季向北小组量子色重力学斟酌获第一进展

2019-09-20 02:05 来源:未知
极地冰区船舶与海洋工程水动力学基础理论研究获重要进展
季向东小组量子色动力学研究获重要进展

高分子结晶结构调控及结晶动力学研究获重要进展

清华大学热能系罗先武课题组在水动力学空化机理研究方面取得重要进展

1月19日,清华大学对外发布消息,该校化工系谢续明课题组在超强、高拉伸水凝胶材料研究上获重要进展,最近和香港城市大学合作将该凝胶作为固态电解质制备了可自修复、高拉伸的柔性超级电容器。

近日,江苏科技大学教授吴国雄带领团队,研究得出了极地冰缘区断裂冰层带脉动源扰动流场显示积分解,并首次开发了断裂冰层带流场数值分析方法。相关成果发表在《流体物理学》上。

本报讯上海交通大学物理系教授季向东在量子色动力学研究中,解决了困扰强相互作用物理研究方面的一个重要问题。相关成果日前发表于《物理评论快报》。专家表示,这为用量子色动力学理论研究强相互作用现象打开了一扇大门。季向东介绍说,自然界有四大相互作用,分别是万有引力、电磁相互作用、强相互作用和弱相互作用。其中,规范强相互作用的基本理论是量子色动力学。质子和中子由夸克和胶子组成。物理学家给夸克和胶子起了一个统一的名字,叫“部分子”。“部分子”的运动规律由强相互作用的基本理论——量子色动力学来描写。1982年,物理学诺贝尔奖获得者Ken Wilson发现的欧几里得时空格点办法,只能用来计算和解释静态的强相互作用性质,而不能直接用来研究动态的“部分子”分布和其他物理过程。季向东一直在想,有没有办法将动态的“部分子”运动转化成静态的图像,然后再用Ken Wilson的方法进行计算呢?经过研究,他发现,基于爱因斯坦的“狭义相对论”,如果在空间选择合适的坐标和参照,两个动态相连的“事件”可实现“相对静止”。通过在时空格点上产生高速运动的质子和中子,可把“部分子”的光锥关联退化为纯的空间关联,从而用大型计算机来模拟部分子物理。季向东举了一个“喝水”的例子解释说,假如有人在另外一个星球上喝水,他打了一束激光给我们发信号,看到他发的激光信号,于是我们开始喝水。这就形成了一前一后两个动态相关的“喝水”过程。通过多个坐标系的选择,可以在宇宙中让这两个动态过程变成一幅静态的图像和数据。然后再把这些图像和数据串联起来,在大型计算机上进行计算和描述。《中国科学报》 (2013-09-12 第4版 综合)

通用高分子和工程高分子材料的发展主要依赖于对高分子材料宏观性能与微观结构关联性的理解,包括高分子材料加工过程对形成纳米尺度结构的影响。由于高分子材料对环境非常敏感,监测和理解各种条件下高分子材料的结构,研究和理解不同条件下高分子结构随时间的变化对调控高分子结构尤其重要。

  清华新闻网12月9日电 近日,清华大学热能系教师罗先武课题组的研究论文Large Eddy Simulation and theoretical investigations of the transient cavitating vortical flow structure around a NACA66 hydrofoil发表于行业内国际著名期刊International Journal of Multiphase Flow上。该项研究在水动力学空化机理研究方面取得重要进展,基于空化的大涡模拟与一维稳定性分析,系统研究了水翼表面瞬变空化漩涡流动结构,首次从理论和数值模拟角度揭示了空化体积二阶导数为低频空化水压脉动激增的根源。

高分子水凝胶材料在医疗卫生、生物医用、药物缓释、柔性传感等领域有着重要应用。但通常化学合成的水凝胶由于网络的不均一性,其力学性能和尤其强度一般很弱,制约了其实际应用。经过多年的思考和实践,谢续明课题组提出了一种借助纳米材料制备高强水凝胶的新方法:以纳米刷作为凝胶因子,一步法简洁地构筑了具有多层级交联点的单网络纳米复合物理水凝胶。由于在拉伸作用下凝胶中不同层级交联键可以通过逐次破坏耗散能量,之后可逆物理键的再结合会导致网络均化,使其拉伸强度为通常化学交联水凝胶的数十至百倍,拉伸高达40倍,且切断后可以在自然状态下接触修复。

论文通讯作者吴国雄介绍,该项研究通过对扰动自由表面波和冰层内弯曲重力波各波浪成分的远方渐进特性分析,发现当冰区航道尺度较大时,在浮体与两侧冰层耦合作用过程中,可以只近似考虑非衰减成分波的影响。

中国科学院长春应用化学研究所高分子物理与化学国家重点实验室围绕这一国际前沿领域,长期系统地开展了宏观调控高分子结晶结构、微观调控高分子结晶结构和受限调控高分子结晶结构的研究,取得了重要创新成果,日前荣获2016年吉林省自然科学奖一等奖。

  罗先武为该论文的通讯作者,第一作者季斌是清华大学水沙科学与水利水电工程国家重点实验室博士后,其他作者包括清华大学吴玉林教授、美国明尼苏达大学Arndt Roger E.A.教授以及中国船舶科学研究中心彭晓星研究员。

新制备的柔性超级电容器可以拉伸6倍,卸载后完全恢复;且切断后重新对接可以完全自修复,性能得以完整保持。该柔性器件作为电子可穿戴物、电子皮肤等具有重要潜在应用。

在此基础上,研究小组开发了大尺度冰区航道内浮体水动力的快速近似计算方法。通过该项研究,显式地揭示了冰区航道内船舶水动力随波浪场和冰区航道尺度的变化规律和作用机理。

材料性能主要取决于与材料结构形成动力学有关的聚集态结构。针对高分子材料宏观和微观结构调控过程所处复杂环境对结构演化的影响,长春应化所科研人员率先建立了剪切原位研究方法,提出的成核剂、剪切及其二者耦合动力学机制,对结晶高分子加工过程结构形成动力学研究起到引领和带动作用,首次通过三维网络和化学组成限制调控高分子结构,提出的高分子不同尺度取向机制深层次证明了高分子结晶的物理本质,澄清了国际学术界在该领域的争论,促进了高分子物理的发展,具有重要的科学意义和实际价值。

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论文第一作者、研究小组成员李志富告诉记者,该项研究发现,与开场水域中波物作用问题不同,断裂冰层带覆盖流场中的结构物,其所受水动力载荷随频率震荡变化,在波浪入射场中更容易发生大幅共振运动。研究首次揭示了弯曲重力波布拉格共振对断裂冰层带海洋结构物水动力特性的影响规律,即:在stopping band内,物体的水动力特性基本不随两侧断裂冰层数目发生变化,而在stopping band外,随着两侧断裂冰层数目的增加,物体的水动力将随频率变化震荡更加剧烈。

一个典型周期内的水翼空化瞬变涡流结构。

据悉,该项研究从势流理论出发,首次系统地推导了断裂海冰覆盖流场中脉动格林函数的显式积分表达式,颠覆了以往学者们普遍认为在极地非连续冰区脉动源扰动流场不存在显示积分解的观点。研究中得到的显示积分解,非常适合于极地冰区海洋结构物水动力数值分析程序的开发。

  空化是许多工业部门常见的一种复杂现象,尤其在能源、水利、船舶、交通等行业广泛存在。空化流动的复杂性不仅体现在空化过程涉及相变、形态演变等问题,而且空化往往发生在旋转的机械中,这样加大了运动的繁杂程度。在实际的工程中,空化流动不仅影响机械及其系统的效率与稳定性,还可能发展为空蚀,造成对流动边壁的材料损伤。因此,开展水力机械复杂空化流动的机理研究具有重要的科学价值,其成果也可以指导工程应用。

此外,研究中还首次得到了非连续冰区流场多极函数,并给出了规则柱体的标准解析式。相关研究对我国极地船舶与海洋工程装备的设计研发,具有十分重要的理论指导意义。

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相关论文信息:

绕扭曲水翼的空泡与各漩涡分量的关系。

  前期工作中,罗先武课题组在国家自然科学基金等持续资助下,围绕水力机械空化水动力学研究这一前沿课题,采用局部时均化模型和大涡模拟方法,考虑空化流动的局部压缩性对湍流粘性的影响,进一步提高了空化湍流模拟的精度水平,计算结果准确再现了二维水翼、三维扭曲水翼、螺旋桨等不同水力机械流动部件的非定常空化演变特征。研究成果不仅成功应用于多系列水力机械新产品的研制,而且推广至航天、船舶等军工领域,取得了重大的社会效益和良好的经济效益。研究成果先后获得2012年度浙江省科学技术一等奖和高等学校科学研究优秀成果奖科技进步二等奖、2014年度高等学校科学研究优秀成果奖二等奖、2007年度浙江省科学技术二等奖和第14届中国国际工业博览会创新奖。

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两种不同螺旋桨的空化形态及空化诱导压力脉动的时变曲线。

  近3年相关工作在International Journal of Multiphase Flow Ocean Engineering 、ASME Journal of Fluids Engineering等重要国际期刊发表,SCI引用百余次。**

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供稿:热能工程系 编辑:蕾蕾

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