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

<<<                         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: 511 Clicked: 745 Cited: 0 Commented: 0(p.553-563) <Full Text>   <PPT>  149

Chinese summary   <5>  船用螺旋桨流动尺度解析模拟与粒子图像测速验证

目的:船用螺旋桨性能评估中常用的雷诺平均方法(RANS)存在许多难题,特别是在处理边界层发展、尺度效应、翼尖和轮毂涡等复杂流动现象时. 本文使用动态大涡模拟(DLES)、延迟分离涡模拟(DDES)和应力混合涡模拟(SBES)三种尺度解析模拟(SRS)方法,以提高流动特性预测的准确性.
创新点:1. 通过SRS方法详细地描述螺旋桨流场的不规则和多尺度湍流结构; 2. 通过粒子图像测速(PIV)试验,分析缩比螺旋桨的真实流场.
方法:1. 考虑叶片的周期分布和计算消耗,提取1/5的螺旋桨计算区域,并采用局部网格细化方法,获得分辨率足够高的网格模型(图1); 通过仿真结果与已有试验数据的对比,验证SRS方法在螺旋桨性能预测方面的可行性与有效性(图3). 2. 通过搭建PIV试验装置(图4),得到缩比螺旋桨在特定横截面上的速度和涡量分布情况下的尾流演变(图9和10),从而分析SRS方法对流场结构的捕捉能力.
结论:1. 通过定量和定性分析发现,SRS方法在预测特征参数和捕捉流场信息方面表现良好,特别是值得重点关注的SBES模型; 2.作为一种可视化流场分析工具,PIV测量方法可以为螺旋桨等旋转机械的设计和性能改进提供一定的参考依据.

关键词组:螺旋桨; 数值模拟; 尺度分辨模拟; PIV试验

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: 390 Clicked: 1833 Cited: 0 Commented: 0(p.564-576) <Full Text>   <PPT>  140

Chinese summary   <7>  危险废物焚烧炉含氟废物焚烧过程中氟的演化及分布特征

目的:含氟废物焚烧过程排放的氟化物会危害人体健康,造成环境污染. 本文旨在探究含氟废物焚烧过程中氟的析出特性、氟在焚烧系统中的分布特征以及氟在焚烧灰渣中的赋存形态. 这对评估含氟废物在焚烧过程中造成的氟污染以及污染控制具有重要意义.
创新点:1. 系统研究了氟在焚烧过程中的释放特征以及氟在整个焚烧系统中的质量流,对评估焚烧过程中的氟污染及污染控制具有重要意义; 2. 系统研究了焚烧灰渣中氟的赋存形态,为后续灰渣中氟污染控制研究奠定基础.
方法:1. 采用热重红外联用方法,分析研究含氟废物热解过程中氟的析出特性(图4和6); 2. 采用高温燃烧水解-离子色谱的方法,测定焚烧灰渣中的氟含量,并结合灰渣量等数据,得到氟在焚烧系统的分布特征(图10和11); 3. 采用连续化学萃取法,得到焚烧灰渣中氟的赋存形态(图12和13).
结论: 1. 热解过程中,含氟废物中氟主要以氟化氢和氟化硅形式释放; 氟化氢的释放可以分为3个温度区:123.5~757.5 °C、757.5~959.6 °C及959.6 °C以上; 氟化硅的释放主要集中在132.6~684.0 °C. 2. 焚烧过程中,超过79.17%的氟被湿法脱酸系统吸收,不到20.73%的氟存在于焚烧灰渣中; 排放到大气中的氟占比小于0.12%. 3. 底渣和燃尽室灰中的氟主要以残余态存在; 余热锅炉灰和布袋飞灰中水溶态、交换态和酸溶态氟的比例之和均在80%以上.

关键词组:氟污染; 危废焚烧; 含氟废物; 释放特性; 分布特性

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: 345 Clicked: 609 Cited: 0 Commented: 0(p.577-589) <Full Text>   <PPT>  126

Chinese summary   <3>  两相横向流中管束弹性不稳定性的设计准则

目的:流体弹性不稳定性是引起换热器管束振动失效的最主要原因. 鉴于目前有关两相横向流诱发管束弹性不稳定性的设计准则尚无一致结论,本文采用空气-水两相流体系,考察不同参数条件下换热器管束的弹性不稳定性.
创新点:1. 从避免发生弹性不稳定性的角度,确定适宜的管束排列方式和节径比; 2. 建立基于Connors 准则的不稳定常数的确定方法,并提出新的推荐值.
方法:1. 实验研究两相流的流动条件和管束的几何特征对管束阻尼、振动特性及弹性不稳定性的影响; 2. 采用建立稳定区图的方法确定不稳定常数的推荐值; 3. 通过与其他研究成果的对比分析,验证本文推荐的不稳定常数的合理性和可靠性.
结论:1. 相比于阻力方向,升力方向上的阻尼比更小,也更易发生弹性失稳. 2. 四种排列管束的稳定性从高到低依次为:正三角形、正方形、转置正方形、转置正三角形. 3. 对于正方形和正三角形排列管束,推荐不稳定常数为4.0; 对于转置正方形和转置正三角形排列管束,当质量阻尼参数小于或等于0.54时,推荐不稳定常数为1.1,反之,则推荐不稳定常数为1.5.

关键词组:管束; 弹性不稳定性; 两相横向流; 设计准则

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: 287 Clicked: 667 Cited: 0 Commented: 0(p.590-600) <Full Text>   <PPT>  133

Chinese summary   <3>  含非连续支撑的非对称交叉斜撑体系的计算长度系数

目的:非矩形平面框架致使其交叉斜撑体系具有非对称性,而采用了非连续支撑的非对称非连续交叉支撑体系的面外稳定问题更为复杂. 本文旨在通过建立无量纲稳定特征方程,从理论上深入阐释该交叉支撑体系的面外屈曲特征,并为工程设计提供显式的压杆计算长度系数的计算公式.
创新点:1. 建立一般情况下非对称非连续交叉斜撑体系的无量纲特征方程; 2. 针对各种可能受力工况,详细分析该交叉支撑体系的面外屈曲特征,并给出理论解释; 3. 提出非对称非连续交叉斜撑体系中压杆计算长度系数的显式经验计算公式.
方法:1. 通过对非对称非连续交叉支撑体系进行弹性面外屈曲建模,以及稳定平衡方程的无量纲化,推导出其相应的特征方程; 2. 通过变量替换,揭示其内在对称性,从而为经验公式的构造提供依据; 3. 针对各种受力工况,进行求解域分析和确定,完成特征方程的求解,以进行面外屈曲特征分析,并提出压杆计算长度系数的经验公式; 4. 利用经验公式对多个实例进行计算,并与基于有限元的刚度法结果以及以往的文献数据进行比较,以验证经验公式的可靠性.
结论:1. 推导出了非对称非连续交叉斜撑体系的特征方程; 采用无量纲参数后,该方程具有一般性. 2. 通过变量替换,该方程可以转换为与单轴几何对称交叉斜撑相同的特征方程形式. 3. 当交叉斜撑中的连续杆和非连续杆同时受压时,非连续杆将率先失稳. 4. 针对各种受力工况,提出了交叉支撑体系的压杆计算长度系数的显式经验公式,且计算结果兼具可靠性和准确性.

关键词组:非对称交叉支撑体系; 非连续支撑; 面外屈曲分析; 计算长度系数

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: 290 Clicked: 587 Cited: 0 Commented: 0(p.601-613) <Full Text>   <PPT>  141

Chinese summary   <2>  中空纤维膜脱氧过程中 Dean 涡强化传质研究

目的:在螺旋中空纤维膜脱氧过程中引入了Dean涡,与线型中空纤维膜脱氧过程相比传质速率显著提升. 本文旨在建立新的螺旋中空纤维膜脱氧过程传质模型,探讨管程流体雷诺数、中空纤维膜结构参数、壳程真空度和操作温度对Dean涡强化传质效果的影响,并优化螺旋中空纤维膜脱氧过程操作参数.
创新点:1. 建立新的螺旋中空纤维膜脱氧过程传质模型; 2. 该传质模型可以应用于任何螺旋中空纤维膜气-液过程的传质行为描述.
方法:1. 实验研究管程流体雷诺数、中空纤维膜结构参数、壳程真空度和操作温度对Dean涡强化传质效果的影响,并与线型中空纤维膜传质进行对比. 2. 利用螺旋坐标系下的质量连续性方程以及Dean涡的摄动解描述管程溶质的传质行为; 利用改进的尘气模型描述膜孔道内多组份气体的扩散行为; 耦合建立新的螺旋中空纤维膜脱氧过程传质模型,并与实验结果进行比较. 3. 模拟脱氧过程的氧、氮、水三种组分的浓度分布,优化螺旋中空纤维膜脱氧过程的膜结构参数和操作参数.
结论:1. 实验和模拟结果均证实Dean涡可以有效提升脱氧传质速率,最大传质增强因子为2.2. 2. Dean涡主要受到管程雷诺数和中空纤维膜曲率的影响; 当管程雷诺数较大时,中空纤维膜即使存在很小的曲率,传质的速率也有显著的提升.

关键词组:传质; 中空纤维膜; 水脱氧; Dean涡

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: 367 Clicked: 737 Cited: 0 Commented: 0(p.614-626) <Full Text>   <PPT>  124

Chinese summary   <5>  锂硅合金的力学、声学及光学性质的第一性原理研究

概要:锂硅合金作为潜在的锂离子电池已被广泛研究. 了解锂硅合金的力学、声学和光学性质对于改进电池的性能非常重要. 本文从理论上研究了几种锂硅合金的一系列特性. 研究表明,这些锂硅合金具有力学稳定性. 随着锂浓度的增加,锂硅合金中Si-Si键减少,从而使其越来越容易变形. 弹性模量的分析表明,随着锂浓度的增加,体模量增加,且Li22Si5的杨氏模量各向异性最强. 杨氏模量各向异性强度的次序为:Li22Si5>Li15Si4> LiSi>Li17Si4>Li12Si7>Li13Si4. 从声速的各向异性分析得知,横向声速小于相应的纵向声速. 立方体系的纵波在[111]方向最快,正交体系的纵波在[001]方向最快,而四方晶系的纵波在[010]方向最快. 所研究的锂硅合金的导热性较低,且当光子能量小于20 eV时,显示出较高的各向异性.

关键词组:力学特性; 导热性; 锂离子电池; 弹性各向异性; 第一性原理计算

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: 358 Clicked: 596 Cited: 0 Commented: 0(p.627-633) <Full Text>   <PPT>  123

Chinese summary   <5>  水-土特征曲线的分段对估测非饱和渗透系数的影响

目的:在采用统计法估测非饱和渗透系数的过程中,探讨水-土特征曲线分段的不同方法和不同数量对估测结果的影响.
创新点:比较在体积含水量区间和土吸力区间分割水-土特征曲线对估测非饱和渗透系数的影响; 最终建议在土吸力区间分割水-土特征曲线.
方法:采用现有模型和数学公式,对比不同类型土质(单峰和双峰水-土特征曲线)估测和实验测量的非饱和渗透系数.
结论:1. 传统的在体积含水量区间分割水-土特征曲线会造成对低吸力区域的非饱和渗透系数的估测不够精确. 2. 综合比较单峰和双峰的水-土特征曲线及2种不同分割水-土特征曲线的方法,发现在分段大于40片时,估测结果非常接近实验结果. 因此,在采用统计法估测土体的非饱和渗透系数时,建议在土吸力区间对水-土特征曲线进行分割,且分割数量应该大于40.

关键词组:渗透方程; 统计法; 间接法; 水-土特征曲线

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: 239 Clicked: 1503 Cited: 0 Commented: 0(p.634-638) <Full Text>

Chinese summary   <3>  基于变尺度梯度理论地基参数的修正Bayes探索

目的:建立弹性地基参数的修正Bayes分析模型,并获得地基参数的变尺度优化结果.
创新点:推求地基参数的变尺度梯度优化方法,建立地基参数的修正Bayes探索分析模型.
方法:建立修正Bayes目标函数及弹性地基参数的修正Bayes探索分析模型,并利用变尺度梯度搜索方法进行参数的优化迭代计算.
结论:地基参数的变尺度梯度搜索分析模型在优化过程中能够稳定地收敛于地基参数的真值(图2). 变尺度梯度优化理论能够适时地修正空间矩阵尺度以产生新的搜索方向,并有效地优化修正Bayes目标函数.

关键词组:变尺度法; Bayes目标函数; 地基参数; 优化

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