用空气阻力系数测定仪研究运动物体所受空气阻力的成因与定量分析

通过构建一个小型风洞,在对几种典型形状物体的风阻研究基础上,从能量转化的角度,提出了一套对空气阻力系数的理论模型,并通过实验分别对4种不同形状的物体进行了定量验证,实验结果与理论推导能较好地吻合.提出的空气阻力理论也应该可适用于液体的情况.     

基于单目视觉追踪测量羽毛球空气阻力系数

针对羽毛球空气阻力系数难以测量的问题,提出了一种基于单目视觉追踪来测量羽毛球空气阻力系数的方法。使用摄像头对运动员击打羽毛球的过程进行拍摄,通过图像识别算法追踪视频中羽毛球的飞行轨迹获取羽毛球的即时速度,最后根据动力学规律分析得出羽毛球的空气阻力系数。该方法测量精度较高,测量过程简便,可推广用于测量其他飞行物体的空气阻力系数。     

测定不同形状物体空气阻力系数的实验

设计空气流速连续可调的小型风洞,对圆形平板、圆柱体、流线体的空气阻力系数进行测量.利用U型管中水柱的高度差表达孔板法中空气的流速,通过悬臂梁力传感器测量测试物受到的空气阻力,根据空气阻力和U型管中水柱的高度差的关系测定空气阻力系数.     

垂直轴风力机叶片表面结冰的风洞试验

为研究垂直轴风力机叶片表面结冰的规律以及结冰对其性能的影响,对采用NACA0018翼型的风力机叶片进行了风洞结冰试验研究。在风洞试验段内安装了喷水装置,室外的寒冷空气被吸入风洞后与过冷水滴一起吹向叶片并碰撞结冰。测试了不同水滴流量和叶片攻角下的叶表结冰分布及叶片的升阻力系数变化。在一定攻角范围内,叶表结冰量随翼型迎风面积增加而增加;结冰后的阻力系数增大,升力系数减小,叶片的气动特性降低。     

碰撞模型下的空气阻力及其两个实例

在空气中运动的物体必然会受到其阻力的作用,多数情况下这个阻力是有害的,如超音速飞机、高速运动的火箭就必须克服极大的空气阻力,但任何事物都具有两面性,降落伞就是利用空气阻力让跳伞者以一个很小的速度降落的.空气阻力的大小与运动物体的速度、形状、表面状况等诸多因素有关,其精确计算相当复杂.本文将以一种简化的空气分子碰撞模型来推导运动物体所受的空气阻力大小,这个模型将空气分子视为弹性小球,其基本假定如下.     

油槽式流线谱演示器

油槽式流线谱演示器是借助油液流动特性与空气流动特性相似的特点,用于说明空气流过物体的流动情形。与烟风洞比较,油槽中的“流线”较稳定,且可以看到烟风洞中看不到的附面层,倒流等现象,但油槽中涡流现象却看得不够明显。油槽由一油箱(图1中1)、二油箱(图1中     

新建高焓激波风洞Ma=8飞行模拟条件的实现与超燃实验

针对高Mach数超燃冲压发动机实验能力空缺问题,基于航天十一院新建的FD-21高能脉冲风洞,进行了Ma=8超燃飞行条件的模拟能力设计与调试,获得了总焓2.9 MJ/kg、总压11.01 MPa实验条件,实现了Ma=8、高度31 km飞行条件的风洞模拟.在此基础上,研发了匹配的氢燃料供应及喷注时序控制系统,设计了超燃冲压发动机模型,开展了超燃冲压发动机模型自由射流应用性风洞实验,获得了氢气燃料与空气、氮气超声速气流耦合流动作用下的实验模型壁面压力数据.在当量比近似一致条件下,空气来流对应的燃烧室壁面压力明显高于氮气来流情况,表明氢气在1 ms有效实验时间内完成了与超声速空气来流的混合、点火与燃烧,获得燃烧释热特性,确认了在FD-21高能脉冲风洞开展高Mach数超燃实验是切实可行的,为后续研究奠定了良好的基础.      

基于Tracker软件的羽毛球空气阻力及运动轨迹研究

空气阻力对羽毛球运动轨迹影响巨大,而羽毛球所受空气阻力系数难以求得.本文利用Tracker软件的自动追踪功能,建立了羽毛球动力学模型,计算了羽毛球空气阻力系数的大小,完善了羽毛球运动轨迹模型.     

反射光偏振特性分析与物体形状的测量

基于反射光偏振特性,提出了利用图像处理技术测量透明物体三维形状的理论和方法.分析了物体表面反射光的偏振特性,表明自然光在经透明物体表面反射后,反射率随光的振动方向不同而不同,即反射光表现出部分偏振光的特性.研究了强度反射率与入射角以及光强与偏振片方向之间的函数关系,得到了光强大小与入射面方向的关系;根据偏振度概念并结合菲涅耳公式和折射定律,建立了偏振度和入射角之间的表达式,可求得物体表面法线方向,进而得到透明物体的形状.研制了光学实验平台,获得了物体反射光的偏振图像,经过图像处理,获得了被测物体的三维形状.实验结果表明,这种方法对透明物体形状测量是有效和实用的.     

流体悬浮及其稳定性探究

研究了圆柱体、球体在射流柱中悬浮的现象,使用N-S方程、边界层理论等,对圆柱体侧面绕流建立模型,用数值计算的方法求解水流绕流和空气绕流的速度场,求解压强梯度力和黏滞力矩,建立平衡方程求解出物体的稳定悬浮高度和稳态转动速度.结果表明:物体的悬浮高度和稳态转动速度均与圆柱体直径近似呈二次函数关系.通过控制变量法,探究悬浮物体的稳定性,发现其受到物体厚度、直径、形状多个因素的影响.     

一种基于偏振解析的三维表面重建方法

提出用解析反射光偏振图像来重建透明物体表面形状的原理及实现方法。从物体表面反射的光具有一定的偏振特性,偏振特性的不同反映了物体的形状和反射特性的不同,这两者之间存在一种必然的联系。通过分析物体表面反射光的偏振分布,可以得到物体的表面形状。依据菲涅耳反射公式,推导出偏振度与物体表面法线间的函数关系,据此构建相应算法,对由CCD照相机拍得的被测物体的偏振灰度图像进行处理,重建出被测物体的表面形状。实验结果证明提出的方法是实用且有效的。     

风沙流中颗粒相浓度和粒度的瞬态同步测量

本文基于激光衍射技术提出了一种新的浓度测量的改进方法。该方法可以同时获得测量颗粒的浓度和粒径分布。基于这一测量方法,通过对大型风洞风沙两相流系统中不同风速,高度条件下颗粒浓度和粒径测量,获得了跃移颗粒的空间结构信息。结果显示,颗粒浓度随来流风速线性增加,且在近床面区域内来流风速对颗粒粒径具有选择性。     

大气边界层的实验模拟

通过皮托管将模拟大气流动的风洞中的风速转换成气流的总静压差，再由压力传感器将其转换成电信号，输入到计算机中进行模／数转换处理，经过进一步处理，得到了风洞中风速边界层的模拟廓线．     

基于信息技术测量篮球的空气阻力系数

为了测出篮球在一般投篮过程的空气阻力系数,使用摄像机拍摄篮球竖直下落的全过程,并用软件将视频分解为帧图像,得到篮球下落的坐标和时间实验数据.用Matlab比较理论图线和实验所得的图,最终确定空气阻力系数近似值k=0.5±0.03.     

真空腔室中多孔板阻力系数的试验研究

真空管道运输可以保证高速铁路的进一步提速,一定真空度下的流场环境参数是保证列车安全运营的关键参数.搭建真空腔室开展基础研究,利用多孔板构建真空环境,通过真空压力规和激光多普勒测试仪构建测试系统.多孔板阻力系数包括黏滞阻力系数和惯性阻力系数,直接影响仿真计算和试验结果的对比分析,本文通过理论分析、仿真计算、风洞试验和真空腔室试验开展相关研究.研究表明:阻力系数的影响与流动状态无关,黏滞阻力系数对多孔板前后的压降影响显著,惯性阻力系数对压降影响微弱;黏滞阻力系数的数值与流场流动状态有关;有限密闭空间的真空空气动力学的仿真计算应考虑气体的压缩效应.     

数字式横风传感器设计与实现

基于风洞实验提出了一种自动监测横风风速及风向的设计方案,研制出一种数字式横风传感器;通过建立数学模型,重点分析讨论了气流压差和空气密度对横风风速的影响,依据空气动力学相关理论推导出横风风速计算公式,给出了设计参数并进行了实验验证;简要介绍了传感器硬件电路结构和工作原理,以及下位机软件程序设计;差压传感器通过横风探头感应气流变化采集压差信号,温度传感器监测环境温度,通过查表法得到空气密度,微处理器MSP430结合气流压差和空气密度计算出风速;采用IIR数字滤波算法,有效抑制了压差信号的高频噪声干扰;通过异步通信方式对传感器进行零点标定,消除零点漂移。     

基础实验试题A-2和A-3:毛细管中液体的流动及风洞实验

介绍了第7届全国大学生物理实验竞赛基础实验试题A"流体的流动"中的第二部分"毛细管中液体的流动"和第三部分"风洞"的内容,并给出了参考答案及竞赛结果分析.第二部分试题包括基于泊肃叶定律的倾斜毛细管测量液体黏度及根据毛细管中液体流动的物理状态与雷诺数的关系进行的实验拓展.第三部分涵盖研究乒乓球在风洞内受到的摩擦阻力与风速...     

微尺度色谱通道截面形状优化

本文将基于体积平均方法的理论模型与拓扑优化工具结合,以减小弥散系数为优化目标对微尺度色谱通道的截面形状进行了优化。优化结果表明色谱通道截面形状优化可以明显削弱通道内弥散过程。优化得到的截面形状明显不同于常见的矩形截面,具体形状取决于流动阻力系数的数值,流动阻力系数越大,截面的宽高比越大。将优化截面用于微尺度色谱设计可以显著改善分离速度及分离精度。     

风速对空气源热泵翅片管换热器结霜特性影响

针对风速对空气源热泵翅片管室外换热器结霜特性的影响进行了实验研究.实验结果表明,结霜量随风速的增加不是成线形增长,在风速为1.3m/s时结霜量最小.霜层厚度随着风速的增加反而减小,而翅片管换热器的最大换热量随着风速的增加而增加.     

冷表面温度对动态结霜过程霜层特性影响的实验研究

本文利用直流风洞型冷表面结霜实验台,对冷表面温度变化条件下,动态结霜过程的霜层特性进行了实验研究。分析了结霜条件为:空气温度10.5℃、相对湿度80%、风速3m/s、冷表面温度-3.5～-19.7℃范围内,结霜过程的结霜速率、除霜频率、霜层高度、结霜量、霜层密度及霜层导热系数等霜层物性参数的变化规律。