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: 1885 Clicked: 1656 Cited: 0 Commented: 0(p.335-357) <Full Text> <PPT> 469

Chinese summary <32> 综述：拜耳法和烧结法赤泥在砖块产业中的回收利用现状

作者：肖玉佳¹，张敏¹，巫金恒²，郭明志³，林忠财¹
机构：¹湖南大学，土木工程学院，中国长沙，410082；²马来亚大学，工程学院，土木工程系，马来西亚吉隆坡，50603；³河海大学，力学与材料学院，中国南京，210098
创新点：清晰地展示了目前赤泥砖块的三大类型，并通过对不同砖块的性能进行对比讨论，提出了各类砖块存在的优缺点和未来的发展趋势。
方法：1.分析赤泥的物理化学特性，并将其按照生产方式分为拜法耳赤泥（BRM）和烧结法赤泥（SRM）（图2）；2.将砖块按照生产方法分为烧结砖，水泥砖和地聚砖（表9）；3.分别讨论两种赤泥应用于三种砖块的生产研究现状。
结论：1.高碱性的BRM特别适合用来生产烧结砖和地聚砖；SRM含有一些胶凝物相和较多的硅酸二钙，具有一定的水化活性，因此适合用来生产水泥砖。2.赤泥生产的地聚砖因强度较高（可达51MPa）、耐久性较好（无风化）、能耗低、二氧化碳排放少等优点，成为未来赤泥回收利用的一大潜力研究方向。

关键词组：铝土矿残渣；赤泥；烧结砖；水泥砖；地聚砖；建筑材料

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: 1813 Clicked: 2157 Cited: 0 Commented: 0(p.358-374) <Full Text> <PPT> 439

Chinese summary <32> 外压下非对称腐蚀管道的垮塌理论研究

作者：颜孙挺，唐萍，凌张伟，陈永贵
机构：浙江省特种设备科学研究院，中国杭州，310020
目的：腐蚀缺陷削弱管道的极限承载外压。本文旨在探讨非对称腐蚀形态下管道极限外压的理论计算方法。
创新点：1.建立非对称腐蚀管道在外压下垮塌的非齐次微分控制方程；2.通过摄动法技巧，给出初始变形的显式表达；3.深入讨论薄膜可压缩性对垮塌压力的影响。
方法：1.通过理论推导，构建非对称腐蚀缺陷下管道变形的控制方程；2.采用摄动法和对称算子方法，分析变形和压力的关系；3.通过任意小李雅普诺夫半解析方法，求解齐次和非齐次微分控制方程，对任意壁厚分布具有一定的适用性。
结论：1.理论计算结果和有限元计算结果基本一致；2.不对称参数对变形有较大影响；3.基于欧拉-伯努利假设的连续性条件较为复杂，但是简化连续性条件是可行的；4.薄膜拉伸性严重影响初始变形；5.半解析方法总是收敛的，同时同伦分析法中收敛控制参数应该在（?2, 0）取值。

关键词组：管道；腐蚀；解析方法；外压；摄动法

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: 1828 Clicked: 2078 Cited: 0 Commented: 0(p.375-387) <Full Text> <PPT> 443

Chinese summary <34> 川藏铁路太阳辐射致混凝土箱梁温度梯度统计研究

作者：石涛¹，盛兴旺¹，郑纬奇^1,2，娄平^1,3
机构：¹中南大学，土木工程学院，中国长沙，410075；²高速铁路建造技术国家工程研究中心，中国长沙，410075；³重载铁路工程结构教育部重点实验室，中国长沙，410075
目的：1.分析川藏铁路沿线不同地理区域混凝土箱梁的温度梯度变化规律；2.确定川藏铁路混凝土箱梁的温度梯度建议值。
创新点：1.基于川藏铁路加查2号桥现场试验，分析了太阳辐射作用下箱梁时变温度场特征，并基于有限元日照仿真模型成功地模拟了试验结果；2.提出了川藏铁路混凝土箱梁的竖向温度梯度模式，分析了藏铁路沿线不同地理区域混凝土箱梁的温度梯度值变化规律；3.基于一定的置信区间，给出了川藏铁路混凝土箱梁温度梯度建议值，并与现行公铁路桥梁设计规范进行了对比分析。
方法：1.运用计算机图形学、太阳能工程学、有限元和传热学，开发太阳辐射作用下混凝土箱梁时变温度场分析模型；2.基于川藏铁路加查2号桥现场试验，分析混凝土箱梁时变温度场特征并验证所开发模型准确性；3.基于概率统计模型，给出一定置信区间下川藏铁路混凝土箱梁温度梯度建议值。
结论：1.基于现场试验和有限元仿真，所开发的太阳辐射时变作用分析模型能准确模拟箱梁不均匀温度分布特征。2.川藏铁路自成都至拉萨，混凝土箱梁竖向温度梯度值整体呈先上升，再下降，最后再上升的趋势；温度梯度统计样本服从均值23.36^oC和方差0.84的正态分布。3.川藏铁路混凝土箱梁95%置信区间下的竖向温度梯度建议值为25^oC，为川藏铁路混凝土箱梁的设计和养护提供了参考。

关键词组：混凝土箱梁；太阳辐射；温度梯度；川藏铁路；概率统计

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: 1605 Clicked: 2230 Cited: 0 Commented: 0(p.388-404) <Full Text> <PPT> 431

Chinese summary <28> 不同宽度环形燃烧室内乙烯-空气连续旋转爆震的数值模拟

作者：樊伟杰¹，刘卫东¹，彭皓阳¹，刘世杰¹，孙健²
机构：¹国防科技大学，空天科学学院，超燃冲压发动机技术国家重点实验室，中国长沙，410073；²西安卫星测控中心，宇航动力学国家重点实验室，中国西安，710043
目的：揭示燃烧室宽度对乙烯-空气爆震波传播特性的影响，分析爆震波流场特征和燃烧室宽度对发动机推进性能的影响，为实现稳定的碳氢燃料连续旋转爆震和高效的发动机推进性能提供一些燃烧室设计思路。
创新点：1.采用三维数值仿真，验证了燃烧室头部后向台阶高温回流区对新鲜可燃气的预加热作用；2.揭示了燃烧室宽度对发动机推力性能的影响。
方法：1.通过三维数值仿真，对爆震波传播过程的瞬时压力监测曲线和流场温度云图进行分析，明晰爆震波在不同宽度燃烧室内的模态转换过程；2.对流场的温度、压力和组分分布云图及燃料的沿程分布情况进行分析，获得不同宽度燃烧室内的爆震波流场特征，揭示燃烧室宽度对爆震波传播稳定性的影响；3.对推力监测曲线、轴向速度和压力的沿程分布情况进行分析，揭示燃烧室宽度对发动机推力性能的影响。
结论：1.随着环形燃烧室宽度的增大，爆震波传播过程的稳定性显著提高，爆震波的传播速度明显增大；2.在较宽的环形燃烧室头部形成的高温回流区对新鲜混合气的预加热作用有利于爆震波的稳定传播；3.随着环形燃烧室宽度的增大，发动机的推力下降但推力的稳定性提高；4.带凹腔的环形燃烧室有望获得稳定且高效的推进性能。

关键词组：连续旋转爆震波；乙烯-空气；燃烧室宽度；传播模态；推进性能

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: 3414 Clicked: 5591 Cited: 0 Commented: 0(p.405-414) <Full Text> <PPT> 516

Chinese summary <30> 微型涡流发生器对超声速气流中气化RP-3煤油燃烧特性的影响

作者：贾东鹏，杨恺，潘余，李西鹏，王宁
机构：国防科技大学，空天科学学院，高超声速冲压发动机技术重点实验室，中国长沙，410073
目的：研究微型涡流发生器（MVG）对超燃冲压发动机燃烧室中气化RP-3煤油燃烧的增强作用。
创新点：1.实验研究了微型涡流发生器对超声速气流中气化煤油燃烧的增强作用；2.分析了微型涡流发生器布置位置和数量的影响。
方法：1.在超燃冲压发动机直连式测试平台上进行气化RP-3煤油燃烧的实验研究；2.比较喷注位置下游有无微型涡流发生器时点火过程和凹腔稳焰的区别，验证微型涡流发生器对燃烧的促进作用；3.探讨微型涡流发生器位置和数量的影响。
结论：1.有无涡流发生器对点火过程影响较小，但微型涡流发生器能够在火焰稳定后促进燃烧；微型涡流发生器可以提升剪切层，使火焰区域更深入主流。2.缩短微型涡流发生器与喷注位置之间的距离有利于促进燃料与空气的预混程度，能够促进燃料的混合和随后的燃烧效果；本文中缩短两者之间的距离能够将光强提升15.6%；微型涡流发生器的位置主要影响喷注位置和凹腔之间的室压，而对凹腔附近室压影响很小。3.增加微型涡流发生器的数量对燃烧前燃料与空气的预混效果有促进作用，使下游的化学反应更加剧烈；然而，微型涡流发生器的位置对燃烧性能的影响可能更大。

关键词组：气化RP-3煤油；微型涡流发生器；点火过程；凹腔稳焰

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: 2078 Clicked: 2141 Cited: 0 Commented: 0(p.415-420) <Full Text> <PPT> 508

Chinese summary <27> 动量比调节方式对液氧/液甲烷针栓式喷注器喷雾燃烧特性的影响

作者：周睿，沈赤兵
机构：国防科技大学，空天科学学院，高超声速冲压发动机技术重点实验室，中国长沙，410073
目的：目前对液氧/液甲烷针栓式喷注器燃烧特性的研究还有限。本文旨在通过数值模拟对不同动量比调节方式下的液氧/液甲烷针栓式喷注器的喷雾燃烧特性进行研究，以期为后期试验提供参考。
创新点：通过变化喷注压降改变喷注动量，得出了不同动量比调节方式下液氧/液甲烷针栓式喷注器燃烧室内甲烷与氧气浓度分布特点、温度分布特点、燃烧室压力分布特点、针栓头部液甲烷索泰尔平均粒径变化趋势以及燃烧室头部涡结构特征，可为液氧/液甲烷针栓式喷注器在变工况条件下的工程应用提供参考。
方法：1.通过理论计算，得到液氧/液甲烷撞击过程中的一次破碎粒径，并将其作为数值模拟中的初始喷注粒径；2.通过数值模拟，运用计算流体动力学后处理模块得到各目标参数的分布特征。
结论：1.高总动量比（TMR）条件下的推进剂撞击动量强，混合良好，有助于提高整体燃烧效率；与TMR=0.62相比，TMR=1.37条件下的LCH₄蒸发更快，能够更快参与化学燃烧，且针栓头部的富燃区域较小。2.两种推进剂充分混合的接触面最先开始出现燃烧高温并形成火焰；随着混合过程的加强，火焰表面积增加，形成明显的弧形剪切火焰。3.针栓喷注器的喷雾结构呈三维空间分布，有利于能量快速扩散，因此燃烧稳定性较好。4.涡通过延长气相混合时间稳定火焰，可有效防止高温对燃烧室头部与针栓头部的烧蚀。

关键词组：动量比；液氧/液甲烷；针栓式喷注器；喷雾燃烧