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.12 P.893-990

<<< CONTENTS >>>

Special Feature on Mixing and Combustion in Superson-ic/Hypersonic Flows (Guest Editor-in-Chief: Wei HUANG; Guest Editors: Jun-tao CHANG, Li YAN)

Control-oriented low-speed dynamic modeling and trade-off analysis of air-breathing aerospace vehicles

Hai-dong Shen, Rui Cao, Yan-bin Liu, Fei-teng Jin, Yu-ping Lu

DOI: 10.1631/jzus.A1900366 Downloaded: 2208 Clicked: 4996 Cited: 0 Commented: 0(p.893-907) <Full Text> <PPT> 1838

Chinese summary <28> 面向控制的空天飛行器低速段動力學建模及性能折衷分(fēn)析

目的:水平起降空天飛行器需兼顧高速巡航和低速起降性能. 本文旨在構建一(yī)種面向控制的空天飛行器低速段動力學建模與叠代分(fēn)析流程,探究質心位置對空天飛行器穩定性及控制性能的影響,并在保證空天飛行器水平起降能力的約束下(xià),叠代獲得合理的飛行器質心位置.
創新點:1. 結合幾何外(wài)形參數化方法、勢流理論和0維混合排氣渦扇發動機建模方法實現空天飛行器低速段氣動/推進性能數據的快速獲取; 2. 基于所獲得的氣動/推進性能數據,開(kāi)展代理建模研究,獲得适用于性能分(fēn)析及控制器設計需要的氣動力/力矩系數代理模型; 3. 基于可變質心的氣動力/力矩系數代理模型進行空天飛行器水平起降性能分(fēn)析及質心位置叠代設計.
方法:1. 通過形狀/類型函數法建立空天飛行器幾何參數化模型; 2. 基于勢流理論和0維渦扇發動機理論快速獲取空天飛行器低速段氣動/推進性能數據; 3. 通過代理模型技術,獲得不同質心位置下(xià)的飛行器氣動力/力矩系數拟合表達式,并基于該表達式确定符合水平起降約束的質心位置.
結論:1. 空天飛行器研究中(zhōng),需綜合考慮高低速性能,并協調水平起降、穩定性和控制性能等多方面指标; 2. 本文所提出的空天飛行器概念方案,滿足擡頭、觸地約束的質心範圍在距機頭65%機身長度處; 3. 本文所提出的面向控制建模與性能分(fēn)析流程可以滿足空天飛行器概念方案階段數據快速獲取、方案快速叠代優化的要求.

關鍵詞組：面向控制建模; 水平起降; 穩定性與控制分(fēn)析; 性能折衷分(fēn)析

Development of skeletal chemical mechanisms with coupled species sensitivity analysis method

Rui Li, Guo-qiang He, Fei Qin, Xiang-geng Wei, Duo Zhang, Ya-jun Wang, Bing Liu

DOI: 10.1631/jzus.A1900388 Downloaded: 2165 Clicked: 3495 Cited: 0 Commented: 0(p.908-917) <Full Text> <PPT> 1801

Chinese summary <27> 燃燒化學動力學機理的框架簡化:組分(fēn)耦合的靈敏性分(fēn)析簡化方法

目的:發動機燃燒數值模拟需要高精度的、尺寸合适的化學反應機理,因此需要對複雜(zá)的詳細化學反應機理進行簡化. 由于現有的靈敏性分(fēn)析簡化方法效率低且計算時間長,因此本文希望得出一(yī)種效率更高、計算時間更短的靈敏性分(fēn)析簡化方法.
創新點:1. 利用直接關系圖簡化方法中(zhōng)的相互作用系數計算待删除組分(fēn)之間的相互耦合關系,提出了組分(fēn)耦合的靈敏性分(fēn)析簡化方法; 耦合關系較大(dà)的兩個組分(fēn)被視爲一(yī)個整體(tǐ),有助于提高靈敏性分(fēn)析簡化的效率、縮短計算時間. 2. 得到了較小(xiǎo)尺寸的乙烯(33組分(fēn))和正庚烷(79組分(fēn))框架燃燒反應機理.
方法:1. 提出組分(fēn)耦合的靈敏性分(fēn)析簡化方法,即先利用直接關系圖簡化方法中(zhōng)的相互作用系數計算待删除組分(fēn)之間的相互耦合關系(公式(2)和(3),圖2); 在簡化過程中(zhōng),耦合關系較大(dà)的兩個組分(fēn)被視爲一(yī)個整體(tǐ)被删除. 2. 通過0維和一(yī)維計算驗證得到的簡化化學反應機理的精度.
結論:1. 本文所提出的組分(fēn)耦合的靈敏性分(fēn)析簡化方法提高了靈敏性分(fēn)析簡化的效率、縮短了計算時間. 2. 利用此方法對含有111組分(fēn)和784基元反應的乙烯以及561組分(fēn)和2539基元反應的正庚烷的燃燒化學機理進行簡化,最終得到33組分(fēn)的乙烯框架機理和79組分(fēn)和339基元反應的正庚烷框架反應機理. 3. 在較寬的工(gōng)況範圍内對得到的框架機理進行點火(huǒ)延時、層流火(huǒ)焰傳播速度、溫度曲線、組分(fēn)濃度和反應的靈敏性分(fēn)析等燃燒特性參數的驗證與分(fēn)析,結果表明得到的框架機理具有較高的精度和較小(xiǎo)的尺寸,适用于燃燒數值模拟.

關鍵詞組：燃燒化學反應機理; 框架簡化; 靈敏性分(fēn)析; 直接關系圖法; 計算流體(tǐ)動力學

Novel integration methodology for an inward turning waverider forebody/inlet

Wen-hao Zhang, Jun Liu, Feng Ding, Wei Huang

DOI: 10.1631/jzus.A1900334 Downloaded: 2414 Clicked: 3408 Cited: 0 Commented: 0(p.918-926) <Full Text> <PPT> 1778

Chinese summary <28> 新型内轉式乘波前體(tǐ)-進氣道一(yī)體(tǐ)化設計方法

目的:針對高超聲速飛行過程中(zhōng)機體(tǐ)前緣和進氣道之間相互影響的問題,本文從頭部進氣的角度出發,利用内轉式進氣道高總壓恢複系數和高壓縮效率的特性,探索前體(tǐ)與進氣道的一(yī)體(tǐ)化設計.
創新點:1. 提出一(yī)種内轉式軸對稱基準流場的構建方法,并設計生(shēng)成内轉式進氣道; 2. 設計内轉式乘波前體(tǐ)/進氣道一(yī)體(tǐ)化構型,并提出将進氣道進口型線劃分(fēn)爲前體(tǐ)前緣型線(FCC)和進氣道唇口型線(LCC).
方法:1. 構建内轉式軸對稱基準流場(圖9); 2. 在基準流場中(zhōng)生(shēng)成内轉式進氣道并設計構造進氣道外(wài)表面(圖13); 3. 通過仿真模拟,驗證所提方法及原理的正确性和有效性(圖15~20).
結論:1. 基于特征線理論,設計并求解内轉式乘波前體(tǐ)/進氣道軸對稱基準流模型(IARFM),同時設計并生(shēng)成了内轉式進氣道和外(wài)壁面; 提出将進氣道進口型線劃分(fēn)爲前體(tǐ)前緣型線(FCC)和進氣道唇口型線(LCC). 2. 提出了内轉式乘波前體(tǐ)/進氣道(ITWF)的一(yī)體(tǐ)化設計方法,并通過對無粘數值模拟結果與理論設計值的比較,驗證了設計方法的正确性和有效性. 3. 經過分(fēn)析可知(zhī),激波形狀和位置的數值模拟結果與基準流模型吻合較好. 這些結果驗證了無粘流設計條件下(xià)的一(yī)體(tǐ)化設計過程的正确性,且該一(yī)體(tǐ)化結構具有較高的總壓恢複系數和氣流捕獲效率.

關鍵詞組：高超聲速; 内轉式乘波前體(tǐ)/進氣道; 軸對稱基準流場模型; 流線追蹤

Special Feature on Selected Papers of the 8th International Congress on Environmental Geotechnics (8ICEG) (Guest Editor-in-Chief: Yan-jun DU; Guest Editors: Liang-tong ZHAN, Yu-chao LI)

Review: Mechanisms of settlement in municipal solid waste landfills

William Powrie, Xiao-bing Xu, David Richards, Liang-tong Zhan, Yun-min Chen

DOI: 10.1631/jzus.A1900315 Downloaded: 2798 Clicked: 3639 Cited: 0 Commented: 1(p.927-947) <Full Text> <PPT> 1785

Chinese summary <25> 城市固體(tǐ)廢棄物(wù)填埋場沉降機理

目的:幫助填埋場工(gōng)程方面的學者和工(gōng)程師更全面地了解城市固體(tǐ)廢棄物(wù)的沉降機理.
創新點:揭示填埋場城市固體(tǐ)廢棄物(wù)的沉降機理,明确沉降計算模型的參數确定方法和不确定因素.
結論:1. 填埋場城市固體(tǐ)廢棄物(wù)的沉降機理不同于傳統土體(tǐ),這主要是固相顆粒的可壓縮性、可降解性以及孔隙流體(tǐ)的可壓縮性不同導緻的. 2. 可以将沉降劃分(fēn)爲瞬時壓縮、主壓縮、蠕變次壓縮和降解次壓縮,并分(fēn)别進行計算; 這些計算模型雖然帶有經驗性,但具有很好的實用性. 3. 能更好反映沉降機理的模型需要耦合填埋場城市固體(tǐ)廢棄物(wù)的降解、壓縮和液氣運移. 4. 這些耦合模型能分(fēn)析更複雜(zá)的工(gōng)況,但其模型參數的确定更具挑戰性.

關鍵詞組：城市固體(tǐ)廢棄物(wù); 降解; 沉降; 壓縮; 蠕變

Influence of wet-dry cycles on vertical cutoff walls made of reactive magnesia-slag-bentonite-soil mixtures

Hao-liang Wu, Fei Jin, Yan-jun Du

DOI: 10.1631/jzus.A1900300 Downloaded: 2023 Clicked: 2928 Cited: 0 Commented: 0(p.948-960) <Full Text> <PPT> 1595

Chinese summary <20> 幹濕循環作用下(xià)氧化鎂激發礦渣-膨潤土豎向隔離(lí)牆耐久特性研究

目的:1. 研究幹濕循環作用下(xià)氧化鎂激發礦渣-膨潤土(MSB)豎向隔離(lí)牆的耐久特性. 2. 探讨幹濕循環過程中(zhōng)循環級數對隔離(lí)牆的質量變化、幹密度、pH值、無側限抗壓強度、孔隙結構和微觀産物(wù)等的影響,并探究MSB的服役性能.
創新點:1. 通過幹濕循環作用,揭示新型MSB隔離(lí)牆與傳統水泥基(OPC)隔離(lí)牆的耐久性差異; 2. 通過微觀分(fēn)析,成功測定新型MSB隔離(lí)牆幹濕循環後形成的水化産物(wù).
方法:1. 通過宏觀實驗分(fēn)析,在幹濕循環作用下(xià)比較MSB隔離(lí)牆和OPC隔離(lí)牆的質量、幹密度、pH值和無側限抗壓強度等參數的變化情況(圖2和4~6); 2. 通過微觀分(fēn)析,研究MSB隔離(lí)牆中(zhōng)氧化鎂激發高爐礦渣(GGBS-MgO)和膨潤土的摻量對空隙結構的影響(圖8),并探讨幹濕循環作用如何影響碳酸鈣和碳酸鎂等水化産物(wù)的形成(圖9).
結論:1. MSB隔離(lí)牆的質量損失比OPC隔離(lí)牆高1.1%~2.1%; 2. MSB和OPC隔離(lí)牆的幹密度和pH值均随幹濕循環級數的增長而減小(xiǎo); 3. MSB和OPC隔離(lí)牆的無側限抗壓強度随幹濕循環級數的增長而降低; 4. 增加GGBS-MgO的摻量可減少2%~12%的累計進汞量,而增加膨潤土的摻量會增加4.6%~7.9%的進汞量; 5. 幹濕循環可加速碳酸鈣和碳酸鎂等水化産物(wù)的形成.

關鍵詞組：豎向隔離(lí)牆; 氧化鎂激發礦渣; 耐久特性; 幹濕循環; 碳化

A pore-scale numerical investigation of the effect of pore characteristics on flow properties in soils

Guang-yao Li, Sheng Dai, Liang-tong Zhan, Yun-min Chen

DOI: 10.1631/jzus.A1900255 Downloaded: 2207 Clicked: 3173 Cited: 0 Commented: 0(p.961-978) <Full Text> <PPT> 1644

Chinese summary <23> 孔隙特征對土體(tǐ)内部流動特性的影響--孔隙尺度的數值研究

目的:研究土體(tǐ)内部的流動現象對岩土、農業及地質工(gōng)程等領域具有重要意義. 本文旨在探讨孔隙的平均直徑、直徑标準差、配位數及各向異性對土體(tǐ)内部水壓、流量分(fēn)布、流動模式及關鍵流動路徑的影響,爲評估土質屏障中(zhōng)的優勢流動行爲提供依據.
創新點:1. 在孔隙尺度分(fēn)析孔隙特征對土體(tǐ)宏觀滲透率及内部流動規律的影響; 2. 評估多個孔隙特征參數(如孔隙的平均直徑、直徑标準差、配位數及三種孔隙直徑分(fēn)布形式)對土體(tǐ)内部優勢流動行爲的影響.
方法:1. 将土體(tǐ)孔隙空間簡化爲由孔隙與吼道互相連接構成的球-杆模型,并通過改變孔隙和吼道的特征參數來描述複雜(zá)的孔隙結構; 2. 利用孔隙網絡模型得到單元體(tǐ)内部水壓和流量分(fēn)布情況,爲計算土體(tǐ)固有滲透率和評估其流動特性提供基礎數據; 3. 基于擊穿路徑的概念,分(fēn)析不同孔隙特征下(xià)土體(tǐ)内部流動的迂曲和非均勻程度; 4. 通過引入吼道收縮系數,調整水平或豎直吼道直徑大(dà)小(xiǎo),評估孔隙各向異性對流動規律的影響.
結論:1. 土體(tǐ)的孔隙率和固有滲透率均随着孔隙直徑平均值的增大(dà)、标準差的減小(xiǎo)及配位數的增大(dà)而增大(dà). 2. 孔隙直徑的變異系數(COV)越高,土體(tǐ)内部水壓和流量的分(fēn)布越不均勻; 配位數的提高會削弱水壓的局部化分(fēn)布但會提高流量的不均勻程度. 3.随着COV的提高,擊穿路徑變得更加曲折; 當COV由0增加到1.0時,擊穿路徑的迂曲度由1.00增加到大(dà)約1.71,擊穿路徑承擔的流量占總流量的比值由2.0%提高到7.8%. 4. 水平與豎直吼道直徑比值的提高,也會導緻擊穿路徑迂曲度的提高; 水平與豎直固有滲透率的比值和水平與豎直吼道直徑的比值呈雙對數線性相關.

關鍵詞組：孔隙網絡模型; 固有滲透率; 流動特性; 孔隙特征

Effects of clay content on the volumetric behavior of loess under heating-cooling cycles

Qing-yi Mu, Charles Wang-wai Ng, Chao Zhou, Gordon Gong-dan Zhou

DOI: 10.1631/jzus.A1900274 Downloaded: 1993 Clicked: 3038 Cited: 0 Commented: 0(p.979-990) <Full Text>

Chinese summary <26> 循環溫度荷載下(xià)黏粒含量對黃土變形特性的影響

目的:1. 探讨加熱-降溫循環溫度荷載下(xià)黃土中(zhōng)黏土礦物(wù)對其變形特性的影響,包括累積塑性壓縮變形和熱膨脹系數. 2. 研究黃土由于施加溫度荷載産生(shēng)變形的微觀機理.
創新點:1. 明确了對黃土由溫度荷載引起累積塑性變形具有重要影響的礦物(wù)成分(fēn); 2. 研究得到黃土由于施加溫度荷載産生(shēng)變形的微觀機理.
方法:1. 通過溶液沉積法,分(fēn)離(lí)黃土中(zhōng)的黏土礦物(wù),并制備出三種不同黏土礦物(wù)含量的黃土測試樣品; 2. 通過溫控一(yī)維固結儀,測試不同黏土礦物(wù)含量的黃土在循環溫度荷載下(xià)的累積塑性變形和熱膨脹系數; 3. 通過掃描電鏡試驗和礦物(wù)成分(fēn)測試,研究黃土由于施加溫度荷載産生(shēng)變形的微觀機理.
結論:1. 黃土中(zhōng)所含伊利石、綠泥石、高嶺石和蒙脫石等黏土礦物(wù)對其由于施加溫度荷載所産生(shēng)的累積塑性變形具有重要影響; 2. 黃土孔隙比對其由溫度荷載引起的累積塑性變形和熱膨脹系數影響較小(xiǎo).

關鍵詞組：黃土; 變形; 黏土礦物(wù); 循環溫度荷載