泡状流局部界面浓度实验与理论研究

应用高速数字摄像系统,首先对双头电导探针测量泡状流局部界面浓度的几种模型进行了标定和评价。使用标定好的双头电导探针技术,对垂直上升管内气液两相泡状流局部界面浓度和含气率分布特性进行了深入的实验研究。试验段为内径40 mm的透明有机玻璃管。根据试验数据的分析结果,发展了一种垂直上升管内气液两相泡状流局部界面浓度预测模型。在本文实验条件下,该局部界面浓度模型预测结果能够与实验数据很好地符合。     

液滴在气固交界面变形移动问题的光滑粒子流体动力学模拟

为准确模拟液滴在气固交界面变形移动问题,对基于连续表面张力模型的表面张力光滑粒子流体动力学方法进行了改进.改进方法采用新的边界处理方式和界面法向修正方法,即将固体边界虚粒子色函数值根据液面的位置进行相应设定以保证气-液-固三相交界处流体粒子的界面法向沿接触线法线方向,引入Brackbill提出的壁面附着力边界条件处理方法,对在气-液-固三相交界处的流体粒子及部分固体边界虚粒子的界面法向进行修正,修正前后保持法向模值不变,得到了含壁面附着力边界条件的表面张力算法.模拟了受壁面附着力影响的水槽中液面的变化过程、液滴润湿壁面过程和剪切气流驱动液滴在固体表面变形脱落过程,并与流体体积函数方法进行了对比.结果表明,该方法在处理壁面附着力问题时精度较高,稳定性较好,适合处理工程中液滴在气固交界面变形移动问题.     

界面捕捉Level Set方法的(AMR)数值模拟

在流体力学方程的计算中采用高精度WENO格式,用AMR(adaptive mesh refinement)方法提高流场局部分辨率,在采用Level Set函数标定物质界面的计算中用GFM(ghost fluid method)方法进行界面处理,尝试将AMR技术与界面追踪技术相互融合并应用于数值模拟,对不同的模拟结果进行了比较.     

相干声线跟踪理论中的周期界面迭代散射 仿真方法*

界面声反射模拟是室内复杂声学现象仿真的关键。针对传统声学仿真方法对于周期散射结构存在条件下声场仿真精度较低的问题,本文发展了一种基于迭代散射模型的室内相干声线跟踪法。此方法以经典的相干声线跟踪法为基础,将室内中常见的周期散射结构进行几何形状上的简化处理,然后依据周期散射定理给出声波在界面上的散射方向及能量,并将原始声线迭代分裂为相应的散射子声线,继续对其跟踪处理,此迭代散射模型对周期散射结构上的界面散射现象进行了准确的模拟。数值验证结果表明,本文方法可以有效地在低频段提高室内声场仿真精度,可为具有复杂散射现象的室内仿真提供新思路。     

广义等温等压系综-分子动力学模拟全原子水的气液共存形貌

探测相变过程中瞬时共存相的形貌等特征对理解其微观机制十分重要.本文应用广义等温等压系综-分子动力学模拟方法,研究全原子水模型的气液两相平衡及相变的中间过程.研究发现,此广义系综方法能够通过持续降温,连续地历经从气态、气液共存到液态的整个相变过程,通过持续升温历经其相反过程,而不会发生标准正则系综中的过饱和热滞现象.该方法不需要使用副本交换等增强抽样方法,因此可以用于较大体系的研究,多个独立的模拟即能获得整个气态液态区的平衡性质及共存相特征.本文还提出了计算气液共存界面面积的新方法,给出了水的气液共存界面形状随温度、压强的变化规律.结果表明,低压时水的气液共存界面因其较大的表面张力而接近球面,符合经典成核理论的描述,但随着压强升高接近其临界压强时,气态和液态的差别减小,界面的表面张力变小,界面形状变为无规则的枝杈结构,表现为二阶相变特征.     

航空天文导航系统定位误差因素研究

研究了影响航空天文导航系统定位精度的四个因素,包括轴系制造装调与标校精度、导航星视位置精度、蒙气差修正精度和CCD光电测量精度。首先分别对这四个因素进行了理论分析,在论述轴系制造装调与标校精度的过程中,首次考虑了天文导航设备与外部设备之间的坐标轴系标定问题,并提出了利用对角位移敏感的光学测量技术来完成天文导航设备与外部设备之间的坐标轴系标定,对工程实践具有指导意义。     

旋转射流雾化的直接数值模拟研究

雾化现象涉及到气液界面复杂的拓扑变化,使得雾化过程极其复杂。目前针对一次雾化的机理研究及模型尚不够准确,由于数值计算方法的快速发展,越来越多的研究者采用数值方法来研究一次雾化。本文采用大规模的直接数值模拟手段和Level Set追踪气液界面的方法模拟旋转射流的一次雾化过程,以揭示旋流雾化的机理和界面不稳定波的贡献。     

微液滴在不同能量表面上润湿状态的分子动力学模拟

微小液滴在不同能量表面上的润湿状态对于准确预测非均相核化速率和揭示界面效应影响液滴增长微观机理具有重要意义. 通过分子动力学模拟, 研究了纳米级液滴在不同能量表面上的铺展过程和润湿形态. 结果表明, 固液界面自由能随固液作用强度增加而增加, 并呈现不同液滴铺展速率和润湿特性. 固液作用强度小于1.6的低能表面呈现疏水特征, 继续增强固液作用强度时表面变为亲水, 而固液作用强度大于3.5的高能表面上液体呈完全润湿特征. 受微尺度条件下非连续、非对称作用力影响, 微液滴气液界面存在明显波动, 呈现与宏观液滴不同的界面特征. 统计意义下, 微小液滴在不同能量表面上铺展后仍可以形成特定接触角, 该接触角随固液作用强度增加而线性减小, 模拟结果与经典润湿理论计算获得的结果呈现相似变化趋势. 模拟结果从分子尺度为核化理论中的毛细假设提供了理论支持, 揭示了液滴气液界面和接触角的波动现象, 为核化速率理论预测结果和实验测定结果之间的差异提供了定性解释.     

带自由面流体的多体耗散粒子动力学模拟

利用多体耗散粒子动力学(MDPD)方法对介观尺度下液滴动力学进行了模拟分析,探讨了MDPD系统中液气共存界面的形成,并对表面张力进行了模拟研究,研究结果表明,MDPD方法形成的液气共存界面满足Laplace定律,通过改变不同的粒子间保守力作用参数,获得了液滴在固体壁面上不同的接触角,并研究了保守力作用参数与接触角之间的变化规律,进一步模拟了液滴在复杂微通道内的流动,研究结果有助于解释带自由面流体在粗糙表面上的运动行为。     

存在液膜的毛细蒸发过程研究

采用水浴恒温蒸发方法研究了液膜存在时的毛细蒸发过程. 研究结果表明：毛细蒸发过程中液/气界面符合黏性指延,且不受蒸发速度及液膜状态的影响;蒸发过程可分为剧烈减速、匀速蒸发、线性减速蒸发和边界效应四个阶段,分别对应不同的液膜状态;毛细蒸发的主要区域在毛细管端口液膜处,工质由液体区流向端口蒸发区的过程中液膜起到了通道桥梁作用. 关键词： 毛细蒸发 液/气界面 蒸发阶段 液膜     

基于LED照明灯光的可见光室内停车场定位导航系统

室内停车场是静态交通的一个重要组成部分,由于缺乏有效的室内定位技术,目前存在着泊车导航以及反向寻车困难的问题。提出一种基于LED照明灯光的可见光室内停车场定位导航系统,实现了面向车辆的停车位引导和面向行人的反向寻车导航,具有定位速度快、定位精度高和"照明定位两用"的优势。实验结果及现场测试表明:该系统定位精度可达到7.5 cm,可支持车辆或行人在时速达17 km/h下的实时定位导航。     

基于SVR和粒子滤波的室内导航方法

针对室内环境复杂性造成的室内定位精度不足问题,提出一种基于支持向量机回归和粒子滤波的室内导航方法;离线阶段通过采集室内接收信号强度并利用统计学习方法,构建室内RSS与物理位置之间的支持向量回归映射模型,定位阶段使用智能移动设备采集加速度、方向角等运动状态信息和Wifi模块感知的环境信息,并利用粒子滤波将运动数据和回归结果进行融合处理,推算移动用户运动轨迹;室内实验结果表明,本方法最大定位误差为1.891 m,平均误差为0.669 m,有效地提高了室内定位导航精度。     

基于智能手机的快速可见光室内定位系统

基于智能手机的可见光定位不仅定位精度高,还兼具了可见光通信与移动互联网的优势。由于图像处理的高计算复杂度,现有系统定位速度较低无法支持实时导航。论文提出了一种快速和高精度的可见光室内定位系统,通过设计无闪烁线路编码方案和轻量级图像处理算法降低定位时延,同时还具有抑制调制闪烁和支持多级调光的优点。市售Android智能手机完成了原型系统开发和现场测试,实验结果显示,系统平均定位精度可达到7.5 cm,定位时间可低至22.7 ms(单灯)和35.7 ms(双灯),可支持移动速度高达18 km/h的实时室内导航。     

Experimental Testing of High-Accuracy Underwater Range-Finding Technology

The aim of the study whose results are discussed in this paper was to conduct experimental and numerical research on improving a high-accuracy method, developed by the authors, of positioning underwater objects. For this, experimental testing of an improved range-finding technology was carried out, based on the inclusion into the measuring scheme of a block that can measure and monitor the sound velocity on the shelf area of a track connecting a source of navigation signals and an a receiver system imitator consisting of autonomous underwater apparatus. In addition, under natural conditions, we implemented a scenario in which range-finding data was provided to an autonomous underwater apparatus carrying out a mission in the water area at a distance of 300 km from the source of navigation signals using technical tools for controlling variability of the sound velocity on the shelf. A specific example was used to test the acoustic range-finding technology on a track with complex hydrological and bathymetric conditions, and an estimate was obtained for the accuracy of measuring distances during a 4 h drift of the autonomous underwater apparatus imitator.     

The solutions of navigation observation equations for CAPS

Chinese scientists invent the navigation and positioning system based on commercial communications satellites and develop them successfully into China Area Positioning System (CAPS). In principle, this system is different from the GPS broadcasting satellite navigation class, where the propagation epoch of original navigation signals for pseudo-range measurement is from a ground master control station rather than from satellite transponders. This paper addresses the establishment of the three observation equation models for the navigation and positioning system based on communications satellites, and expresses them identically to operator equations and optimized models. Furthermore, both algorithms of the linear solution for the observable characteristic equation and the least-squares solution for the condition number more than 4 are discussed, with several methods for the exact solution, such as improving the behavior of coefficient matrices, right estimation for the weighted right hand side and selection of iteration forms of solutions, and the influence of the condition number on improving navigation and positioning accuracy is also analyzed carefully. Hopefully, all the works would be contributive to further development of the navigation and positioning system based on communications satellites, and be potentially valuable to other satellite navigation and positioning systems. Supported by the National Basic Research and Development Program of China (Grant No. 2007CB815500)     

SPH方法气-液界面边界条件研究

针对界面附近粒子光滑函数截断和非物理穿透问题,提出一种气-液界面边界条件的处理方法.当界面附近支持域出现不同材料粒子,每步计算可在支持域设置虚粒子,按照密度分配方法给虚粒子物理量赋值,并对界面附近粒子引入气-液两相阻力.采用SPH方法和Level-Set方法,计算运动激波对气-液界面作用问题,两者计算结果一致,初步验证了气-液界面边界条件处理的适用性.用SPH方法分别计算超声速气流中的圆截面液柱绕流和下落问题,界面两侧粒子压力和法向速度连续,给出弓形激波、回流区和下游回流区等定性合理结果.表明本文方法可适度避免界面附近流体粒子光滑截断和粒子非物理穿透现象、界面附近流场数值振荡.     

光电校靶中捷联惯导轴线的表征校准方法

光电校靶采用捷联惯导系统,需将惯导轴线用光电自准直系统表征捷联,用于对设备轴线的测量。光电自准直系统所表征的轴线与惯导轴线的一致性是影响校靶精度的重要因素,为提高光电校靶系统测量精度和效率,提出了一种惯导轴线的光电表征和校准方法。该方法是在分析测量结果偏差与一致性关系的基础上,采用实验数据拟合的方式得到自准直系统光轴与惯导轴之间的角度偏差值,用于系统修正,从而实现高精度校准。通过试验,将传统光机校正法和光电校准法结合使用,可大幅度提高系统校正效率,同时得到惯导与光轴一致性精度在15″以内。试验结果表明,与传统光学平晶引出的光机校正法相比,该方法的表征准确度和校准精度更高,适用于高精度惯性测量系统。     

无人机侦察多目标实时定位技术研究

目标定位是无人机侦察系统中至关重要一步。为增强无人机侦察目标定位的实时性、提高定位精度及侦察效率,提出一种多目标实时定位的方法,建立主次目标定位几何关系及坐标转换模型,结合已知数据信息求取各目标大地坐标,并用蒙特卡洛法分析目标定位误差。最后,基于即将组网成功"北斗二代"卫星导航系统对无人机空中定位,同时采用递归最小二乘算法滤波处理,提高了目标定位精度。研究及实验结果表明,北斗导航定位能够有效提高无人机空中定位精度,且有望达到厘米级精度,同时采用RLS滤波处理能使目标定位精度提高10 m左右。该方法能够有效增强无人机定位实时性,提高定位精度及侦察效率。     

Improved spring model-based collaborative indoor visible light positioning

Gaining accuracy with indoor positioning of individuals is important as many location-based services rely on the user’s current position to provide them with useful services. Many researchers have studied indoor positioning techniques based on WiFi and Bluetooth. However, they have disadvantages such as low accuracy or high cost. In this paper, we propose an indoor positioning system in which visible light radiated from light-emitting diodes is used to locate the position of receivers. Compared with existing methods using light-emitting diode light, we present a high-precision and simple implementation collaborative indoor visible light positioning system based on an improved spring model. We first estimate coordinate position information using the visible light positioning system, and then use the spring model to correct positioning errors. The system can be employed easily because it does not require additional sensors and the occlusion problem of visible light would be alleviated. We also describe simulation experiments, which confirm the feasibility of our proposed method.     

Study on the Alignment and the Calibration of a Laser Structured Light Sensor

In this paper, the principle and the application of the two dimensional laser structured light sensor are introduced. A new method for the alignment and the calibration of the laser structured light sensor are proposed. In this method, the optical collimating and the computer graphic positioning technology are used. Therefore, the processing of the alignment and the calibration of the laser structured light sensor has been simplified and the required accuracy can be reached.