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.8 P.553-638

<<< CONTENTS >>>

Articles

Scale-resolving simulation and particle image velocimetry validation of the flow around a marine propeller

Chun-bao Liu, Jing Li, Yuan Li, Tong-jian Wang

DOI: 10.1631/jzus.A1900165 Downloaded: 2363 Clicked: 3880 Cited: 0 Commented: 0(p.553-563) <Full Text> <PPT> 1697

Chinese summary <22> 船用螺旋槳流動尺度解析模拟與粒子圖像測速驗證

目的:船用螺旋槳性能評估中(zhōng)常用的雷諾平均方法(RANS)存在許多難題,特别是在處理邊界層發展、尺度效應、翼尖和輪毂渦等複雜(zá)流動現象時. 本文使用動态大(dà)渦模拟(DLES)、延遲分(fēn)離(lí)渦模拟(DDES)和應力混合渦模拟(SBES)三種尺度解析模拟(SRS)方法,以提高流動特性預測的準确性.
創新點:1. 通過SRS方法詳細地描述螺旋槳流場的不規則和多尺度湍流結構; 2. 通過粒子圖像測速(PIV)試驗,分(fēn)析縮比螺旋槳的真實流場.
方法:1. 考慮葉片的周期分(fēn)布和計算消耗,提取1/5的螺旋槳計算區域,并采用局部網格細化方法,獲得分(fēn)辨率足夠高的網格模型(圖1); 通過仿真結果與已有試驗數據的對比,驗證SRS方法在螺旋槳性能預測方面的可行性與有效性(圖3). 2. 通過搭建PIV試驗裝置(圖4),得到縮比螺旋槳在特定橫截面上的速度和渦量分(fēn)布情況下(xià)的尾流演變(圖9和10),從而分(fēn)析SRS方法對流場結構的捕捉能力.
結論:1. 通過定量和定性分(fēn)析發現,SRS方法在預測特征參數和捕捉流場信息方面表現良好,特别是值得重點關注的SBES模型; 2.作爲一(yī)種可視化流場分(fēn)析工(gōng)具,PIV測量方法可以爲螺旋槳等旋轉機械的設計和性能改進提供一(yī)定的參考依據.

關鍵詞組：螺旋槳; 數值模拟; 尺度分(fēn)辨模拟; PIV試驗

Evolution and distribution characteristics of fluorine during the incineration of fluorine-containing waste in a hazardous waste incinerator

Wen-han Li, Zeng-yi Ma, Jian-hua Yan, Qun-xing Huang, Xu-guang Jiang

DOI: 10.1631/jzus.A1900086 Downloaded: 2211 Clicked: 4470 Cited: 0 Commented: 0(p.564-576) <Full Text> <PPT> 1644

Chinese summary <24> 危險廢物(wù)焚燒爐含氟廢物(wù)焚燒過程中(zhōng)氟的演化及分(fēn)布特征

目的:含氟廢物(wù)焚燒過程排放(fàng)的氟化物(wù)會危害人體(tǐ)健康,造成環境污染. 本文旨在探究含氟廢物(wù)焚燒過程中(zhōng)氟的析出特性、氟在焚燒系統中(zhōng)的分(fēn)布特征以及氟在焚燒灰渣中(zhōng)的賦存形态. 這對評估含氟廢物(wù)在焚燒過程中(zhōng)造成的氟污染以及污染控制具有重要意義.
創新點:1. 系統研究了氟在焚燒過程中(zhōng)的釋放(fàng)特征以及氟在整個焚燒系統中(zhōng)的質量流,對評估焚燒過程中(zhōng)的氟污染及污染控制具有重要意義; 2. 系統研究了焚燒灰渣中(zhōng)氟的賦存形态,爲後續灰渣中(zhōng)氟污染控制研究奠定基礎.
方法:1. 采用熱重紅外(wài)聯用方法,分(fēn)析研究含氟廢物(wù)熱解過程中(zhōng)氟的析出特性(圖4和6); 2. 采用高溫燃燒水解-離(lí)子色譜的方法,測定焚燒灰渣中(zhōng)的氟含量,并結合灰渣量等數據,得到氟在焚燒系統的分(fēn)布特征(圖10和11); 3. 采用連續化學萃取法,得到焚燒灰渣中(zhōng)氟的賦存形态(圖12和13).
結論: 1. 熱解過程中(zhōng),含氟廢物(wù)中(zhōng)氟主要以氟化氫和氟化矽形式釋放(fàng); 氟化氫的釋放(fàng)可以分(fēn)爲3個溫度區:123.5~757.5 °C、757.5~959.6 °C及959.6 °C以上; 氟化矽的釋放(fàng)主要集中(zhōng)在132.6~684.0 °C. 2. 焚燒過程中(zhōng),超過79.17%的氟被濕法脫酸系統吸收,不到20.73%的氟存在于焚燒灰渣中(zhōng); 排放(fàng)到大(dà)氣中(zhōng)的氟占比小(xiǎo)于0.12%. 3. 底渣和燃盡室灰中(zhōng)的氟主要以殘餘态存在; 餘熱鍋爐灰和布袋飛灰中(zhōng)水溶态、交換态和酸溶态氟的比例之和均在80%以上.

關鍵詞組：氟污染; 危廢焚燒; 含氟廢物(wù); 釋放(fàng)特性; 分(fēn)布特性

Design guidelines for fluid-elastic instability of tube bundles subjected to two-phase cross flow

Ning Sun, Rui-jia Cheng, Ya-nan Zhang, Bao-qing Liu, Bengt Sunden

DOI: 10.1631/jzus.A1900129 Downloaded: 2312 Clicked: 3463 Cited: 0 Commented: 0(p.577-589) <Full Text> <PPT> 1565

Chinese summary <19> 兩相橫向流中(zhōng)管束彈性不穩定性的設計準則

目的:流體(tǐ)彈性不穩定性是引起換熱器管束振動失效的最主要原因. 鑒于目前有關兩相橫向流誘發管束彈性不穩定性的設計準則尚無一(yī)緻結論,本文采用空氣-水兩相流體(tǐ)系,考察不同參數條件下(xià)換熱器管束的彈性不穩定性.
創新點:1. 從避免發生(shēng)彈性不穩定性的角度,确定适宜的管束排列方式和節徑比; 2. 建立基于Connors 準則的不穩定常數的确定方法,并提出新的推薦值.
方法:1. 實驗研究兩相流的流動條件和管束的幾何特征對管束阻尼、振動特性及彈性不穩定性的影響; 2. 采用建立穩定區圖的方法确定不穩定常數的推薦值; 3. 通過與其他研究成果的對比分(fēn)析,驗證本文推薦的不穩定常數的合理性和可靠性.
結論:1. 相比于阻力方向,升力方向上的阻尼比更小(xiǎo),也更易發生(shēng)彈性失穩. 2. 四種排列管束的穩定性從高到低依次爲:正三角形、正方形、轉置正方形、轉置正三角形. 3. 對于正方形和正三角形排列管束,推薦不穩定常數爲4.0; 對于轉置正方形和轉置正三角形排列管束,當質量阻尼參數小(xiǎo)于或等于0.54時,推薦不穩定常數爲1.1,反之,則推薦不穩定常數爲1.5.

關鍵詞組：管束; 彈性不穩定性; 兩相橫向流; 設計準則

Effective length factor of a non-symmetrical cross-bracing system with a discontinuous diagonal

Yong Chen, Yong Guo, Hai-wei Xu

DOI: 10.1631/jzus.A1900169 Downloaded: 1846 Clicked: 2865 Cited: 0 Commented: 0(p.590-600) <Full Text> <PPT> 1550

Chinese summary <19> 含非連續支撐的非對稱交叉斜撐體(tǐ)系的計算長度系數

目的:非矩形平面框架緻使其交叉斜撐體(tǐ)系具有非對稱性,而采用了非連續支撐的非對稱非連續交叉支撐體(tǐ)系的面外(wài)穩定問題更爲複雜(zá). 本文旨在通過建立無量綱穩定特征方程,從理論上深入闡釋該交叉支撐體(tǐ)系的面外(wài)屈曲特征,并爲工(gōng)程設計提供顯式的壓杆計算長度系數的計算公式.
創新點:1. 建立一(yī)般情況下(xià)非對稱非連續交叉斜撐體(tǐ)系的無量綱特征方程; 2. 針對各種可能受力工(gōng)況,詳細分(fēn)析該交叉支撐體(tǐ)系的面外(wài)屈曲特征,并給出理論解釋; 3. 提出非對稱非連續交叉斜撐體(tǐ)系中(zhōng)壓杆計算長度系數的顯式經驗計算公式.
方法:1. 通過對非對稱非連續交叉支撐體(tǐ)系進行彈性面外(wài)屈曲建模,以及穩定平衡方程的無量綱化,推導出其相應的特征方程; 2. 通過變量替換,揭示其内在對稱性,從而爲經驗公式的構造提供依據; 3. 針對各種受力工(gōng)況,進行求解域分(fēn)析和确定,完成特征方程的求解,以進行面外(wài)屈曲特征分(fēn)析,并提出壓杆計算長度系數的經驗公式; 4. 利用經驗公式對多個實例進行計算,并與基于有限元的剛度法結果以及以往的文獻數據進行比較,以驗證經驗公式的可靠性.
結論:1. 推導出了非對稱非連續交叉斜撐體(tǐ)系的特征方程; 采用無量綱參數後,該方程具有一(yī)般性. 2. 通過變量替換,該方程可以轉換爲與單軸幾何對稱交叉斜撐相同的特征方程形式. 3. 當交叉斜撐中(zhōng)的連續杆和非連續杆同時受壓時,非連續杆将率先失穩. 4. 針對各種受力工(gōng)況,提出了交叉支撐體(tǐ)系的壓杆計算長度系數的顯式經驗公式,且計算結果兼具可靠性和準确性.

關鍵詞組：非對稱交叉支撐體(tǐ)系; 非連續支撐; 面外(wài)屈曲分(fēn)析; 計算長度系數

Mass transfer enhancement of hollow fiber membrane deoxygenation by Dean vortices

Qing-ran Kong, Yi-zhen Zhang, Hua Tian, Li-feng Fang, Ming-yong Zhou, Li-ping Zhu, Bao-ku Zhu

DOI: 10.1631/jzus.A1900181 Downloaded: 1940 Clicked: 3317 Cited: 0 Commented: 0(p.601-613) <Full Text> <PPT> 1752

Chinese summary <18> 中(zhōng)空纖維膜脫氧過程中(zhōng) Dean 渦強化傳質研究

目的:在螺旋中(zhōng)空纖維膜脫氧過程中(zhōng)引入了Dean渦,與線型中(zhōng)空纖維膜脫氧過程相比傳質速率顯著提升. 本文旨在建立新的螺旋中(zhōng)空纖維膜脫氧過程傳質模型,探讨管程流體(tǐ)雷諾數、中(zhōng)空纖維膜結構參數、殼程真空度和操作溫度對Dean渦強化傳質效果的影響,并優化螺旋中(zhōng)空纖維膜脫氧過程操作參數.
創新點:1. 建立新的螺旋中(zhōng)空纖維膜脫氧過程傳質模型; 2. 該傳質模型可以應用于任何螺旋中(zhōng)空纖維膜氣-液過程的傳質行爲描述.
方法:1. 實驗研究管程流體(tǐ)雷諾數、中(zhōng)空纖維膜結構參數、殼程真空度和操作溫度對Dean渦強化傳質效果的影響,并與線型中(zhōng)空纖維膜傳質進行對比. 2. 利用螺旋坐标系下(xià)的質量連續性方程以及Dean渦的攝動解描述管程溶質的傳質行爲; 利用改進的塵氣模型描述膜孔道内多組份氣體(tǐ)的擴散行爲; 耦合建立新的螺旋中(zhōng)空纖維膜脫氧過程傳質模型,并與實驗結果進行比較. 3. 模拟脫氧過程的氧、氮、水三種組分(fēn)的濃度分(fēn)布,優化螺旋中(zhōng)空纖維膜脫氧過程的膜結構參數和操作參數.
結論:1. 實驗和模拟結果均證實Dean渦可以有效提升脫氧傳質速率,最大(dà)傳質增強因子爲2.2. 2. Dean渦主要受到管程雷諾數和中(zhōng)空纖維膜曲率的影響; 當管程雷諾數較大(dà)時,中(zhōng)空纖維膜即使存在很小(xiǎo)的曲率,傳質的速率也有顯著的提升.

關鍵詞組：傳質; 中(zhōng)空纖維膜; 水脫氧; Dean渦

Mechanical, acoustical, and optical properties of several Li-Si alloys: a first-principles study

Xiao-hong Li, Hong-ling Cui, Rui-zhou Zhang

DOI: 10.1631/jzus.A1900050 Downloaded: 2163 Clicked: 3279 Cited: 0 Commented: 0(p.614-626) <Full Text> <PPT> 1665

Chinese summary <22> 锂矽合金的力學、聲學及光學性質的第一(yī)性原理研究

概要:锂矽合金作爲潛在的锂離(lí)子電池已被廣泛研究. 了解锂矽合金的力學、聲學和光學性質對于改進電池的性能非常重要. 本文從理論上研究了幾種锂矽合金的一(yī)系列特性. 研究表明,這些锂矽合金具有力學穩定性. 随着锂濃度的增加,锂矽合金中(zhōng)Si-Si鍵減少,從而使其越來越容易變形. 彈性模量的分(fēn)析表明,随着锂濃度的增加,體(tǐ)模量增加,且Li₂₂Si₅的楊氏模量各向異性最強. 楊氏模量各向異性強度的次序爲:Li₂₂Si₅>Li₁₅Si₄> LiSi>Li₁₇Si₄>Li₁₂Si₇>Li₁₃Si₄. 從聲速的各向異性分(fēn)析得知(zhī),橫向聲速小(xiǎo)于相應的縱向聲速. 立方體(tǐ)系的縱波在[111]方向最快,正交體(tǐ)系的縱波在[001]方向最快,而四方晶系的縱波在[010]方向最快. 所研究的锂矽合金的導熱性較低,且當光子能量小(xiǎo)于20 eV時,顯示出較高的各向異性.

關鍵詞組：力學特性; 導熱性; 锂離(lí)子電池; 彈性各向異性; 第一(yī)性原理計算

Correspondence

Correspondence: Effect of segments of soil-water characteristic curves on the estimated permeability function using statistical methods

Qian Zhai, Chen-feng Zhang, Guo-liang Dai, Xue-liang Zhao

DOI: 10.1631/jzus.A1900166 Downloaded: 1886 Clicked: 3067 Cited: 0 Commented: 0(p.627-633) <Full Text> <PPT> 1510

Chinese summary <21> 水-土特征曲線的分(fēn)段對估測非飽和滲透系數的影響

目的:在采用統計法估測非飽和滲透系數的過程中(zhōng),探讨水-土特征曲線分(fēn)段的不同方法和不同數量對估測結果的影響.
創新點:比較在體(tǐ)積含水量區間和土吸力區間分(fēn)割水-土特征曲線對估測非飽和滲透系數的影響; 最終建議在土吸力區間分(fēn)割水-土特征曲線.
方法:采用現有模型和數學公式,對比不同類型土質(單峰和雙峰水-土特征曲線)估測和實驗測量的非飽和滲透系數.
結論:1. 傳統的在體(tǐ)積含水量區間分(fēn)割水-土特征曲線會造成對低吸力區域的非飽和滲透系數的估測不夠精确. 2. 綜合比較單峰和雙峰的水-土特征曲線及2種不同分(fēn)割水-土特征曲線的方法,發現在分(fēn)段大(dà)于40片時,估測結果非常接近實驗結果. 因此,在采用統計法估測土體(tǐ)的非飽和滲透系數時,建議在土吸力區間對水-土特征曲線進行分(fēn)割,且分(fēn)割數量應該大(dà)于40.

關鍵詞組：滲透方程; 統計法; 間接法; 水-土特征曲線

Correspondence: Regenerative Bayesian detection of foundation constant with variable scale gradient theory

Jian Zhang, Wei Sun, Chao Jia, Feng Wang

DOI: 10.1631/jzus.A1800467 Downloaded: 1698 Clicked: 3874 Cited: 0 Commented: 0(p.634-638) <Full Text>

Chinese summary <19> 基于變尺度梯度理論地基參數的修正Bayes探索

目的:建立彈性地基參數的修正Bayes分(fēn)析模型,并獲得地基參數的變尺度優化結果.
創新點:推求地基參數的變尺度梯度優化方法,建立地基參數的修正Bayes探索分(fēn)析模型.
方法:建立修正Bayes目标函數及彈性地基參數的修正Bayes探索分(fēn)析模型,并利用變尺度梯度搜索方法進行參數的優化叠代計算.
結論:地基參數的變尺度梯度搜索分(fēn)析模型在優化過程中(zhōng)能夠穩定地收斂于地基參數的真值(圖2). 變尺度梯度優化理論能夠适時地修正空間矩陣尺度以産生(shēng)新的搜索方向,并有效地優化修正Bayes目标函數.

關鍵詞組：變尺度法; Bayes目标函數; 地基參數; 優化