, Priono, Guo-liang Dai

DOI: 10.1631/jzus.A1800347 Downloaded: 2688 Clicked: 3659 Cited: 0 Commented: 0(p.10-20) <Full Text> <PPT> 1576

Chinese summary <26> 孔徑分(fēn)布函數對水分(fēn)在非飽和土體(tǐ)中(zhōng)遷移的作用

目的:了解孔徑分(fēn)布函數對水分(fēn)在非飽和土體(tǐ)中(zhōng)遷移的影響,并提出相關數學模型,量化非飽和土體(tǐ)在不同吸力作用下(xià)的滲透系數.
創新點:從孔徑分(fēn)布函數出發探讨土體(tǐ)的工(gōng)程性質,以日常生(shēng)活中(zhōng)所用的閥門模型解釋非飽和土體(tǐ)在不同吸力作用下(xià)的滲透系數. 提出采用非飽和土滲透系數的實驗數據,間接估算土體(tǐ)的孔徑分(fēn)布函數.
方法: 從物(wù)理模型推導相關數學公式,并用實驗結果對數學公式進行驗證.
結論: 孔徑分(fēn)布函數主導非飽和土的滲透系數; 孔徑分(fēn)布函數是連接土體(tǐ)兩大(dà)水力特性(包括水土特征曲線和滲流方程)的橋梁. 孔徑分(fēn)布函數對水分(fēn)在土體(tǐ)中(zhōng)遷移的作用可以用日常生(shēng)活中(zhōng)使用的閥門模型簡單描述. 基于閥門模型,土體(tǐ)的孔徑分(fēn)布函數也可以由土體(tǐ)的非飽和滲透系數的相關實驗數據間接估算得到.

關鍵詞組：水土特征曲線; 水力特性; 孔徑分(fēn)布函數; 滲透方程; 閥門模型

Local loss model of dividing flow in a bifurcate tunnel with a small angle

Xin Zhang, Tian-hang Zhang, Yun-ge Hou, Kai Zhu, Zhi-yi Huang, Ke Wu

DOI: 10.1631/jzus.A1800298 Downloaded: 2355 Clicked: 3527 Cited: 0 Commented: 0(p.21-35) <Full Text> <PPT> 1670

Chinese summary <777> 小(xiǎo)夾角分(fēn)叉隧道分(fēn)流局部損失模型

目的:掌握分(fēn)叉隧道的空氣流動特征與阻力損失特性是進行分(fēn)叉隧道通風設計和控制的關鍵. 本文旨在探讨小(xiǎo)角度分(fēn)叉結構中(zhōng)的流動特征及局部損失機制,并基于流動分(fēn)離(lí)機制構建可供設計使用的分(fēn)叉隧道分(fēn)流局部損失系數的理論公式.
創新點:1. 揭示氣流在小(xiǎo)角度分(fēn)叉結構中(zhōng)的流動分(fēn)離(lí)特征及損失機制; 2. 提出流向偏轉角假設,建立可供設計使用的分(fēn)叉隧道分(fēn)流局部損失預測模型.
方法:1. 通過數值模拟,獲得隧道分(fēn)叉處的流動特征(圖5、6a和6d),以及分(fēn)流局部損失系數随分(fēn)流比及夾角的變化規律(圖6b和6c); 2. 通過理論推導,構建小(xiǎo)夾角分(fēn)叉結構的分(fēn)流局部損失系數預測公式(公式(18)和(21)); 3. 通過現場實測,驗證預測公式的可靠性(圖15).
結論:1. 空氣在隧道分(fēn)叉處的分(fēn)流将導緻流速和流向的變化; 當分(fēn)流比β較小(xiǎo)時,流動分(fēn)離(lí)出現在靠近分(fēn)叉點一(yī)側的主線邊壁和遠離(lí)分(fēn)叉點一(yī)側的匝道邊壁; 當β較大(dà)時,流動分(fēn)離(lí)出現在遠離(lí)分(fēn)叉點一(yī)側的主線邊壁和靠近分(fēn)叉點一(yī)側的匝道邊壁. 2. 當分(fēn)流後主線與匝道的流量比q等于兩者的面積比ϕ時,主線及匝道的分(fēn)流局部損失系數ξ₁₂和ξ₁₃最小(xiǎo); 當q>ϕ時,ξ₁₂和ξ₁₃均随β的增大(dà)而減小(xiǎo),且ξ₁₃随着θ的增大(dà)而增大(dà); 當q<ϕ時,ξ₁₂和ξ₁₃均随β的增大(dà)而增大(dà),且ξ₁₃随着θ的增大(dà)而減小(xiǎo). 3. 基于隧道分(fēn)叉處的流動分(fēn)離(lí)機制,提出了空氣流向偏轉角假設,構建了可用于預測分(fēn)叉隧道分(fēn)流局部損失系數的理論公式,與已有文獻公式相比,具有更好的預測精度.

關鍵詞組：分(fēn)叉隧道; 分(fēn)流; 局部損失機制; 流動分(fēn)離(lí)特征; 計算流體(tǐ)動力學; 理論公式

Continuum damage modeling and progressive failure analysis of a Type III composite vessel by considering the effect of autofrettage

Bin-bin Liao, Dong-liang Wang, Li-yong Jia, Jin-yang Zheng, Chao-hua Gu

DOI: 10.1631/jzus.A1800152 Downloaded: 4066 Clicked: 4462 Cited: 0 Commented: 0(p.36-49) <Full Text> <PPT> 1891

Chinese summary <23> 考慮自增強影響的III型複合材料氣瓶連續損傷模拟及漸進失效分(fēn)析

目的:成型後的金屬内膽複合材料氣瓶,即III型複合材料氣瓶(以下(xià)簡稱氣瓶),需采用自緊工(gōng)藝來提高疲勞壽命. 最佳自緊壓力是自緊工(gōng)藝的重要參數. 本文旨在建立确定最佳自緊壓力和氣瓶漸進失效的有限元方法,研究自緊後氣瓶纖維和基體(tǐ)損傷演化規律,并探讨自緊後氣瓶複合材料層和金屬内襯層的應力變化.
創新點:1. 建立針對三維氣瓶的Hashin失效準則和指數型損傷演化的漸進失效模型,并通過ABAQUS-UMAT隐式有限元方法确定氣瓶最佳自緊壓力; 2. 通過漸進失效分(fēn)析,揭示自緊後的氣瓶纖維和基體(tǐ)損傷的損傷演化規律,并闡明自緊對氣瓶漸進失效的影響.
方法:1. 基于連續損傷力學,建立三維Hashin失效準則和指數型損傷演化的漸進失效理論模型; 2. 通過ABAUQS-UMAT二次開(kāi)發用戶子程序實現漸進失效理論模型,并開(kāi)展氣瓶漸進失效計算; 3. 通過平闆拉伸算例以及與氣瓶試驗數據對比,驗證模型的準确性.
結論:1. 基體(tǐ)損傷首先出現在螺旋層,而纖維損傷首先出現在環向層. 2. 除了自緊後的洩壓階段和自緊後重新加壓至壓力值等于自緊壓力的升壓階段,有無自緊的氣瓶損傷演化規律基本一(yī)緻; 而在上述洩壓和升壓階段,基體(tǐ)損傷保持不變,說明經過自緊後的氣瓶在工(gōng)作壓力下(xià)存在基體(tǐ)損傷. 3. 當内壓壓力低于自緊壓力時,自緊工(gōng)藝才會影響氣瓶應力分(fēn)布; 且随着壓力的升高,基體(tǐ)損傷不變,内襯應力減少,纖維應力增加; 此外(wài),經過自緊的氣瓶在工(gōng)作壓力下(xià)最大(dà)環向和軸向内襯應力減少且出現在筒體(tǐ)部分(fēn)的兩端.

關鍵詞組：複合材料氣瓶; 損傷演化行爲; Hashin失效準則; 有限元分(fēn)析

A numerical investigation of the flow of nanofluids through a micro Tesla valve

Jin-yuan Qian, Min-rui Chen, Xue-ling Liu, Zhi-jiang Jin

DOI: 10.1631/jzus.A1800431 Downloaded: 4172 Clicked: 4516 Cited: 0 Commented: 0(p.50-60) <Full Text> <PPT> 1931

Chinese summary <26> 納米流體(tǐ)在微尺度特斯拉閥中(zhōng)流動的數值研究

目的:微通道以其效率高、體(tǐ)積小(xiǎo)等特點在許多領域有着越來越廣泛的應用. 特斯拉閥是一(yī)種沒有運動部件的止回閥,在微流動控制領域有着明顯的優勢. 大(dà)量研究表明,将納米流體(tǐ)運用到微尺度通道中(zhōng)可明顯提高換熱效率. 本文将二者結合,研究Al₂O₃-水納米流體(tǐ)在微尺度特斯拉閥中(zhōng)的流動特性,爲微尺度特斯拉閥以及納米流體(tǐ)的進一(yī)步研究提供參考.
創新點:1. 将特斯拉閥應用于納米流體(tǐ)的微流動控制中(zhōng); 2. 研究不同的操作條件和不同的介質特性對納米流體(tǐ)在微尺度特斯拉閥中(zhōng)流動特性的影響; 3. 研究納米流體(tǐ)在微尺度特斯拉閥中(zhōng)不同流動方向的流體(tǐ)分(fēn)布和壓力情況,并根據特斯拉閥的壓降比(反向流動壓降/正向流動壓降)來分(fēn)析特斯拉閥對微流動的控制效果.
方法:1. 建立微尺度特斯拉閥的三維模型; 2. 通過有效性驗證的數值方法,在不同操作條件和不同流動介質特性的情況下(xià),模拟納米流體(tǐ)在微尺度特斯拉閥中(zhōng)正反兩個方向的流動; 3. 根據流體(tǐ)在流動過程中(zhōng)的分(fēn)布以及壓力的變化情況,分(fēn)析溫度、流體(tǐ)流量和納米顆粒體(tǐ)積分(fēn)數對納米流體(tǐ)在微尺度特斯拉閥中(zhōng)流動特性的影響.
結論:1. 納米流體(tǐ)在特斯拉閥中(zhōng)正向流動時,大(dà)部分(fēn)流體(tǐ)進入了分(fēn)叉段中(zhōng)的直通道; 而反向流動時,大(dà)部分(fēn)流體(tǐ)進入了分(fēn)叉段中(zhōng)的弧形通道,并且随着流量、溫度和納米顆粒體(tǐ)積分(fēn)數的增加,主流量的百分(fēn)比增加. 2. 當納米流體(tǐ)反向流動時,在弧形通道出口處的射流對壓降的影響非常明顯,這是導緻反向流動壓降大(dà)于正向流動的重要原因. 3. 特斯拉閥的壓降比受流量的影響最顯著; 在本文的研究範圍内,壓降比随着流量的增加而線性增加.

關鍵詞組：納米流體(tǐ); 特斯拉閥; 納米顆粒; 計算流體(tǐ)動力學

Critical penetration condition and Ekman suction-extraction mechanism of a sink vortex

Da-peng Tan, Lin Li, Yin-long Zhu, Shuai Zheng, Zi-chao Yin, Dai-feng Li

DOI: 10.1631/jzus.A1800260 Downloaded: 2232 Clicked: 3637 Cited: 0 Commented: 0(p.61-72) <Full Text> <PPT> 1677

Chinese summary <26> 彙流旋渦臨界貫穿條件與Ekman抽吸演化機理

目的:提出一(yī)種自由彙流旋渦形成過程建模求解方法,得到其臨界貫穿條件,并揭示其Ekman邊界層抽吸演化機理.
創新點:1. 基于二維Rankine位勢渦理論,建立自由彙流旋渦動力學模型,得到其壓力、速度分(fēn)布; 2. 提出一(yī)種基于Helmholtz方程的彙流旋渦貫穿臨界條件求解方法; 3. 成功搭建一(yī)種基于雙目内窺技術的彙流旋渦觀測實驗平台,可實現對旋渦貫穿及Ekman抽吸過程的精确觀測.
方法:1. 将彙流旋渦定義爲渦核與核外(wài)流兩部分(fēn),并基于Bernoulli方程與Lamb-ΓΡΟΜΕΚΟ方程得到彙流旋渦界面形狀及壓力、速度分(fēn)布; 2. 基于上述動力學模型,結合Helmholtz渦量動力學方程,利用分(fēn)離(lí)變量積分(fēn)方法,得到旋渦形成軸向速度與深度的解析關系表達式; 3. 基于粒子圖像測速(PIV)方法,結合雙目内窺技術,實現對彙流旋渦臨界貫穿與邊界層抽吸的流動細節特征的實時追蹤.
結論:1. 彙流旋渦臨界貫穿條件是一(yī)個解集,這是由不同的流場初始擾動條件造成的; 2. 旋渦抽吸孔最低點的高度由容器的幾何參數決定,與初始擾動速度無關; 3. 若初始擾動增強,旋渦深度與Ekman層厚度增加,但在抽吸過程中(zhōng)的邊界層渦量強度有減弱趨勢; 4. PIV實驗驗證了上述理論結果的正确性,并觀測到旋渦半徑邊界與渦量集聚現象.

關鍵詞組：彙流旋渦; 臨界貫穿條件; Ekman邊界層; 抽吸演化機理

Variable bead width of material extrusion-based additive manufacturing

Jun Wang, Ting-wei Chen, Yu-an Jin, Yong He

DOI: 10.1631/jzus.A1700236 Downloaded: 3002 Clicked: 10484 Cited: 0 Commented: 0(p.73-82) <Full Text>

Chinese summary <26> 面向材料擠出成型增材制造的自适應絲寬研究

目的:材料擠出成型增材制造技術在成形質量與加工(gōng)效率方面仍有很大(dà)的提升空間. 本文通過探究成形過程中(zhōng)的關鍵參數(打印速度和施加氣壓)對擠出絲寬的影響,研究實現可變絲寬的方法,提出自适應絲寬在提升工(gōng)藝方面的應用,從而提高該工(gōng)藝的适用性.
創新點:1. 通過實驗與物(wù)理模型結合的方法,推導關鍵參數與絲寬的函數關系; 2. 基于增材制造技術的工(gōng)藝特點,提出自适應絲寬在該工(gōng)藝中(zhōng)的典型應用.
方法:1. 通過物(wù)理模型分(fēn)析與數學推導,構建擠出絲寬與關鍵過程參數的函數關系,得到衆多過程參數中(zhōng)對絲寬影響最爲顯著的兩個參數; 2. 通過實驗分(fēn)析與對比,對構建的數學模型進行驗證; 3. 提出自适應可變絲寬的實現方法及典型應用的實施方案.
結論:1. 擠出成型增材制造技術可以通過參數調節獲得可控的擠出絲寬; 2. 兩大(dà)關鍵工(gōng)藝參數與絲寬之間存在關聯函數; 3. 運用自适應可變絲寬可以提高工(gōng)藝的适用性.

關鍵詞組：擠出成型; 工(gōng)藝參數; 可變絲寬; 典型應用