认识稀薄气体动力学

以通俗易懂的方式介绍了空气动力学当气体间断分子效应显著时发展起来的特殊分支－－稀薄气体动力学。讨论了非平衡现象与稀薄气体动力学的。通过与8速度气体模型的间断Boltzmann方程的对比，解释了Boltzmann方程碰撞项的物理意义和数学困难，简要综述了其一般解法。讨论了分在物体表面的反射和问题的边界条件，着重介绍了直接模拟Monte Carlo (DSMC)方法和为克服低速稀薄流动（如MEMS中流动）中模拟困难的信息保存（IP）方法。

微槽道气体流动的统计模拟

利用基于分子模型的统计模拟方法-信息保存方法（IP）统计模拟了实验条件下微槽道气体流动，仔细讨论了用IP方法模拟长槽道稀薄气流时遇到的问题，并给出了解决的方法，即采取守恒形式的控制方法避免质量流量计算误差积累，并利用超松弛方法使收敛过程加速。将IP计算结果与压力分布和质量流量实验数据进行了比较。

微尺度气体流动

了解微尺度气体流动特点是微机电系统设计和优化的基础。有关的研究可以上溯到20世纪初Knudsen的平面槽道流动质量流量的测量和Millikan的小球阻力系数的测量，实验结果揭示了稀薄气体效应即尺度效应对气体运动的重要影响。由于流动特征长度很小，微尺度气流经常处到滑流区甚至过渡领域，流动的相似参数为Knudsen数和Mach数。因此可以考虑利用相似准则，通过增大几何尺寸、减小压力的途径，解决微机电系统实验观测遇到的困难。为解决直接模拟Monte Carlo方法分析微机电系统中低速稀薄气流遇到的统计涨落困难，我们提出了信息保存法（IP），该方法能够有效克服统计散布，并已成功用于多种微尺度气流。

Statistical Simulation of Thin-Film Bearings

The information preservation (IP) method and the direct simulation Monte Carlo (DSMC) method are used to simulate the gas flows between the write/read head and the platter of the disk drive (the slider bearing problem). The results of both methods are in good agreement with numerical solution of the Reynolds equation in the cases studied. However, the DSMC method owing to the problem of large sample size demand and the difficulty in regulating boundary conditions at the inlet and outlet was able to simulate only short bearings, while IP simulates the bearing of authentic length ~1000 m ? and can provide more detailed flow information.

Monte Carlo Modeling of Micro Scale Gas Flows

An information preservation (IP) method has been used to simulate many micro scale gas flows. It may efficiently reduce the statistical scatter inherent in conventional particle approaches such as the direct simulation Monte Carlo (DSMC) method. This paper reviews applications of IP to some benchmark problems. Comparison of the IP results with those given by experiment, DSMC, and the linearized Boltzmann equation, as well as the Navier-Stokes equations with a slip boundary condition, and the lattice Boltzmann equation, shows that the IP method is applicable to micro scale gas flows over the entire flow regime from continuum to free molecular.

Information Preservation Modeling of Rayleigh-Benard Transition from Thermal Conduction to Convection

Onset and evolution of the Rayleigh-Benard (R-B) convection are investigated using the Information Preservation (IP) method. The information velocity and temperature are updated using the Octant Flux Splitting (OFS) model developed by Masters & Ye based on the Maxwell transport equation suggested by Sun & Boyd. Statistical noise inherent in particle approaches such as the direct simulation Monte Carlo (DSMC) method is effectively reduced by the IP method, and therefore the evolutions from an initial quiescent fluid to a final steady state are shown clearly. An interesting phenomenon is observed: when the Rayleigh number (Ra) exceeds its critical value, there exists an obvious incubation stage. During the incubation stage, the vortex structure clearly appears and evolves, whereas the Nusselt number (Nu) of the lower plate is close to unity. After the incubation stage, the vortex velocity and Nu rapidly increase, and the flow field quickly reaches a steady, convective state. A relation of Nu to Ra given by IP agrees with those given by DSMC, the classical theory and experimental data.

非圆管截面poiseuille流动的统计模拟

本文用直接模拟Monte Carlo(DSMC)方法和信息保存(IP)方法模拟了矩形,六边形和半圆形截面的过渡领域Poiseuille流动。DSM方法和IP方法结果相互之间较好的符合,而IP方法的计算效率比DSMC方法的计算效率高得多。由这两种方法得到的质量流率与Hasegawa和Sone等人的BGK模型结果相符。通过用这两种方法对于不同宽高比矩形截面的计算,给出了侧壁面对质量流率和沿中心线的速度分布的影响。

稀薄气体动力学

通常的气体动力学方法，当气体分子的平均自由程与流场特征长度相比不可忽略时，不再适用，要采用稀薄气体动力学的方法。这适用于航天飞行器在高空飞行时受的力和热，也适用于微机电系统和真空系统等离子体材料加工等21世纪技术前沿领域。本书系统、简明地阐述稀薄气体动力学方法，给出方法的基础并着重介绍直接模拟Monte Carlo(DSMC)方法以及与低速稀薄气体流动相关的前沿课题。全书共分7章。前两章是作为学科的基础引入的，第1章以空气为对象对于分子能态结构、能态分布以极小篇幅作了简要概括的叙述，以作为了解稀薄气流非平衡现象物理基础的初步。第2章对包括双体碰撞、Boltzmann方程以及气体的平衡态等分子动理论的基础做了必要的讨论，其中包括了对唯像论分子相互作用模型、变径硬球（VHS）、变径软球（VSS）和概括化硬球（GHS）等模型的介绍。第3章讨论了各种分子和表面的相互作用模型，包括反映细致平衡的互易原理和基于此原理的CLL模型的阐述。第4章讨论自由分子流。第5章讨论应用于滑流领域的各连续介质方程及滑流边界条件，一些简单解以及热泳问题。第6章则较全面、概括地介绍了求解过程领域中的各种解析和数值方法。第7章介绍了直接模拟Monte Carlo(DSMC)方法，讨论了非平衡流动及低速稀薄流动等前沿课题，包括处理内能松弛、化学反应的方法、用于复杂流场通用软件的方法、低速稀薄流动的信息保存（IP）方法等。　　本书适合高等学校力学一航空航天专业高年级学生、研究生及从事气动力学和航天研究的科研人员参考阅读。

通常的气体动力学方法，当气体分子的平均自由程与流场特征长度相比不可忽略时，不再适用，要采用稀薄气体动力学的方法。这适用于航天飞行器在高空飞行时受的力和热，也适用于微机电系统和真空系统等离子体材料加工等21世纪技术前沿领域。本书系统、简明地阐述稀薄气体动力学方法，给出方法的基础并着重介绍直接模拟Monte Carlo(DSMC)方法以及与低速稀薄气体流动相关的前沿课题。

符号表
绪论
第1节 稀薄气体动力学的提出
第2节 气体的分子模型
第3节 分子平均自由程
第4节 流动的领域划分
第5节 非平衡现象与稀薄气体动力学
第6节 相似准则
第1章 分子结构与能态
第1节 双原子分子
第2节 分子的能态分布
第3节 分子的内能、内自由度和内能分布函数
第2章 分子动理论基础
第1节 速度分布函数
第2节 宏观量的表达
第3节 分子的双体碰撞模型
第4节 碰撞截面与分子模型
第5节 Boltzmann方程
第6节 碰撞积分与气体分子的总碰撞数
第7节 碰撞积分的计算
第8节 Maxwell输运方程——矩方程
第9节 Maxwell分布
第10节 气体的平衡态
第11节 8速度气体模型
第12节 混合气体
第3章 分子表面相互作用
第1节 引言
第2节 镜面反射与漫反射，适应系数
第3节 互易性原理
第4节 CLL分子表面相互作用模型
第4章 自由分子流
第1节 气体中的分子数目通量和动量通量
第2节 作用于物体的气动力
第3节 表面元素的热传导
第4节 自由分子流出与热流逸
第5节 Couette流动与平板间的传热问题
第6节 无碰撞Boltzmann方程的通解，非定常流动
第5章 连续介质模型
第1节 引言
第2节 基本方程
第3节 滑流边界条件
第4节 一些简单问题的求解
第5节 热蠕动与热泳
第6章 过渡领域
第1节 概述
第2节 线化的BoltzmanN方程
第3节 矩方法
第4节 模型方程
第5节 有限差分法
第6节 间断纵坐标方法
第7节 积分方法
第8节 直接模拟方法
第7章 直接模拟Monte方法
第1节 引言
第2节 碰撞的取样
第3节 DSMC方法求解问题实例
第4节 内能的激发与松弛
第5节 化学反应的模拟
第6节 复杂流场的计算，位置元方法
第7节 微尺度低速气体流动，信息保存法
附录I 气体的性质和分子性质
附录II 分布函数求矩遇到的积分
附录III 具有给定分布的随机数的取样
附录IV Couette问题程序
参考文献
主题词索引

激光诱导放电复合毛化坑形貌与电极侵蚀问题研究

利用高重频YAG激光作用在固体表面所产生的等离子体使工件和电极之间在大气环境中并且电压远低于击穿闭值的条件下产生可控定向放电。实验结果显示，放电坑基本上呈火山坑形，既有单坑结构，也有多坑结构，其形貌受到放电波形、电源极性、放电介质等因素的影响。放电坑表面形貌的规律是：①除了涂油时的阳极放电坑是单坑结构以外，其他条件下的放电坑都是复合多坑结构；②单坑结构呈火山坑形，坑底为圆弧形，熔凝物堆积在坑的边缘，而多坑结构则是一个大的放电坑中有多个凸起的尖峰，这种结构有利于毛化加工。研究表明，对于碳钢、铸铁、黄铜三种材料，放电坑直径d与电源参数的关系可以表示成：d∝Iαp（对于三角波），或d∝Υβ（对于矩形波）。α的范围在0.40～0.71，β的范围在0.23～0.47。在工件表面涂油，有利于提高放电的能量密度，使放电坑变深。介质的密度和粘性系数可作为控制放电通道扩展的有效因素。放电能量一定时，有固态相变材料的相变区深度的变化遵从以下规律：①放电波形和电源极性一定时，涂油时的深度＞大气时的深度；②极性和介质一定时，矩形波时的深度≥三角波时的深度；③介质和波形一定时，阳极时的深度≥阴极时的深度。与一般的研究电极损耗即放电前后电极的质量差所不同的是，认为在激光诱导放电毛化技术中，对工件电极应该研究放电的侵蚀作用，即实验上可观测到的能量作用的范围所对应的体积V，它不仅包括脱落下来的那部分物质，也包括发生了组织变化的那部分物质。对于有固态相变的材料，V通常就是相变区边界所对应的球冠体积；对于无固态相变的材料，V通常是放电坑的体积。通过量纲分析，揭示出V是一个多元函数。当电极材料和放电介质一定时，对于电流峰值一定的矩形波放电，v主要取决于脉冲宽度γ，其函数关系为：V＝K1·Υ1.41～1.45；对于脉冲宽度一定的三角波放电，V主要取决于电流峰值IP，V＝K2·I1.30～2.15P，K1、K2为与材料和放电介质有关的常量。在比较分析了脉冲激光束与激光诱导放电在功率密度、作用时间和坑的深度等方面对材料的影响之后，认为：高重频激光束适合于对材料表面进行薄层熔凝和毛化，低重频长脉冲激光束适合于对材料进行表面改性处理，而激光诱导放电具有对材料表面进行造型强化和组织强化的双重作用。设计了一种转动式圆盘电极，延长了工具电极的连续工作时间。

中等Reynolds数平板绕流的动理论分析

郭永怀先生1953年给出的中等Reynolds数下、不可压缩流体有限长平板绕流的解析解是边界层理论中的经典工作.许多研究者对平板绕流阻力系数的郭水怀公式以及后续工作进行了评估,评估的依据是Janour与Schaaf和Sherman的实验数据.本文的动理论分析和计算表明:Schaaf和Sherman在低亚声速条件下(0.16IP)的数值解定性相符,差别表现在稀薄气体效应显著的前缘;与速度分布的Blasius解相比,当Re<100时,郭永怀修正变得重要.

Development of an efficient particle approach for micro-scale gas flow simulations

The micro-scale gas flows are usually low-speed flows and exhibit rarefied gas effects. It is challenging to simulate these flows because traditional CFD method is unable to capture the rarefied gas effects and the direct simulation Monte Carlo (DSMC) method is very inefficient for low-speed flows. In this study we combine two techniques to improve the efficiency of the DSMC method. The information preservation technique is used to reduce the statistical noise and the cell-size relaxed technique is employed to increase the effective cell size. The new cell-size relaxed IP method is found capable of simulating micro-scale gas flows as shown by the 2D lid-driven cavity flows.

机动车检测系统中多功能数据采集器的设计

机动车检测的远程化、网络化是机动车检测技术的发展方向.方案对传统的Science-BCJ型机动车检测系统进行改造,设计了一种基于嵌入式TCP/IP的远程数据采集和控制系统,使机动车检测系统实现了远程检测和控制.系统包括硬件设计,软件编程,以及系统调试.解决了数据采集,外部设备调度,TCP数据包超时重传及定时保活,网卡参数配置,硬件看门狗等一系列问题.经过几个月的软硬件测试表明:新的检测系统设计合理、稳定可靠.

贵州绵羊线粒体DNA (m tDNA ) 多态性研究

采用15 种限制性内切酶对贵州威宁绵羊和六盘水绵羊各5 只个体的m tD2 NA 多态性进行研究。其中只有BamHÉ 一种酶的酶切类型表现多态, 产生三种酶切 类型。共得到17 种限制性态型, 可归结为三种m tDNA 单倍型, 在威宁绵羊中单倍 型É 所占比较较大(80% ) , 单倍型Ë 只占20% , 而在六盘水绵羊中则单倍型É 和Ê 所占比例相当; 根据单倍型在群体中的分布和单倍型间遗传距离, 推测贵州绵羊的 m tDNA 单倍型É 和Ê 可能代表两个母系祖先的基本单倍型, 其分化时间约有16～ 32 万年之久, 单倍型Ë 则可能是由单倍型É 随机突变而来; 两个地方绵羊群体间的 分化时间大约为613～ 1216 万年, 群体间的m tDNA 遗传多态度较低, 但六盘水绵羊 群体内遗传多态度比威宁绵羊较丰富。

蛋白质的二级结构和mRNA 的二级结构的相关性研究

利用置信度为95 的特征字研究了蛋白质二级结构以及其对应mRNA 二级结构, 发现 蛋白质二级结构和mRNA 二级结构有明显的相关性. 规则二级结构A2螺旋, B2折叠以及包含 有Turn 的边界明显倾向于mRNA 二级结构的茎区, 而避免出现在环区.