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

2022 Vol.23 No.5 P.335-420

Cover:

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Contents:

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<<< CONTENTS >>>

Review

Review: Recycling Bayer and sintering red muds in brick production: a review

Yu-jia XIAO, Michelle TIONG, Kim Hung MO, Ming-zhi GUO, Tung-chai LING

DOI: 10.1631/jzus.A2100476 Downloaded: 1371 Clicked: 1267 Cited: 0 Commented: 0(p.335-357) <Full Text> <PPT> 289

Chinese summary <27> 綜述：拜耳法和燒結法赤泥在磚塊産業中(zhōng)的回收利用現狀

作者：肖玉佳¹，張敏¹，巫金恒²，郭明志(zhì)³，林忠财¹
機構：¹湖南(nán)大(dà)學，土木工(gōng)程學院，中(zhōng)國長沙，410082；²馬來亞大(dà)學，工(gōng)程學院，土木工(gōng)程系，馬來西亞吉隆坡，50603；³河海大(dà)學，力學與材料學院，中(zhōng)國南(nán)京，210098
創新點：清晰地展示了目前赤泥磚塊的三大(dà)類型，并通過對不同磚塊的性能進行對比讨論，提出了各類磚塊存在的優缺點和未來的發展趨勢。
方法：1.分(fēn)析赤泥的物(wù)理化學特性，并将其按照生(shēng)産方式分(fēn)爲拜法耳赤泥（BRM）和燒結法赤泥（SRM）（圖2）；2.将磚塊按照生(shēng)産方法分(fēn)爲燒結磚，水泥磚和地聚磚（表9）；3.分(fēn)别讨論兩種赤泥應用于三種磚塊的生(shēng)産研究現狀。
結論：1.高堿性的BRM特别适合用來生(shēng)産燒結磚和地聚磚；SRM含有一(yī)些膠凝物(wù)相和較多的矽酸二鈣，具有一(yī)定的水化活性，因此适合用來生(shēng)産水泥磚。2.赤泥生(shēng)産的地聚磚因強度較高（可達51MPa）、耐久性較好（無風化）、能耗低、二氧化碳排放(fàng)少等優點，成爲未來赤泥回收利用的一(yī)大(dà)潛力研究方向。

關鍵詞組：鋁土礦殘渣；赤泥；燒結磚；水泥磚；地聚磚；建築材料

Research Articles

An analytical investigation of the collapse of asymmetrically corroded pipes under external pressure

Sun-ting YAN, Ping TANG, Zhang-wei LING, Yong-gui CHEN

DOI: 10.1631/jzus.A2100487 Downloaded: 1488 Clicked: 1755 Cited: 0 Commented: 0(p.358-374) <Full Text> <PPT> 273

Chinese summary <27> 外(wài)壓下(xià)非對稱腐蝕管道的垮塌理論研究

作者：顔孫挺，唐萍，淩張偉，陳永貴
機構：浙江省特種設備科學研究院，中(zhōng)國杭州，310020
目的：腐蝕缺陷削弱管道的極限承載外(wài)壓。本文旨在探讨非對稱腐蝕形态下(xià)管道極限外(wài)壓的理論計算方法。
創新點：1.建立非對稱腐蝕管道在外(wài)壓下(xià)垮塌的非齊次微分(fēn)控制方程；2.通過攝動法技巧，給出初始變形的顯式表達；3.深入讨論薄膜可壓縮性對垮塌壓力的影響。
方法：1.通過理論推導，構建非對稱腐蝕缺陷下(xià)管道變形的控制方程；2.采用攝動法和對稱算子方法，分(fēn)析變形和壓力的關系；3.通過任意小(xiǎo)李雅普諾夫半解析方法，求解齊次和非齊次微分(fēn)控制方程，對任意壁厚分(fēn)布具有一(yī)定的适用性。
結論：1.理論計算結果和有限元計算結果基本一(yī)緻；2.不對稱參數對變形有較大(dà)影響；3.基于歐拉-伯努利假設的連續性條件較爲複雜(zá)，但是簡化連續性條件是可行的；4.薄膜拉伸性嚴重影響初始變形；5.半解析方法總是收斂的，同時同倫分(fēn)析法中(zhōng)收斂控制參數應該在（?2, 0）取值。

關鍵詞組：管道；腐蝕；解析方法；外(wài)壓；攝動法

Vertical temperature gradients of concrete box girder caused by solar radiation in Sichuan-Tibet railway

Tao SHI, Xing-wang SHENG, Wei-qi ZHENG, Ping LOU

DOI: 10.1631/jzus.A2100401 Downloaded: 1476 Clicked: 1693 Cited: 0 Commented: 0(p.375-387) <Full Text> <PPT> 259

Chinese summary <28> 川藏鐵路太陽輻射緻混凝土箱梁溫度梯度統計研究

作者：石濤¹，盛興旺¹，鄭緯奇^1,2，婁平^1,3
機構：¹中(zhōng)南(nán)大(dà)學，土木工(gōng)程學院，中(zhōng)國長沙，410075；²高速鐵路建造技術國家工(gōng)程研究中(zhōng)心，中(zhōng)國長沙，410075；³重載鐵路工(gōng)程結構教育部重點實驗室，中(zhōng)國長沙，410075
目的：1.分(fēn)析川藏鐵路沿線不同地理區域混凝土箱梁的溫度梯度變化規律；2.确定川藏鐵路混凝土箱梁的溫度梯度建議值。
創新點：1.基于川藏鐵路加查2号橋現場試驗，分(fēn)析了太陽輻射作用下(xià)箱梁時變溫度場特征，并基于有限元日照仿真模型成功地模拟了試驗結果；2.提出了川藏鐵路混凝土箱梁的豎向溫度梯度模式，分(fēn)析了藏鐵路沿線不同地理區域混凝土箱梁的溫度梯度值變化規律；3.基于一(yī)定的置信區間，給出了川藏鐵路混凝土箱梁溫度梯度建議值，并與現行公鐵路橋梁設計規範進行了對比分(fēn)析。
方法：1.運用計算機圖形學、太陽能工(gōng)程學、有限元和傳熱學，開(kāi)發太陽輻射作用下(xià)混凝土箱梁時變溫度場分(fēn)析模型；2.基于川藏鐵路加查2号橋現場試驗，分(fēn)析混凝土箱梁時變溫度場特征并驗證所開(kāi)發模型準确性；3.基于概率統計模型，給出一(yī)定置信區間下(xià)川藏鐵路混凝土箱梁溫度梯度建議值。
結論：1.基于現場試驗和有限元仿真，所開(kāi)發的太陽輻射時變作用分(fēn)析模型能準确模拟箱梁不均勻溫度分(fēn)布特征。2.川藏鐵路自成都至拉薩，混凝土箱梁豎向溫度梯度值整體(tǐ)呈先上升，再下(xià)降，最後再上升的趨勢；溫度梯度統計樣本服從均值23.36^oC和方差0.84的正态分(fēn)布。3.川藏鐵路混凝土箱梁95%置信區間下(xià)的豎向溫度梯度建議值爲25^oC，爲川藏鐵路混凝土箱梁的設計和養護提供了參考。

關鍵詞組：混凝土箱梁；太陽輻射；溫度梯度；川藏鐵路；概率統計

Numerical study on ethylene-air continuous rotating detonation in annular combustors with different widths

Wei-jie FAN, Wei-dong LIU, Hao-yang PENG, Shi-jie LIU, Jian SUN

DOI: 10.1631/jzus.A2100448 Downloaded: 1329 Clicked: 1754 Cited: 0 Commented: 0(p.388-404) <Full Text> <PPT> 276

Chinese summary <23> 不同寬度環形燃燒室内乙烯-空氣連續旋轉爆震的數值模拟

作者：樊偉傑¹，劉衛東¹，彭皓陽¹，劉世傑¹，孫健²
機構：¹國防科技大(dà)學，空天科學學院，超燃沖壓發動機技術國家重點實驗室，中(zhōng)國長沙，410073；²西安衛星測控中(zhōng)心，宇航動力學國家重點實驗室，中(zhōng)國西安，710043
目的：揭示燃燒室寬度對乙烯-空氣爆震波傳播特性的影響，分(fēn)析爆震波流場特征和燃燒室寬度對發動機推進性能的影響，爲實現穩定的碳氫燃料連續旋轉爆震和高效的發動機推進性能提供一(yī)些燃燒室設計思路。
創新點：1.采用三維數值仿真，驗證了燃燒室頭部後向台階高溫回流區對新鮮可燃氣的預加熱作用；2.揭示了燃燒室寬度對發動機推力性能的影響。
方法：1.通過三維數值仿真，對爆震波傳播過程的瞬時壓力監測曲線和流場溫度雲圖進行分(fēn)析，明晰爆震波在不同寬度燃燒室内的模态轉換過程；2.對流場的溫度、壓力和組分(fēn)分(fēn)布雲圖及燃料的沿程分(fēn)布情況進行分(fēn)析，獲得不同寬度燃燒室内的爆震波流場特征，揭示燃燒室寬度對爆震波傳播穩定性的影響；3.對推力監測曲線、軸向速度和壓力的沿程分(fēn)布情況進行分(fēn)析，揭示燃燒室寬度對發動機推力性能的影響。
結論：1.随着環形燃燒室寬度的增大(dà)，爆震波傳播過程的穩定性顯著提高，爆震波的傳播速度明顯增大(dà)；2.在較寬的環形燃燒室頭部形成的高溫回流區對新鮮混合氣的預加熱作用有利于爆震波的穩定傳播；3.随着環形燃燒室寬度的增大(dà)，發動機的推力下(xià)降但推力的穩定性提高；4.帶凹腔的環形燃燒室有望獲得穩定且高效的推進性能。

關鍵詞組：連續旋轉爆震波；乙烯-空氣；燃燒室寬度；傳播模态；推進性能

Effect of the micro vortex generator on the characteristics of vaporized RP-3 kerosene combustion in supersonic flows

Dong-peng JIA, Kai YANG, Yu PAN, Xi-peng LI, Ning WANG

DOI: 10.1631/jzus.A2000620 Downloaded: 2986 Clicked: 5113 Cited: 0 Commented: 0(p.405-414) <Full Text> <PPT> 307

Chinese summary <25> 微型渦流發生(shēng)器對超聲速氣流中(zhōng)氣化RP-3煤油燃燒特性的影響

作者：賈東鵬，楊恺，潘餘，李西鵬，王甯
機構：國防科技大(dà)學，空天科學學院，高超聲速沖壓發動機技術重點實驗室，中(zhōng)國長沙，410073
目的：研究微型渦流發生(shēng)器（MVG）對超燃沖壓發動機燃燒室中(zhōng)氣化RP-3煤油燃燒的增強作用。
創新點：1.實驗研究了微型渦流發生(shēng)器對超聲速氣流中(zhōng)氣化煤油燃燒的增強作用；2.分(fēn)析了微型渦流發生(shēng)器布置位置和數量的影響。
方法：1.在超燃沖壓發動機直連式測試平台上進行氣化RP-3煤油燃燒的實驗研究；2.比較噴注位置下(xià)遊有無微型渦流發生(shēng)器時點火(huǒ)過程和凹腔穩焰的區别，驗證微型渦流發生(shēng)器對燃燒的促進作用；3.探讨微型渦流發生(shēng)器位置和數量的影響。
結論：1.有無渦流發生(shēng)器對點火(huǒ)過程影響較小(xiǎo)，但微型渦流發生(shēng)器能夠在火(huǒ)焰穩定後促進燃燒；微型渦流發生(shēng)器可以提升剪切層，使火(huǒ)焰區域更深入主流。2.縮短微型渦流發生(shēng)器與噴注位置之間的距離(lí)有利于促進燃料與空氣的預混程度，能夠促進燃料的混合和随後的燃燒效果；本文中(zhōng)縮短兩者之間的距離(lí)能夠将光強提升15.6%；微型渦流發生(shēng)器的位置主要影響噴注位置和凹腔之間的室壓，而對凹腔附近室壓影響很小(xiǎo)。3.增加微型渦流發生(shēng)器的數量對燃燒前燃料與空氣的預混效果有促進作用，使下(xià)遊的化學反應更加劇烈；然而，微型渦流發生(shēng)器的位置對燃燒性能的影響可能更大(dà)。

關鍵詞組：氣化RP-3煤油；微型渦流發生(shēng)器；點火(huǒ)過程；凹腔穩焰

Correspondence

Correspondence: Influence of momentum ratio control mode on spray and combustion characteristics of a LOX/LCH₄ pintle injector

Rui ZHOU, Chi-bing SHEN

DOI: 10.1631/jzus.A2100402 Downloaded: 1706 Clicked: 1704 Cited: 0 Commented: 0(p.415-420) <Full Text> <PPT> 346

Chinese summary <22> 動量比調節方式對液氧/液甲烷針栓式噴注器噴霧燃燒特性的影響

作者：周睿，沈赤兵
機構：國防科技大(dà)學，空天科學學院，高超聲速沖壓發動機技術重點實驗室，中(zhōng)國長沙，410073
目的：目前對液氧/液甲烷針栓式噴注器燃燒特性的研究還有限。本文旨在通過數值模拟對不同動量比調節方式下(xià)的液氧/液甲烷針栓式噴注器的噴霧燃燒特性進行研究，以期爲後期試驗提供參考。
創新點：通過變化噴注壓降改變噴注動量，得出了不同動量比調節方式下(xià)液氧/液甲烷針栓式噴注器燃燒室内甲烷與氧氣濃度分(fēn)布特點、溫度分(fēn)布特點、燃燒室壓力分(fēn)布特點、針栓頭部液甲烷索泰爾平均粒徑變化趨勢以及燃燒室頭部渦結構特征，可爲液氧/液甲烷針栓式噴注器在變工(gōng)況條件下(xià)的工(gōng)程應用提供參考。
方法：1.通過理論計算，得到液氧/液甲烷撞擊過程中(zhōng)的一(yī)次破碎粒徑，并将其作爲數值模拟中(zhōng)的初始噴注粒徑；2.通過數值模拟，運用計算流體(tǐ)動力學後處理模塊得到各目标參數的分(fēn)布特征。
結論：1.高總動量比（TMR）條件下(xià)的推進劑撞擊動量強，混合良好，有助于提高整體(tǐ)燃燒效率；與TMR=0.62相比，TMR=1.37條件下(xià)的LCH₄蒸發更快，能夠更快參與化學燃燒，且針栓頭部的富燃區域較小(xiǎo)。2.兩種推進劑充分(fēn)混合的接觸面最先開(kāi)始出現燃燒高溫并形成火(huǒ)焰；随着混合過程的加強，火(huǒ)焰表面積增加，形成明顯的弧形剪切火(huǒ)焰。3.針栓噴注器的噴霧結構呈三維空間分(fēn)布，有利于能量快速擴散，因此燃燒穩定性較好。4.渦通過延長氣相混合時間穩定火(huǒ)焰，可有效防止高溫對燃燒室頭部與針栓頭部的燒蝕。

關鍵詞組：動量比；液氧/液甲烷；針栓式噴注器；噴霧燃燒