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

   Cover:  <714>
      
Contents:  <674>

<<<                         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: 1368 Clicked: 2364 Cited: 0 Commented: 0(p.499-513) <Full Text>   <PPT>  1369

Chinese summary   <11>  热氧老化对三元乙丙橡胶动力学性能与物理性质的影响

目的:研究三元乙丙橡胶热氧老化性能衰退分子机制.
创新点:根据热氧老化路径,建立代表不同老化程度的三元乙丙分子动力学模型,从分子尺度解释了宏观力学行为.
方法:采用分子动力学模拟进行研究.
结论:1. 回转半径对自由体积有决定性作用,碳碳交联塑造的回转半径最大,其次分别为醚交联、自由链、羟基链和断链,因此各阶段产物对应的自由体积依此顺序减少.2. 醚交联产物尽管具有最大的自由体积,但交联约束了分子运动,因此粘性与弹性均降低.3. 交联产物增加玻璃化转变温度,自由链与断链产物降低玻璃化转变温度.4. 三元乙丙热氧化中期由于羟基和断链产物,降低了分子间的约束力,宏观表现为模量减小,后期由于醚交联密度增加,分子间约束力增大,宏观表现为模量增大.

关键词组:三元乙丙橡胶;热氧老化;玻璃化转变;自由体积;分子交联

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: 1461 Clicked: 2566 Cited: 0 Commented: 0(p.514-527) <Full Text>   <PPT>  1428

Chinese summary   <10>  加速加载对路面应力响应和车辙的影响

目的:路面加速加载试验(APT)和计算仿真技术具有环境条件控制可调、试验时间短、重复性好等优点,已经成为研究道路性能非常有效的方法.然而,目前尚缺少路面分别在常规加载和加速加载作用下的永久变形性能差异性的研究.为了研究加速加载对路面影响,需要先对路面加速加载进行定义,并在此前提下分析加速加载度路面车辙的影响.
创新点:1. 根据路面应变恢复时间和加载间隔时间的关系定义了对于路面车辙加速加载的效应.2. 通过有限元仿真,对比了相同车速、轴载和作用次数条件下,加速加载与常规加载的对路面车辙的影响.
方法:1. 通过APT研究不同轴载、车速下,路面应变、应力大小和恢复时间(图1-3);2. 建立足尺度路面和轮胎有限元模型(图4-7),研究了更大范围车速与轴载作用下,路面动态应力、应变(图8-11),以及不同荷载下加速加载效应形成的条件;3. 通过施加荷载函数的方法,对比加速加载和常规加载对路面车辙的影响(图13-15).
结论:1. 根据全尺寸路面加速加载过程中监测到的竖向应变恢复时间,将加速加载定义为加载循环中竖向应变未完全恢复即进行重复加载.相邻两次加载之间的时间间隔小于路面应变恢复时间,则路面永久变形会加剧;2. 根据本文对加速加载的定义,加速加载现象的临界时间间隔随着轴重的增加而减小.换言之,在重载下,低速也可能产生加速加载效应;3. 通过有限元仿真分析,比较了路面在常规荷载和加速荷载作用下的车辙.在速度和作用次数相同的情况下,加速加载与常规加载的车辙深度比随载荷的增大而增大.当车速和载荷相同时,加速加载与常规加载的车辙深度比随加载循环次数的增加而逐渐减小.

关键词组:路面加速加载试验;数值模拟;有限元法;路面车辙;沥青路面;路面变形

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: 1529 Clicked: 2709 Cited: 0 Commented: 0(p.528-546) <Full Text>   <PPT>  1488

Chinese summary   <7>  碳纳米管/苯乙烯-丁二烯-苯乙烯复合改性沥青相容性的分子动力学模拟和微观观察

目的:利用碳纳米管(CNT)增强苯乙烯-丁二烯-苯乙烯(SBS)改性沥青的相容性,并利用分子动力学模拟探索其微观机制.
创新点:利用分子动力学模拟从分子尺度解释了CNT对SBS改性沥青相容性的增强机制,并解释了荧光显微镜、扫描电镜和车辙因子实验的结果.
方法:本文采用分子动力学模拟、微观形貌观察和动态力学分析等方法进行研究.
结论:1. SBS将与沥青质竞争沥青系统中的轻质成分,这会导致SBS膨胀不足;2. CNT的加入大大增加了沥青中各种分子与SBS聚合物的结合能,使SBS改性的沥青体系更加稳定;3. 通过对两种改性沥青体系的结合能进行T检验,发现CNT并没有影响SBS和沥青之间的弱相互作用;4. 沥青分子的运动主要取决于体系中分子间的相互作用,而不是分子表面积、分子量和体积;5. CNT的加入使得芳香分和饱和分的分布更加均匀,缓解了SBS和沥青质之间的竞争,促进了SBS的膨胀;6. 荧光显微镜、扫描电镜和车辙实验的结果验证了分子模拟的结论.

关键词组:聚合物改性沥青;碳纳米管;分子动力学;微结构特征;界面增强

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: 1349 Clicked: 2234 Cited: 0 Commented: 0(p.547-563) <Full Text>   <PPT>  1310

Chinese summary   <6>  喷孔几何参数对乙烯-空气连续旋转爆震波传播特性的影响

目的:通过数值模拟分析乙烯-空气连续旋转爆震波的流场特征,探讨喷孔几何参数(喷孔间距、喷孔出口宽度和喷孔倾斜角)对乙烯-空气连续旋转爆震波传播特性的影响,为降低乙烯-空气连续旋转爆震波传播速度亏损及爆震波对上游积气腔的反馈压力提供一些设计思路.
创新点:1. 采用含积气腔和喷孔的喷注模型进行乙烯-空气连续旋转爆震波的数值仿真,观察到了爆震波的模态转换过程并定量分析了爆震波对积气腔的反馈压力;2. 通过改变喷孔的倾斜角,在提高爆震波传播速度的同时减小了积气腔内的反馈压力.
方法:1. 通过FLUENT进行数值仿真,分析乙烯-空气连续旋转爆震波的基本流场结构(图7和9)和爆震波传播模态的转换过程(图17).2. 通过在积气腔和燃烧室内设置压力监测点,得到积气腔和燃烧室内的压力记录曲线(图8、10、13、14、18和20);通过压力曲线,计算爆震波的平均传播速度和积气腔内压力的相对标准差.3. 通过对比分析,总结喷孔几何参数对爆震波传播速度和积气腔内反馈压力的影响(图11、15和19).
结论:1. 喷孔间距对连续旋转爆震波的强度和积气腔的反馈压力都有影响;较小的喷孔间距有助于提高爆震波的强度,但也会引起积气腔内更高的反馈压力.2. 随着喷孔出口宽度的增大,爆震波的强度增强,也使积气腔内的反馈压力显著增加.3. 喷孔倾斜角对爆震波的传播特性和积气腔内的反馈压力有重要影响:当喷孔沿爆震波传播方向倾斜时,爆震波的传播速度明显提高;反之,爆震波的传播速度明显降低.采用倾斜喷注时,积气腔内的反馈压力显著降低,并且喷管倾斜程度越大,积气腔内的压力越稳定.4. 倾斜喷注可以引起爆震波传播模态的转变;当倾斜角为30°时,出现了同向双波传播模态.5. 预着火产生的热点和预混气沿爆震波传播方向的分速度有利于形成新的爆震波.

关键词组:连续旋转爆震波;乙烯-空气组合;喷孔;反馈压力

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: 1571 Clicked: 3046 Cited: 0 Commented: 0(p.564-584) <Full Text>   <PPT>  1515

Chinese summary   <8>  通过超大涡数值模拟研究旋转对带肋通道流动特性的影响

目的:1. 根据湍流理论,本文旨在发展出一种精度高、计算资源需求较小的湍流模型方法,即超大涡模拟方法(VLES),并将其应用于带肋叶片内部通道的复杂湍流流动计算;2. 分析旋转效应对湍流特性的影响,验证VLES方法在旋转条件下的计算可靠性,以期为涡轮叶片内部冷却设计提供参考依据.
创新点:1. 发展并验证了精度高、资源需求小的新型超大涡模拟方法VLES;2. 应用VLES研究旋转工况下的高雷诺数大分离流动,分析湍流演化特性,成功实现了对不同旋转状态下高雷诺数湍流结构的精确预测.
方法:1. 通过对比静止状态下带肋通道中湍流流场的计算值和实验值,验证VLES方法在高雷诺数湍流流动中的可靠性;2. 通过对比旋转状态下带肋通道中湍流流场的计算值和实验值,验证VLES方法在旋转状况下的可靠性;3. 应用VLES方法探究静止状态与旋转状态下分离流动结构的差异,分析流动演化规律和机制;4. 应用VLES方法探究不同旋转数下流动结构的变化,为工程实际应用提供支撑.
结论:1. 针对静止状态和旋转状态下Re=105的高雷诺数带肋通道湍流流动,VLES方法计算的不同位置的时均速度和脉动速度结果与实验数据非常吻合,表明在高雷诺数旋转状态下,VLES方法在带肋通道大分离流动计算中的准确性和可靠性较高.2. 与静止状态和旋转状态下带肋通道实验数据相比,延迟分离涡(DDES)方法预测的结果较为准确;但与VLES方法相比,DDES方法直接解析的湍流结构较少,即DDES方法只能捕捉较大的涡结构.3. 雷诺平均(RANS)方法中的k-ω剪切应力输运模型、标准k-ε模型和雷诺应力模型在预测静态平均流场方面具有一定的准确性,但所有RANS模型在旋转状态下的湍流预测结果与实验结果偏差较大,尤其是脉动速度预测;这表明在将RANS方法应用到旋转带肋通道的数值计算之前,需要仔细验证RANS方法.4. 旋转对带肋通道的流动结构有重要影响;主流区域移向压力侧,与压力侧剪切层混合,并产生较强的动量交换;旋转显著改变了肋后的分离、再附着区域的位置和长度;由旋转引起的二次流在通道内部引起了明显的反向对转漩涡结构.5. 随着旋转数的增加,旋转效应不断增强,主流速度随之增加,且吸力侧的分离区域显著增大.

关键词组:超大涡模拟;旋转效应;带肋通道;非稳态流动;涡轮叶片

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