薄膜椭偏测量的自适应混合反演算法

基于梯度的线性反演方法计算效率高,基于随机扰动的模拟退火方法寻找最优解能力强针对薄膜椭偏测量的多极值问题,综合两者的优点,提出一种求解薄膜椭偏测量问题的混合反演算法.模型每次扰动采用线性寻优方法搜寻局部最优解,叠代过程中采用均匀设计的模拟退火方法随机搜寻模型,使该算法有跳出局部最优解的能力,可以在较少的叠代次数内搜寻到全局最优解,从而提高求解薄膜椭偏测量非线性反演方法的计算效率.对反演过程控制参数进行讨论,该算法具有自适应的特点.计算表明,该算法可有效求解薄膜椭偏测量的多极值问题.     

长腰内锥流量计的特性研究

内锥式流量计在多相流测量中的应用逐渐受到广大多相流研究工作者的重视。针对内锥式流量计在多相流测量中存在的一些问题,提出一种新型的环形通道式差压流量计—长腰内锥流量计。通过理论推导得出流量方程及永久压损与流量的关系式,并通过在水相、油相、气相条件下的标定实验,定量分析流出系数与永久压损等特性。结果表明:在长腰内锥体腰部取低压可以在保证差压信号幅值的情况下提高其稳定性、重复性;长腰内锥流量计节流件的轮廓及固定方式可以显著地减小永久压损。为后期开发新型多相流测量仪器提供理论依据与设计基础。     

基于合作目标姿态测量的新型摄像机校准方法

针对在姿态测量中摄像机成像的复杂畸变问题,提出了一种新型的摄像机校准方法。该方法不需要高精度的标定参照物,只需要利用标定靶标间的相互约束关系建立摄像机内参数与靶标特征的约束方程,从而线性求解摄像机内参数。通过非线性优化方法优化摄像机内参数,完成摄像机的标定。仿真和实验结果表明,所提出的算法对图像噪声不敏感。测量精度和可靠性都得到有效的改善,精度可达0.03pixel,说明该算法在合作目标的姿态测量中具有方法易于实现、测量精度高、可靠的优点。     

自由汇流旋涡多相耦合输运演变机理

含自由液面的汇流旋涡抽吸演变中存在多相耦合、物质传输、能量剧烈交换等物理过程,其中所涉及的多相流体耦合输运机理是具有高度非线性特征的复杂动力学问题,多相黏滞耦合输运动力学建模与数值求解具有较高难度.针对上述问题,提出一种含自由液面的汇流旋涡多相耦合输运建模与求解方法.基于水平集-流体体积耦合(CLSVOF)计算方法,结合连续表面张力模型和可实现(k-ε)湍流模型,建立含自由液面的汇流旋涡多相耦合输运动力学模型;利用一种有效的体积修正方案来计算高速旋转多相流,保证流场质量守恒和无散度的速度场;结合相间耦合求解策略对多相流体分布与多相界面进行精确追踪.基于旋流场多特征物理变量,得到多相耦合界面动态演变与跨尺度涡团输运规律,揭示了多相耦合输运过程与压力脉动特性之间的相互作用机理.研究结果表明:多相耦合输运过程是流体介质过渡的关键状态,旋涡微团受到不同时空扰动模式在界面处形成层层螺纹波形;旋涡多相耦合输运过程随着水口尺度增大而增强,且耦合能量激波引起非线性压力脉动现象.研究结果可为旋涡输运机理、涡团跨尺度求解、流型追踪等方面的研究提供有益借鉴.     

同轴强流双环形阴极的发射特性分析

提出了一种同轴双环形阴极结构二极管,并进行理论求解和仿真研究,得到了双环形阴极二极管中,内外环上场强一致时二极管内尺寸分布关系。并采用粒子仿真软件进行了双环形阴极爆炸发射模拟研究,研究结果表明,双环形阴极发射束流由高压加载后初始时刻二极管内电场分布和内外环形阴极相互之间屏蔽作用的竞争结果决定。提出了两阴极相互之间屏蔽作用的经验公式,指出该相互屏蔽作用程度随发射总束流呈线性关系,随两阴极距离呈指数关系,最终采用粒子仿真软件进行了验证。     

利用环形子孔径哈特曼-夏克斜率数据复原全孔径波前相位算法研究

提出了一种适用于哈特曼-夏克波前传感器的环形子孔径拼接检测技术的拼接复原算法.该算法通过建立各个环形子孔径内有效的哈特曼-夏克斜率数据和全孔径波前相位的关系,避免了环形子孔径区域的波前复原过程,从而有效地解决了环形子孔径区域的哈特曼-夏克波前传感器有效采样率低的问题.算法对斜率测量噪声较不敏感,具有较好的抗噪声干扰的能...     

基于三线阵CCD空间目标的高精度位姿解算

为了解决三线阵CCD空间目标位姿测量的精度问题,提出一种高精度位姿解算方法。该算法将所有线阵CCD相机的坐标系进行统一化处理。通过建立一个新的误差评价函数,运用改进的正交迭代算法求解位姿参数,并进行非线性优化。仿真和实际测量结果表明,该算法有效避免了因数据恶化或初值选取等因素造成的不收敛或收敛差的问题。与传统算法相比,该算法测量精度和抗噪特性均得到有效改善,计算效率提高了4.6倍,实际测量的6个自由度的最大相对误差为0.71%。该测量系统可实现对空间目标的高精度实时测量,且具有安装方便、应用范围广等优点。     

介观尺度通道内多相流动的耗散粒子动力学模拟

采用四次方光滑函数构造了包含远程吸引近距排斥的保守力势函数, 应用该势函数, 采用耗散粒子动力学方法, 对十字型微通道内的多相流动进行了计算. 计算结果表明, 该势函数能有效模拟十字型微通道内的流动过程及模式. 关键词： 多相流 耗散粒子动力学 保守力势函数     

超声衰减法测量油水分散流中颗粒粒度分布

针对油水分散流的颗粒粒度测量问题,提出一种基于多频率下超声衰减作用的测量方法。根据多相流体中超声衰减的BLBL模型,推导出超声衰减系数与颗粒粒度分布存在的数学表达关系。通过多频率条件下所获得的超声衰减系数进行联合比较分析,求解被测流体中颗粒粒度分布.通过对含油率低于30%的5个样本中4种颗粒粒度分布的油水分散流进行数值模拟仿真实验,得到颗粒粒度占比分布的测量结果,并对结果进行分析,得到BLBL模型在毫米尺度油相颗粒作为离散相的油水分散流中的适用条件和范围。     

一种测量多相流流型的ECT图像重建算法

提出了一种新的电容层析成像图像重建算法-IMNSNOF算法.该算法在分析极小范数解的基础之上针对ECT逆问题的特点对其进行改进,并利用奇异值分解定理证明这种改进的数值稳定作用.在此基础上建立新的日标泛函,并在求解该泛函的过程中采用正则技巧对其进行改进确保数值解的稳定性.利用非闭合电极ECT传感器实测了多相流沿流向的流型...     

连续激光内通道传输的弱可压缩流模型

 分析了激光在气体中传输时采用等压近似线性方程求解流场密度分布的优缺点，在高低速流场统一计算模型的基础上提出了基于压力原变量的分步求解的弱可压缩流计算模型，并分析了该模型的特点。采用该模型结合标量衍射理论对连续激光在封闭充气管道中受到的气体热效应影响进行了数值仿真。仿真结果与实验结果的对比表明，弱可压缩流计算模型能更精确地反映非自由边界热对流对气体密度分布的影响，进而反映流场对光束的影响。这说明弱可压缩流计算模型能较好地适应内通道光传输问题的仿真研究。     

全场彩虹技术测量喷雾浓度及粒径分布

喷雾颗粒的浓度、粒径等多参数的同时测量是研究喷雾的关键. 对应用全场彩虹技术测量双组分液滴的浓度及粒径分布进行了研究. 基于改进的Nussenzweig理论,对液滴折射率和粒径分布采用无分布函数算法进行最优化求解, 然后通过折射率与浓度的关系反推液滴浓度.用模拟全场彩虹信号对该算法进行了验证, 该算法可准确反演具有单峰分布、双峰分布粒径特征的液滴群的折射率与粒径分布. 并对体积分数从0%到100%的乙醇溶液喷雾进行了实验测量, 结果表明,所测得折射率与理论值符合,粒径分布稳定.该技术在喷雾浓度测量方面具有广阔的应用前景. 关键词： 全场彩虹技术 折射率 粒径 组分     

自适应多分辨率方法在反应多相流数值模拟中的应用

将自适应多分辨率方法应用到刚性气体状态方程CJ模型的数值模拟，采用多相流问题的守恒锐利界面格式，通过level-set方法和虚拟流体方法来追踪和处理界面，能够很好地处理时间尺度较大的界面交互问题.利用金字塔型数据结构和多分辨率自适应方法，提高算法的存储效率和计算效率.给出一维和二维的数值算例，证明该算法在反应多相流数值模拟中的稳定性和高效性.     

循环流化床固体分布的层析成象测量

电容层析成象是９０年代以来快速发展的多相流研究方法．本文报道应用电容层析成象对循环流化床底部浓度分布的测量研究．本研究在国际上首先实现了矩形流道中的层析成象测量技术．成象中采用了迭代成象算法,明显地提高了复杂流动情况下的成象质量．测量结果显示出循环流化床底部多种气泡和固体分布情况,表明其流态与鼓泡床相吻合．     

基于快速搜索粒子群算法的点衍射干涉绝对位移测量方法

为了解决目前点衍射绝对位移测量系统中位移重构算法存在的收敛率低问题,并针对实际测量中时效性和高精度要求,提出了基于快速搜索粒子群算法的点衍射干涉绝对位移测量方法。点衍射干涉绝对位移测量系统根据点衍射干涉场相位差的分布重构出点衍射探头的三维绝对位移。所提出的快速搜索粒子群算法针对测量中大量像素点数据的高效处理需要,在三维绝对位移迭代重构过程中采取非线性增加样本点数量的搜索方法,进而在保证测量精度的同时极大提高了测量效率。分别进行了仿真分析、测量实验以及三坐标机测量比对以检验所提出测量方法的可行性与稳定性。结果表明,该方法可实现三维绝对位移的快速检测,其收敛率可达90%,且在200 mm×200 mm×300 mm的测量区域中达到优于微米量级测量精度。所提出的三维绝对位移测量方法具有较高的测量效率和精度,且具备高抗噪能力和可靠性,对其在微加工技术和高精度测量中的应用具有重要意义。     

基于γ射线的多相流检测系统

多相流体特征参数的准确测量是国际上亟待发展的探索性研究课题,断层成像技术是多相流检测技术的一个重要研究方向。本系统利用射线透射原理,结合多相流复杂多变的流动特性,设计了基于γ射线的多相流在线检测系统。该系统由探测单元、数据采集及信号处理单元、计算机图像重建单元三部分组成,其中探测单元采用5个能量为59.5 keV的241Am源,5组CdZnTe半导体探测器阵列均匀分布于管道截面实现实时同步检测。为提高探测精度,设计了由低噪声电荷灵敏前置放大单元、具有零极点相消的低噪声主放大单元以及滤波单元组成的低噪声探测电路。测试结果表明,常温下系统对于59.5 keV的241Am源,其能量分辨率为4.38%。应用实验测试数据,利用滤波反投影算法对多相流的典型流型进行了图像重建,实验表明该系统的有效性。     

基于广义M估计的鲁棒容积卡尔曼滤波目标跟踪算法

为减小测量异常误差对非线性目标跟踪系统的影响, 提出了一种基于广义M估计的鲁棒容积卡尔曼滤波算法. 首先将非线性测量方程等价变换, 利用约束总体最小二乘准则构建广义M估计极值函数, 在不进行线性化近似的前提下将其引入到容积卡尔曼滤波求解框架中. 然后根据Mahalanobis距离构建异常误差判别量, 利用卡方分布的置信水平确定判决门限, 并建立改进的三段Huber权函数, 使其能够降低小异常误差权值, 剔除大异常误差. 理论分析表明, 该方法具有无需求导、跟踪精度高、实时性好等优点, 且无需已知异常误差的统计特性; 实验结果表明, 所提算法能够有效减小异常误差的影响, 在实际非线性物理系统中具有广阔的应用空间.     

基于单目视觉的航天器间相对位姿测量算法

对航天器间相对位姿的光学测量问题进行了研究,提出了一种新的单目视觉测量算法——相似迭代算法。该算法根据三角形相似原理提出了一种新的深度迭代机制,并通过引入深度变量,将求解2D-3D问题转化为迭代求解3D-3D问题。对数值仿真与两种现有的测量算法进行了比较。仿真结果表明,该算法具有精度高、抗噪声能力强和实时性较好等优点,可以应用于航天器间相对位姿测量等任务。     

非稳态IDEAL算法与PISO算法计算效率对比研究

本文针对非稳态问题对IDEAL算法与PISO算法的计算效率展开对比研究,并以顶盖驱动流为数值算例,考察了雷诺数、时间步长和网格数的影响。数值计算结果表明:IDEAL算法与PISO算法各有优缺点,求解强非线性非稳态压力-速度耦合问题且精度要求较高时建议采用IDEAL算法。     

基于消隐点几何特性的摄像机自标定方法

基于正交的两组平行直线形成的消隐点的几何特性,提出了一种摄像机内外参数的自标定方法。该方法利用连接光心与消隐点向量的正交性质,建立关于相机内参数的约束方程,并给出了约束方程的线性解法;针对现有自标定方法未能标定畸变系数的现状,提出了一种考虑畸变的非线性最优化算法,该算法以线性求解得到的内参数为初值,利用非线性单纯型法寻优标定畸变;建立消隐点坐标系,给出了摄像机外参数的求解算法。所给出的自标定方法不需要知道空间点的精确坐标,具有易于实现、精度高和稳健性好的优点。