火焰烟黑三维温度场和浓度场同时重建实验研究

利用电荷耦合器件摄像机采用烟黑温度场和浓度场同时重建模型对自由火焰烟黑的三维温度场和浓度场进行了同时重建实验研究,所利用的重建模型是基于区域重建的方法.将重建的烟黑温度场和浓度场与文献结果进行了对比,而且还将重建温度场与热电偶所测量的温度场进行了对比.结果表明,重建的烟黑温度场和浓度场与文献结果趋势相一致,重建温度值与热电偶测量值符合较好.因此,同时重建模型可以较好地重建出火焰烟黑的三维温度场和浓度场. 关键词： 火焰烟黑 温度场 浓度场 三维同时重建     

三角点阵Eguchi-Kawai模型的Monte Carlo研究

本文对三角点阵的EK模型进行Monte Carlo研究. 结果表明, 对二维情况不存在U(1)对称性的自发破缺, 对三维情况, 在弱耦合区看到了明显的U(1)对称性的自发破缺.     

巨正则量子Monte Carlo方法和二维Hubbard模型的研究

用巨正则量子Monte Carlo方法,计算了二维单带Hubbard模型的局域磁矩、磁化率、交错磁化率和内能等物理量.结果表明,用巨正则量子Monte Carlo方法能够统一地研究Hubbard模型的关联强度从弱至强区域的性质,它是处理强关联多体系统的有效方法.     

二维无规混合磁性系统磁特性的微磁学及Monte Carlo研究

采用能量极小原理的微磁学及Monte Carlo方法对异类自旋组成混合Heisenberg自旋体系进行模拟计算,研究了二维铁磁反铁磁无规混合系统的磁特性.发现了二维无规混合磁性系统存在M-H磁化曲线的阶梯效应.通过一维Ising模型及系统能量、自旋组态的研究,发现小自旋数目的反铁磁耦合系统是产生M-H阶梯效应的根本原因.     

基于硅锗异质结的二维量子点阵列的制备与表征

硅基半导体量子点中的自旋量子比特近几年来发展迅速,其单比特门与两比特门操作保真度已经突破了容错量子计算的阈值.在此基础上,如何构建硅基量子点二维阵列变得广受学界关注,然而二维阵列复杂的结构在器件制备和测量上均带来挑战.本文设计并成功制备了一种Si/SiGe异质结上的2×4结构八量子点二维阵列器件.借助输运测量方法测量了八量子点器件的全部电荷稳定性相图,并进一步地使用电荷感应调制测量方法得到了器件内的少电子区电荷稳定性相图,说明了对量子点电荷态的高灵敏度探测能力.此外,通过调控势垒电极展示了对量子点间隧穿耦合的调控作用并测量了多量子点耦合的电荷稳定性相图.本文的研究结果展示了使用Si/SiGe异质结构建自旋量子比特二维阵列的潜力,为未来硅量子点二维阵列的进一步扩展提供经验与参考.     

随机介质背散射二维Mueller矩阵的数值模拟与分析

推导了随机介质背散射Mueller矩阵的直接计算公式,并运用矢量Monte Carlo方法进行了数值模拟.结果表明随机介质背散射二维Mueller矩阵方位关系随散射系数的减小而增强,而与微粒大小关系不大;Mueller矩阵元素绝对值的空间分布随径向呈近似指数规律衰减,矩阵元素的方位变化具有周期性.对称系统的二维Mueller矩阵的花样图中仅有7幅独立,其余9幅可通过对称、旋转变换得到.     

凝视型电荷耦合器件探测器数学模型

首先分析了电荷耦合器件(CCD)的工作特点和电荷的产生、存储、传输及输出的特征,然后,根据光电理论和探测器的工作原理,由电荷耦合器件的探测器面阵列图推导出一种军用电荷耦合器件(CCD)摄像机的探测器面阵调制传递函数,最后得到了一定入射条件下探测器元的输出电子数目,这一结果对从理论上分析这种光电结构的性能具有参考意义.     

基于下山单纯形算法逆向设计二维光子晶体波导型1×5分束器

提出了一种新颖的二维光子晶体波导型1×5分束器,为了提高分束器的优化效率和分束性能,利用下山单纯形算法,对提出的1×5分束器进行逆向设计和研究.结果表明,改变耦合区域介质柱半径、Y分支波导中央的调控介质柱半径及其横向偏移量,可以调节分束器5个输出端口的输出光功率比例;利用下山单纯形算法,根据特定的分光比目标,对耦合区域介质柱半径、调控介质柱半径及其横向偏移量进行优化,可以逆向设计出总透过率达到99%以上、附加损耗小于0.044 d B以及响应时间小于1 ps的不同分光比的1×5分束器.此外,对逆向设计的1×5分束器进行了工艺误差分析,确定了各优化参量在实际加工中允许的误差范围,为器件的制作提供了理论参考.该1×5分束器分光比设计灵活,优化效率高,性能优良,尺寸小,在光子集成电路等领域中具有广泛的应用前景.     

涡场中黏附性颗粒团聚体粒径分布的预测

黏附性颗粒团聚现象在自然界和工业界普遍存在,扰动流场中黏附性颗粒间的碰撞、摩擦和吸附等动力学行为,导致团聚体形态不断演化,准确预测黏附性颗粒团聚体的粒径分布是调控颗粒团聚过程的重要前提。本文通过二维泰勒格林涡场中黏附性颗粒团聚的数值模拟研究,明确了利用Monte Carlo模型预测团聚体粒径分布的可行性及其适用范围,发现当黏附性颗粒间内聚数小于3.5×10^?4时,Monte Carlo模型可较好的预测团聚体粒径分布,且相对误差小于±30%;而当内聚数大于3.5×10^?4后,Monte Carlo模型不再适用。     

不同土壤类型的粗糙地面与其下方埋藏目标复合电磁散射研究

利用MOM研究了不同土壤类型的一维有耗介质粗糙地面与其下方二维埋藏目标的复合电磁散射问题,在数值计算中,引入了锥形入射波以减少粗糙面模拟中由于人为截断所引起的计算误差.当给定入射波频率、土壤成分及土壤温度和土壤湿度后,可以根据相关模型计算出土壤的相对介电常数.数值结果以二维无限长导体圆柱为例,利用 Monte Carlo方法统计计算了双站复合散射截面随土壤类型、土壤湿度、入射波频率及均方根高度等的变化情况,并做了详细分析及讨论.该研究结果对于探地雷达在民用、军事、工业等多领域的应用具有一定的理论指导价值. 关键词： 粗糙地面 土壤类型 相对介电常数 四成分模型     

H2O温度二维分布的滤波反投影重建

利用可调谐半导体吸收光谱技术实现燃烧场温度二维分布重建。设计H2O模型温度分布范围为300~1300 K,高斯型分布,利用Radon变换模拟实验测量结果。采用滤波反投影算法重建了两条吸收谱线强度场,进而得到气体温度二维分布,重建结果与模型符合较好。研究了不同投影数目和随机噪声对重建结果的影响,结果表明:随着投影数目的减少和噪声幅值的增加,重建温度分布均方误差增大,图像重建效果变差。当投影数目减小到4个,重建温度场已不能完全反映原始温度场信息。     

基于可调谐激光吸收光谱技术的多条吸收谱线重建气体浓度二维分布的研究

针对二维气体浓度分布,主要选用多条H₂O的吸收谱线,采用代数迭代重建算法,研究了在激光光束较少且假定温度分布已知的情况下,即不考虑燃烧场中温度对谱线强度的影响时,不同谱线条数对二维浓度重建结果的影响,对比了在同一浓度模型下通过增加激光光束与增加H₂O吸收谱线条数对气体浓度重建结果的影响;研究了增加谱线条数重建气体浓度分布对不同温度与浓度分布模型的适应情况,其中,文中所选取的多条吸收谱线可以由一个激光器同时扫描得到。浓度测量区域采用10×10的网格划分,测量区域中的温度和浓度分布采用单峰不均匀分布与双峰不均匀分布,重建过程中计算了吸收谱线与激光光束的有效利用率。重建结果表明在激光光束较少时,增加吸收谱线条数可以获得更多与浓度相关的谱线参数信息,且与增加激光光束相比可以明显改善浓度重建结果,更主要的是增加谱线条数可以有效降低实验中硬件设备的成本投入以及测量系统的复杂性。     

A two-dimensional tomography model for the oceanic inhomogeneity reconstruction with wave and ray representations of acoustic field

A model reconstruction of two-dimensional combined oceanic inhomogeneities (of refractive and kinetic types) in tomographic experiments with ray and wave representations of acoustic field is considered. The possibility of a complete reconstruction of two-dimensional flows from the scattering data alone is illustrated. For the realization of the tomographic scheme, a nonorthogonal redundant basis consisting of a number of intersecting stripes is used. The results of reconstruction are presented for model inhomogeneities of kinetic and combined (refractive-kinetic) types. The iterative reconstruction of the flow velocity vector distribution is considered. The tomographic problem in the ray representation is solved by taking into account both the time delays in the signal propagation along the rays and the ray trajectory distortions due to the inhomogeneity of the medium.     

Efficient inverse radiation analysis of temperature distribution in participating medium based on backward Monte Carlo method

An efficient numerical inverse radiation analysis based on the backward Monte Carlo (BMC) method is presented to determine the three-dimensional (3-D) temperature distribution in a large rectangular enclosure containing the participating medium, using radiative intensities in the visible range received by charge-coupled device (CCD) cameras. For large radiative sources and small detectors, when the radiation onto a small spot and onto a small direction cone is desired, the BMC method is more efficient than the forward Monte Carlo (FMC) method. Because the temperature reconstruction from the measured radiative intensities is an ill-posed inverse problem, least-square QR decomposition (LSQR) method is introduced to determine the meaningful temperature distribution. In order to gain insight into the effects on the accuracy of temperature distribution reconstruction, the detailed analyses are made using numerical simulations. The results show that the temperature distribution can be reconstructed accurately for the exact and noisy data.     

多轴差分吸收光谱断层扫描重建烟羽空间分布

为了实现烟羽二维空间分布的精确重建, 建立了被动多轴差分吸收光谱断层扫描系统,实现了多台被动多轴差分吸收光谱系统对废气烟羽空间分布的测量。首先,介绍了多轴差分吸收光谱系统及其反演气体浓度的机理。接着,使用代数迭代算法对不同的重建模型,采用不同的扫描光路进行了重建模拟,并设计了重建程序。然后,对数值模拟仿真结果进行了分析比较。最后,搭建了多轴差分吸收光扫描系统平台,进行了外场试验。数值模拟的结果显示：MAX-DOAS层析技术能精确的重建出烟羽模型的二维空间分布,四光源光路的重建误差约是双光源光路重建误差的三分之一,四光源重建时间约是双光源重建时间的四分之一,且双峰模型的重建误差大于单峰模型的重建误差。外场试验的结果显示：重建图像的积分数据与多轴差分吸收光谱测得的投影数据是一致的,说明重建出的烟羽空间分布符合实际情况。研究表明,数值模拟的结果与外场试验的结果具有一致性。     

旋流火焰燃烧温度场二维吸收光谱诊断

针对旋流火焰的复杂流场结构，结合可调谐二极管吸收光谱技术（tunable diode laser absorption spectroscopy，TDLAS）和多光谱层析成像术（hyperspectral tomography，HT），发展了具有空间分辨能力的二维吸收光谱测量技术（tunable diode laser absorption tomography，TDLAT），实现了甲烷/空气旋流火焰不同高度的二维温度场测量.该TDLAT系统吸收波长为7 185.6，7 444.3，6 807.8和7 466.3 cm-1四线，采用分时-直接吸收探测策略，测量频率2.5 kHz，采用13×13路正交光路（空间分辨率7 mm），采用模拟退火算法进行数据重建.经与理论计算结果对比分析，重建结果真实地反映了旋流火焰温度场的二维分布.      

声学CT复杂温度场重建研究

为提高声学CT复杂温度场重建能力,提出一种利用Markov径向基函数逼近和Tikhonov正则化的温度场重建算法,简称MTR算法。该算法首先用Markov径向基函数的线性组合,逼近介质中的复杂声速场分布,然后利用介质中多路径声波传播时间和Tikhonov正则化法,求解声速场分布,进而利用声速与温度的关系获得温度分布。对单热点、三热点和五热点温度场模型进行了仿真重建,结果表明MTR算法热点定位精度高,重建误差小。开发了声学CT温度场重建实验系统,用电加热器在内装1200 kg大豆的实验粮仓中形成热点,MTR重建结果能正确反映热点位置,热点温度重建误差1.3%。可见,MTR算法复杂温度场重建能力强,可望用于实际储粮温度分布监测。      

Temperature field of radiative equilibrium in a two-dimensional graded index medium with gray boundaries

In this paper, a numerical method is presented for the study of the radiative transfer in a two-dimensional graded index semitransparent medium with diffuse gray boundaries. The numerical method is a combination of the linear refractive index bar model, the discrete curved ray-tracing technique and the pseudo source adding method (LRIB-CRTP). In the traditional ray-tracing technique, it is difficult to deal with the diffuse gray boundary while solving the radiative transfer. Using the pseudo source adding method, the diffuse gray boundary of the medium can be treated as a black boundary. We have also studied the radiative equilibrium temperature field of the medium and analyzed the influence of some parameters involved. The results show that the directional discrete number is important for the medium having a large absorption coefficient. The results also show that the refractive index distribution greatly influences the temperature field, whereas the linear absorption coefficient distribution has little influence on the temperature field.     

可调谐半导体激光吸收光谱技术应用于平面火焰中气体浓度二维分布重建的研究

研究了可调谐半导体激光吸收光谱技术实现气体浓度二维分布测量的方法,探索了重建气体浓度二维分布的模型和算法,并采用数值模拟的方式对重建程序进行了可行性验证。搭建了由24束激光束构成的场参数测量系统,以甲烷/空气预混火焰中H₂O为测量对象,运用重建程序重建了火焰中H₂O浓度的二维分布,实验结果分析表明,重建结果较真实的反应了火焰中H₂O浓度的二维分布状态,为实现优化燃烧控制提供重要数据。     

Semi-classical analysis of helium broadened acetylene (ν 1 +3ν 3 ) band transitions measured by a NIR diode laser spectrometer

An inversion method for ion Doppler shift of spectrum lines was developed for plasma velocity measurements. By reducing the problem to the vectorial Radon transform, the characteristics of plasma ion velocity distribution such as vector potential/vorticity and velocity components were computed in two-dimensional space. Computer simulation of the reconstruction of different vector potential (vector field) models gives evidence that the reconstruction errors are acceptable, and the method can surely be used for real experimental data. Received 10 March 2001 and Received in final form 25 July 2001