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关键词： 边界层理论   科学理论   科学分析方法   教学方法  

摘要： 以本科《空气动力学》课程中“边界层理论”章节的教学内容为例，将研究自然科学的一般性过程归纳为八要素，即8个Tions，分别是：Conception（概念）、Assumption（假设）、Formulation（建模）、Reduction（简化）、Solution（求解）、Validation（验证）、Generalization（泛化）以及Application（应用）。教师在讲授一个自然科学的理论时可以使用八要素作为分析框架，引导学生关注科学理论背后的逻辑思考、以及这一科学理论的历史发展脉络。学生掌握科学研究的八要素分析法，有助于以研究者的视角切入科学理论，并有助于建立从事科学研究的基本思维框架。

关键词： 航空发动机   发动机控制   北斗短报文通信   鲁棒控制算法  

摘要： 针对大气湍流对航空发动机造成的扰动影响和安全性问题，提出了一种基于北斗通信的湍流区航空发动机鲁棒控制算法。首先基于北斗卫星导航系统对前机测量得到的湍流区物理信息进行通信，设计报文内容及编码，建立信息发送判定逻辑。根据报文信息实现控制器参数的自适应调节，形成航空发动机自适应高增益鲁棒控制算法。为验证所提出方法的有效性，针对DGEN380型发动机进行仿真，仿真结果表明，提出的控制算法相比传统的PI控制算法在抗扰能力上有所提升，可以使航空发动机高、低压转子转速处于设计的偏差量内，具有良好的抗扰效果。

关键词： 短弦长螺旋桨   湍流强度   γ-Re_θ模型   计算流体力学   流动状态  

摘要： 为探究模型尺度下环境湍流强度对短弦长螺旋桨水动力性能的影响，在数值模型验证的基础上，采用雷诺时均方法（RANS）和γ-Reθ（间歇因子-转捩动量厚度雷诺数）模型对不同湍流强度下的短弦长螺旋桨水动力特性进行了数值预报，并从桨叶边界层流体的流动状态和流动现象方面对计算结果进行分析．设计进速系数下的研究结果表明：当湍流强度WTI<0.03时，螺旋桨推力和扭矩随湍流强度增大而增大，当WTI=0.03时，推力达到峰值，当WTI>0.03时，扭矩依然呈增大趋势，而推力几乎不再发生变化；模型尺度下目标桨表面流动复杂，当WTI=0.01时，桨叶表面完全被层流覆盖，且叶背随边的内外半径处分别存在流动分离和横流现象；随着湍流强度增大，桨叶表面层流区缩减湍流区扩张，流动分离和横流现象减弱；当WTI=0.1时，桨叶表面完全被湍流覆盖且不发生流动分离和横流现象．

关键词： 潜体   内孤立波   载荷   数值模拟  

摘要： 分层海洋中大振幅内孤立波频发，往往会对水下潜体等产生突发性载荷，甚至可能导致其失稳，引发“掉深”危险。为了研究大振幅内孤立波作用下固定潜体载荷特性，采用计算流体力学（CFD）的方法进行数值模拟，首先，针对大振幅内孤立波，提出了基于强非线性aHOU理论的内孤立波数值造波方法，采用速度入口造波的方式在计算域内生成内孤立波，建立了大振幅内孤立波与固定潜体相互作用数值计算模型。在此基础上，通过将建立的数值模型计算结果与实验数据对比，验证了数值模型的准确性和可靠性。最后，分别采用回归分析和控制变量法，探究波幅和潜深参数对内孤立波作用下潜体载荷特性的影响，获得了潜体在内孤立波波面上方、穿越波面和位于波面下方三种工况下潜体内孤立波载荷特性。研究表明，潜体内孤立波水平载荷正幅值与波幅存在能够定量表征的线性关系；内孤立波垂向力的作用时间与潜深相关，且在潜体穿越波面的工况下垂向力主要成分为压差力。本研究为深入理解内波作用下潜体“掉深”问题提供了理论基础。

关键词： HEA涂层   分子动力学   摩擦磨损特性   势函数  

摘要： 高熵合金(HEAs)由于其优异的力学性能被认为是一种有前景的涂层材料。采用分子动力学方法，探讨Cu基体上制备的FeNiCrCoCu高熵合金涂层在不同划痕深度和划痕速度下的力学和摩擦磨损特性。分析模拟结果表明，切削深度增加导致刀具运动阻力和摩擦系数上升。然而，由于热软化和应变速率硬化的作用，摩擦系数会随着切削速度的提高而逐渐降低。进一步分析发现，随着划痕深度的增加，位错密度升高，亚表面损伤加剧，HEA涂层通过吸收和释放切削应力来保护Cu基体，减少基体应力和缺陷深度，防止刀具切割破坏Cu晶格结构，HEA涂层能有效提高材料表面的耐磨性。这些发现可为HEA涂料的应用提供理论依据。

关键词： 浮选   颗粒-气泡   湍流   脱附   试验技术方法  

摘要： 浮选是细粒矿物及煤炭提质除杂的重要方法，但其分选过程存在明显的尺寸效应，其中湍流诱发颗粒-气泡脱附是导致浮选存在分选粒度上限的主要原因。为了提高浮选粒度上限，强化粗粒浮选效果，颗粒-气泡脱附研究一直是领域内的热点与难点。从颗粒-气泡准静态脱附理论、湍流脱附机制以及试验技术方法三个方面对颗粒-气泡脱附研究现状进行了系统综述。目前颗粒-气泡法向脱附机理已经形成广泛共识，毛细力是维持颗粒-气泡矿化气絮体稳定的主要作用力，颗粒-气泡脱附可分为气泡拉伸变形、气泡滑动收缩及气泡颈缩断裂三个阶段。同时，颗粒-气泡湍流脱附机制认识已日趋系统，颗粒的离心运动、气泡的变速运动以及气泡的振荡是引起颗粒-气泡脱附的主要机制。此外，脱附力测试技术、高速动态摄像技术、粒子图像测速技术及数值模拟等试验方法的综合运用，形成了一个涵盖“脱附力测试、界面行为捕捉、流场解析和过程仿真”的综合研究体系，极大地推动了颗粒-气泡脱附研究向更微观、更深层次的方向发展，为揭示浮选颗粒-气泡湍流脱附机理提供了充足可靠的试验保障。最后提出了未来颗粒-气泡脱附研究的发展方向，包括不同分离角度下毛细力数学模型构建、湍流诱发颗粒-气泡脱附能量作用机制及多元湍流涡协同诱导多颗粒-气泡脱附机制研究，上述关键科学问题的解决不仅有助于完善脱附理论，还将对提高浮选粒度上限和强化粗颗粒浮选具有重要指导意义。

关键词： 工业控制系统   功能安全   信息安全   蝴蝶结模型   Petri Net   安全一体化风险评估  

摘要： 工业控制系统关乎国家关键基础设施的正常运行，随着系统开放度的增大，工业控制系统面临信息域和物理域的双重风险，过去的只是对功能安全或信息安全某一方面进行风险评估已不在适用，为此提出了对工业控制系统安全一体化的风险评估方法。在安全一体化风险量化评估过程中，风险传播路径分析、风险传播路径可能性计算、安全风险损失值量化是影响评估准确性的关键要素。该方法首先结合Petri Net与蝴蝶结模型各自的优势，既能分析信息安全风险传播路径，又分析了功能安全风险传播路径，还分析了风险跨域传播路径；然后运用专家知识、三角模糊数及质心公式计算功能安全风险传播的可能性，并基于漏洞评分系统、修正函数计算信息安全风险传播的可能性；最后，基于质量因子的思想给出关键事件损失量化模型。最终定量评估关键事件的风险值，更进一步在化工厂仿真环境中验证所提出方法的有效性。

关键词： 群桩   阻力系数   涡脱频率   流线   涡旋  

摘要： 桩基码头下群桩的绕流水动力相比于单桩结构更为复杂，对港口水动力与泥沙输运具有重大影响。为探究其内在相互作用机制，基于CFD方法建立OpenFOAM层流模型，定量研究多列三圆柱结构阻力系数和斯特劳哈尔数随圆柱间距比L/D=1.5-8.0的变化规律，并根据群桩涡旋、流线、流场的模拟数据分析其变化的内在机制。研究结果表明：群桩结构相互作用复杂其受力和涡脱频率更高；上中游圆柱在L/D=3.5-4.0间存在唯一临界值，临界值前阻力系数和斯特劳哈尔数变化显著，临界值后群桩处于稳定状态各圆柱水动力系数基本不变；下游圆柱存在两个临界值分别在间距比L/D=3.5-4.0和间距比L/D=7.0-7.5之间，第二临界值前变化规律同上中游圆柱，第二临界值后圆柱阻力系数逐渐增加到中游圆柱阻力系数附近，并且其斯特劳哈尔数减小；同时，发现群桩在临界值L/D＞3.5后，存在最大阻力系数近似满足CDmax/CD单∝（L/D）(n1.1)三阶多项式关系，最大斯特劳哈尔数近似满足Stmax/St单∝（L/D）(n1.1)对数关系（其中n为群桩列数）。再根据涡旋及流场的数据分析，到达临界值时尾涡逐渐充分发展并产生明显的涡脱落现象冲击依附于其它圆柱，造成了水动力数值的突然变化。本研究工作通过群桩绕流水动力特性分析研究，为桩基码头工程应用和码头下方泥沙冲淤计算提供一定的指导作用。

关键词： 静态混合器   传热   湍流   PEC   功率谱密度   最大Lyapunov指数  

摘要： 基于绿色仿生学理念，依据海螺的外形特点设计了一种三旋海螺型静态混合元件。在进口空管段Ret=2640～11450的恒热通量传热实验中，采用压降（Δp）、范宁摩擦系数（f）和Z因子评价了Kenics型静态混合器（KSM）、正向三旋海螺型静态混合器（Three-twisted conch static mixer， TCSM）和反向三旋海螺型静态混合器（Reverse three-twisted conch static mixer，RTCSM）的能耗。基于Nusselt数（Nu）、对流换热系数（h）和综合换热系数（PEC）评价三种混合器的强化传热特性。结果表明，KSM、TCSM和RTCSM的h与空管相比分别提高22.15%～40.53%、10.83%～27.34%和33.29%～50.30%，RTCSM的PEC分别比TCSM和KSM增加9.41%～28.99%和4.94%～13.29%。此外，通过功率谱密度（PSD）和标度指数（Φ）表征不同混合器进出口压力信号的湍流脉动特征，发现RTCSM能够产生更多的小尺度涡进而强化传热。出口处RTCSM的最大Lyapunov指数（λ）大于TCSM和KSM的λ，表明流体流经RTCSM后呈现更强的混沌特性。

关键词： 壁板   气动弹性   动响应抑制   声学黑洞   风洞试验  

摘要： 高速飞行器上广泛使用薄壁板结构，在飞行过程中非定常流场和壁板结构振动耦合容易产生动响应过大或者壁板颤振问题，导致壁板产生裂纹，影响结构安全性。针对上述问题，利用声学黑洞波操纵和动力吸振原理，结合壁板结构的动力学特性设计了附加式声学黑洞，并将其安装在壁板结构上，通过在风洞中开展壁板气动弹性动响应试验，对比在相同来流条件下有无安装附加式声学黑洞壁板结构的动响应特性，验证了采用声学黑洞的方式可以有效降低壁板气动弹性动响应的幅值，在壁板发生极限环振荡点的加速度响应幅值可降低60%。