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

2021 Vol.22 No.7 P.499-584

Cover:

<907>

Contents:

<864>

<<< CONTENTS >>>

Special Feature on Advanced Mechanics and Numerical Modelling of Transport Infrastructures and Materials (Lead Guest Editors: Yuqing ZHANG, Xue-cheng BIAN, Zhen LENG, Dawei WANG, Xue LUO)

Effect of thermo-oxidation on the dynamical and physical properties of ethylene-propylene-diene monomer elastomer

Ya-jian Wang, Yu-you Yang, Lin-bing Wang

DOI: 10.1631/jzus.A2000312 Downloaded: 2004 Clicked: 2983 Cited: 0 Commented: 0(p.499-513) <Full Text> <PPT> 1632

Chinese summary <28> 熱氧老化對三元乙丙橡膠動力學性能與物(wù)理性質的影響

目的:研究三元乙丙橡膠熱氧老化性能衰退分(fēn)子機制.
創新點:根據熱氧老化路徑,建立代表不同老化程度的三元乙丙分(fēn)子動力學模型,從分(fēn)子尺度解釋了宏觀力學行爲.
方法:采用分(fēn)子動力學模拟進行研究.
結論:1. 回轉半徑對自由體(tǐ)積有決定性作用,碳碳交聯塑造的回轉半徑最大(dà),其次分(fēn)别爲醚交聯、自由鏈、羟基鏈和斷鏈,因此各階段産物(wù)對應的自由體(tǐ)積依此順序減少.2. 醚交聯産物(wù)盡管具有最大(dà)的自由體(tǐ)積,但交聯約束了分(fēn)子運動,因此粘性與彈性均降低.3. 交聯産物(wù)增加玻璃化轉變溫度,自由鏈與斷鏈産物(wù)降低玻璃化轉變溫度.4. 三元乙丙熱氧化中(zhōng)期由于羟基和斷鏈産物(wù),降低了分(fēn)子間的約束力,宏觀表現爲模量減小(xiǎo),後期由于醚交聯密度增加,分(fēn)子間約束力增大(dà),宏觀表現爲模量增大(dà).

關鍵詞組：三元乙丙橡膠;熱氧老化;玻璃化轉變;自由體(tǐ)積;分(fēn)子交聯

Effects of accelerated loading on the stress response and rutting of pavements

Hai-lu Yang, Shuai-jun Wang, Ying-hao Miao, Lin-bing Wang, Feng-yan Sun

DOI: 10.1631/jzus.A2000259 Downloaded: 2013 Clicked: 3646 Cited: 0 Commented: 0(p.514-527) <Full Text> <PPT> 1681

Chinese summary <26> 加速加載對路面應力響應和車(chē)轍的影響

目的:路面加速加載試驗(APT)和計算仿真技術具有環境條件控制可調、試驗時間短、重複性好等優點,已經成爲研究道路性能非常有效的方法.然而,目前尚缺少路面分(fēn)别在常規加載和加速加載作用下(xià)的永久變形性能差異性的研究.爲了研究加速加載對路面影響,需要先對路面加速加載進行定義,并在此前提下(xià)分(fēn)析加速加載度路面車(chē)轍的影響.
創新點:1. 根據路面應變恢複時間和加載間隔時間的關系定義了對于路面車(chē)轍加速加載的效應.2. 通過有限元仿真,對比了相同車(chē)速、軸載和作用次數條件下(xià),加速加載與常規加載的對路面車(chē)轍的影響.
方法:1. 通過APT研究不同軸載、車(chē)速下(xià),路面應變、應力大(dà)小(xiǎo)和恢複時間(圖1-3);2. 建立足尺度路面和輪胎有限元模型(圖4-7),研究了更大(dà)範圍車(chē)速與軸載作用下(xià),路面動态應力、應變(圖8-11),以及不同荷載下(xià)加速加載效應形成的條件;3. 通過施加荷載函數的方法,對比加速加載和常規加載對路面車(chē)轍的影響(圖13-15).
結論:1. 根據全尺寸路面加速加載過程中(zhōng)監測到的豎向應變恢複時間,将加速加載定義爲加載循環中(zhōng)豎向應變未完全恢複即進行重複加載.相鄰兩次加載之間的時間間隔小(xiǎo)于路面應變恢複時間,則路面永久變形會加劇;2. 根據本文對加速加載的定義,加速加載現象的臨界時間間隔随着軸重的增加而減小(xiǎo).換言之,在重載下(xià),低速也可能産生(shēng)加速加載效應;3. 通過有限元仿真分(fēn)析,比較了路面在常規荷載和加速荷載作用下(xià)的車(chē)轍.在速度和作用次數相同的情況下(xià),加速加載與常規加載的車(chē)轍深度比随載荷的增大(dà)而增大(dà).當車(chē)速和載荷相同時,加速加載與常規加載的車(chē)轍深度比随加載循環次數的增加而逐漸減小(xiǎo).

關鍵詞組：路面加速加載試驗;數值模拟;有限元法;路面車(chē)轍;瀝青路面;路面變形

Molecular dynamics simulation and microscopic observation of compatibility and interphase of composited polymer modified asphalt with carbon nanotubes

Cai-hua Yu, Kui Hu, Gui-xiang Chen, Rong Chang, Yue Wang

DOI: 10.1631/jzus.A2000359 Downloaded: 2309 Clicked: 3465 Cited: 0 Commented: 0(p.528-546) <Full Text> <PPT> 1758

Chinese summary <23> 碳納米管/苯乙烯-丁二烯-苯乙烯複合改性瀝青相容性的分(fēn)子動力學模拟和微觀觀察

目的:利用碳納米管(CNT)增強苯乙烯-丁二烯-苯乙烯(SBS)改性瀝青的相容性,并利用分(fēn)子動力學模拟探索其微觀機制.
創新點:利用分(fēn)子動力學模拟從分(fēn)子尺度解釋了CNT對SBS改性瀝青相容性的增強機制,并解釋了熒光顯微鏡、掃描電鏡和車(chē)轍因子實驗的結果.
方法:本文采用分(fēn)子動力學模拟、微觀形貌觀察和動态力學分(fēn)析等方法進行研究.
結論:1. SBS将與瀝青質競争瀝青系統中(zhōng)的輕質成分(fēn),這會導緻SBS膨脹不足;2. CNT的加入大(dà)大(dà)增加了瀝青中(zhōng)各種分(fēn)子與SBS聚合物(wù)的結合能,使SBS改性的瀝青體(tǐ)系更加穩定;3. 通過對兩種改性瀝青體(tǐ)系的結合能進行T檢驗,發現CNT并沒有影響SBS和瀝青之間的弱相互作用;4. 瀝青分(fēn)子的運動主要取決于體(tǐ)系中(zhōng)分(fēn)子間的相互作用,而不是分(fēn)子表面積、分(fēn)子量和體(tǐ)積;5. CNT的加入使得芳香分(fēn)和飽和分(fēn)的分(fēn)布更加均勻,緩解了SBS和瀝青質之間的競争,促進了SBS的膨脹;6. 熒光顯微鏡、掃描電鏡和車(chē)轍實驗的結果驗證了分(fēn)子模拟的結論.

關鍵詞組：聚合物(wù)改性瀝青;碳納米管;分(fēn)子動力學;微結構特征;界面增強

Articles

Effects of the geometrical parameters of the injection nozzle on ethylene-air continuous rotating detonation

Wei-jie Fan, Jin Zhou, Shi-jie Liu, Hao-yang Peng

DOI: 10.1631/jzus.A2000314 Downloaded: 1929 Clicked: 3127 Cited: 0 Commented: 0(p.547-563) <Full Text> <PPT> 1568

Chinese summary <23> 噴孔幾何參數對乙烯-空氣連續旋轉爆震波傳播特性的影響

目的:通過數值模拟分(fēn)析乙烯-空氣連續旋轉爆震波的流場特征,探讨噴孔幾何參數(噴孔間距、噴孔出口寬度和噴孔傾斜角)對乙烯-空氣連續旋轉爆震波傳播特性的影響,爲降低乙烯-空氣連續旋轉爆震波傳播速度虧損及爆震波對上遊積氣腔的反饋壓力提供一(yī)些設計思路.
創新點:1. 采用含積氣腔和噴孔的噴注模型進行乙烯-空氣連續旋轉爆震波的數值仿真,觀察到了爆震波的模态轉換過程并定量分(fēn)析了爆震波對積氣腔的反饋壓力;2. 通過改變噴孔的傾斜角,在提高爆震波傳播速度的同時減小(xiǎo)了積氣腔内的反饋壓力.
方法:1. 通過FLUENT進行數值仿真,分(fēn)析乙烯-空氣連續旋轉爆震波的基本流場結構(圖7和9)和爆震波傳播模态的轉換過程(圖17).2. 通過在積氣腔和燃燒室内設置壓力監測點,得到積氣腔和燃燒室内的壓力記錄曲線(圖8、10、13、14、18和20);通過壓力曲線,計算爆震波的平均傳播速度和積氣腔内壓力的相對标準差.3. 通過對比分(fēn)析,總結噴孔幾何參數對爆震波傳播速度和積氣腔内反饋壓力的影響(圖11、15和19).
結論:1. 噴孔間距對連續旋轉爆震波的強度和積氣腔的反饋壓力都有影響;較小(xiǎo)的噴孔間距有助于提高爆震波的強度,但也會引起積氣腔内更高的反饋壓力.2. 随着噴孔出口寬度的增大(dà),爆震波的強度增強,也使積氣腔内的反饋壓力顯著增加.3. 噴孔傾斜角對爆震波的傳播特性和積氣腔内的反饋壓力有重要影響:當噴孔沿爆震波傳播方向傾斜時,爆震波的傳播速度明顯提高;反之,爆震波的傳播速度明顯降低.采用傾斜噴注時,積氣腔内的反饋壓力顯著降低,并且噴管傾斜程度越大(dà),積氣腔内的壓力越穩定.4. 傾斜噴注可以引起爆震波傳播模态的轉變;當傾斜角爲30°時,出現了同向雙波傳播模态.5. 預着火(huǒ)産生(shēng)的熱點和預混氣沿爆震波傳播方向的分(fēn)速度有利于形成新的爆震波.

關鍵詞組：連續旋轉爆震波;乙烯-空氣組合;噴孔;反饋壓力

Very-large eddy simulation of the rotational effects on turbulent flow in a ribbed channel

Hao Qian, Tao Guo, Xing-si Han, Jun-kui Mao

DOI: 10.1631/jzus.A2000175 Downloaded: 2182 Clicked: 3877 Cited: 0 Commented: 0(p.564-584) <Full Text> <PPT> 1791

Chinese summary <26> 通過超大(dà)渦數值模拟研究旋轉對帶肋通道流動特性的影響

目的:1. 根據湍流理論,本文旨在發展出一(yī)種精度高、計算資(zī)源需求較小(xiǎo)的湍流模型方法,即超大(dà)渦模拟方法(VLES),并将其應用于帶肋葉片内部通道的複雜(zá)湍流流動計算;2. 分(fēn)析旋轉效應對湍流特性的影響,驗證VLES方法在旋轉條件下(xià)的計算可靠性,以期爲渦輪葉片内部冷卻設計提供參考依據.
創新點:1. 發展并驗證了精度高、資(zī)源需求小(xiǎo)的新型超大(dà)渦模拟方法VLES;2. 應用VLES研究旋轉工(gōng)況下(xià)的高雷諾數大(dà)分(fēn)離(lí)流動,分(fēn)析湍流演化特性,成功實現了對不同旋轉狀态下(xià)高雷諾數湍流結構的精确預測.
方法:1. 通過對比靜止狀态下(xià)帶肋通道中(zhōng)湍流流場的計算值和實驗值,驗證VLES方法在高雷諾數湍流流動中(zhōng)的可靠性;2. 通過對比旋轉狀态下(xià)帶肋通道中(zhōng)湍流流場的計算值和實驗值,驗證VLES方法在旋轉狀況下(xià)的可靠性;3. 應用VLES方法探究靜止狀态與旋轉狀态下(xià)分(fēn)離(lí)流動結構的差異,分(fēn)析流動演化規律和機制;4. 應用VLES方法探究不同旋轉數下(xià)流動結構的變化,爲工(gōng)程實際應用提供支撐.
結論:1. 針對靜止狀态和旋轉狀态下(xià)Re=10⁵的高雷諾數帶肋通道湍流流動,VLES方法計算的不同位置的時均速度和脈動速度結果與實驗數據非常吻合,表明在高雷諾數旋轉狀态下(xià),VLES方法在帶肋通道大(dà)分(fēn)離(lí)流動計算中(zhōng)的準确性和可靠性較高.2. 與靜止狀态和旋轉狀态下(xià)帶肋通道實驗數據相比,延遲分(fēn)離(lí)渦(DDES)方法預測的結果較爲準确;但與VLES方法相比,DDES方法直接解析的湍流結構較少,即DDES方法隻能捕捉較大(dà)的渦結構.3. 雷諾平均(RANS)方法中(zhōng)的k-ω剪切應力輸運模型、标準k-ε模型和雷諾應力模型在預測靜态平均流場方面具有一(yī)定的準确性,但所有RANS模型在旋轉狀态下(xià)的湍流預測結果與實驗結果偏差較大(dà),尤其是脈動速度預測;這表明在将RANS方法應用到旋轉帶肋通道的數值計算之前,需要仔細驗證RANS方法.4. 旋轉對帶肋通道的流動結構有重要影響;主流區域移向壓力側,與壓力側剪切層混合,并産生(shēng)較強的動量交換;旋轉顯著改變了肋後的分(fēn)離(lí)、再附着區域的位置和長度;由旋轉引起的二次流在通道内部引起了明顯的反向對轉漩渦結構.5. 随着旋轉數的增加,旋轉效應不斷增強,主流速度随之增加,且吸力側的分(fēn)離(lí)區域顯著增大(dà).

關鍵詞組：超大(dà)渦模拟;旋轉效應;帶肋通道;非穩态流動;渦輪葉片