野外沙粒运动的高速频闪摄影研究

研究自然界中沙粒运动的微观状态,是防沙害工程中的一项基本课题。本文介绍了用高速频闪摄影在野外风沙流条件下,对沙粒运动的动态特性进行的摄影研究。 文中介绍了我们为适应野外条件而设计的专用实验装置及其实验方祛。从工程研究的角度出发,用统计方法对挑选出的172颗轨迹较为清晰完整的沙粒进行了分析,并将统计结果同室内风洞条件下的实验数据,以及常规的野外宏观测量结果作了比较。结果表明,这三项测量得到的有关沙粒运动的统计规律是一致的。     

风沙运动的电场-流场耦合模型及气固两相流数值模拟

沙尘暴和尘卷风等风沙运动的静电场是空气流场中沙粒间的碰撞摩擦带电及沙粒粒径的分层效应引起的, 本文耦合沙粒摩擦荷电模型和风沙运动气固两相流模型, 提出了离散单元法与计算流体动力学结合的数值方法. 数值模拟计算表明电荷呈中性的沙粒临界直径为300 μm; 在充分发展的水平风沙流中, 细小的沙粒带负电, 较大直径的沙粒带正电, 所模拟的沙粒带电的荷质比及水平风洞试验段的电场强度与实验测量值一致, 验证了风沙运动的电场-流场耦合模型及数值计算方法的合理性. 本文基于沙粒摩擦荷电机理的风沙运动气固两相流模型提供了理解风沙运动静电场产生的一种物理机理.     

对风沙输运中起跳沙粒运动状态分布的讨论

本文用Lagrange方法结合起跳沙粒初始运动状态分布模拟了稳态风沙输运过程。根据已有的对地表沙粒撞击起跳现象的研究成果,列出四种典型的沙粒起跳初始运动状态分布形式。将在各分布形式下模拟得到的宏观量与风洞实验测量得到的宏观量的变化规律相比较,通过考察依据各分布形式所作数值模拟得到的风沙宏观运动的特征量与实验测量结果的一致程度,得到了其中较合理的分布形式。分析表明稳定风沙输运中起跳沙粒的初始速度和角度的分布曲线均应为一单调下降曲线,根据实验数据本文构造出由指数分布和正态分布组成的分段函数形式来描述这一曲线。并通过进一步的实验验证了这一分布形式的合理性。     

风沙运动问题的SPH-FVM耦合方法数值模拟研究

针对离散颗粒模型和欧拉-欧拉双流体模型在求解气粒两相流动问题中存在的不足,提出了一种新方法——SPH-FVM耦合方法,并应用于风沙运动过程的数值模拟计算.新方法基于拟流体模型,采用光滑粒子流体动力学方法(SPH)对离散颗粒相进行求解,追踪单颗粒运动轨迹,采用有限体积法(FVM)求解连续气体相,捕捉流场特性,两相间通过曳力、压力梯度、体积分数等参量进行耦合,建立了两种不同坐标系下方法间的耦合框架.对SPH粒子所承载的物质属性进行了重定义,改造成了适用于离散颗粒相求解的光滑离散颗粒流体动力学模型(SDPH),阐述了SPH粒子与离散相中颗粒之间的关系,推导得到了拟流体SPH离散方程组.模拟了风沙运动中沙粒跃移过程和自由来流风速作用下沙粒的运动过程以及沙丘在风力作用下缓慢向前蠕移的过程,分析了颗粒的运动轨迹,流场中沙粒水平速度分布规律以及气体速度场在沙粒反作用下的变化情况等,与实验结果相符合,结果表明该方法不仅精度较高,而且计算量较小,适于求解风沙运动问题乃至其他气粒两相流动问题.     

沙粒跃移模型及其数值分析

本文计算了近地面湍流边界层的速度分布。根据跃移运动的临界摩擦速度及湍流边界层的计算,给出了产生跃移运动的边界层范围,假定运动沙粒与静止沙粒的接触点上没有相互滑移运动,提出了旋转力矩是在跃移运动初始阶段由升力和粒子间相互作用力产生的,并计算了该力矩作用时间和大小。计算了跃移轨迹,得到了跃移的诸运动要素。与实验结果比较,在所考虑范围内,其结果是一致的。     

单一空化气泡运动的高速摄影的实验研究

作者用高速摄影方法实验研究了单一空化气泡的运动.气泡生长闭合运动的实验结果与理论基本上是符合的.在仔细研究空化气泡闭合瞬刻照片发现有“小脉动”现象存在,它为空化气泡在闭合瞬刻在气泡内会产生微骇波的假说提供了有力佐证.本文还通过实验研究了气泡生长、闭合和反跳运动的衰减性质.     

原子吸收光谱法研究自然沙粒对pb2+的吸附性能

通过扫描电镜(SEM)、静态氮吸附(NSA)和红外光谱(FTIR)法对塔卡拉玛干沙漠自然沙粒(简称沙粒)的粒状及其表面结构、比表面积和功能基团进行了分析,以FAAS作为检测手段,动态法研究了沙粒对pb2+的吸附性及其影响因素并优化了吸附条件;将沙粒作为填料制备了5.0 cm×5 mm i.d.预富集分离微柱,将其与FA...     

低风速条件下沙粒起动的PIV研究

本文在对风沙流进行气固两相流分析的基础上实现了低风速条件下的沙粒起动过程,借助PⅣ测量系统对其进行了观测并对影响因素进行了分析,获得了沙粒的浓度和速度分布。实验结果表明沙粒浓度沿距离沙面的高度呈负指数分布特征。流体起动和冲击起动下的输沙率随摩阻速度和雷诺数的增加而单调增加,而起动效能比随之减小并趋向于常数0.207。测量得到的输沙率修正了低速范围内的Bagnold公式和河村龙马公式。     

不同沙粒底面下气泡脉动特性实验研究

通过高速摄影系统对电火花气泡与不同沙粒底面间的相互作用进行了实验研究,并改变气泡与沙粒底面之间的距离.实验结果表明:气泡在与沙粒底面的相互作用中会产生两种明显不同的现象,即形成与近刚性壁面类似的气泡射流以及“蘑菇状”气泡,“蘑菇状”气泡撕裂形成两个气泡,随后产生两个反方向的沿轴线方向的射流.沙粒底面边界具有刚性与弹性两种特征.另外,随着气泡与沙粒底面之间的距离d的增大,气泡脉动周期先增大然后减小,存在气泡脉动周期峰值.对于不同的沙粒底面边界,出现气泡脉动周期峰值的距离d随着沙底粒径的增大而越小.     

沙粒运动规律的数值分析

本文给出了用KD—9 IMANA胶片判读系统分析沙粒运动参数的结果。我们应用气体-固体粒子二相流理论,模拟在半无限平板上运动沙粒与流动气体间的相互作用。     

利用视频分析软件Tracker分析弹簧振子的运动规律

弹簧振子的运动是典型的简谐运动,根据现有的实验条件,创设怎样的学习场景,帮助学生有效地进行实验观察、记录并描述其运动规律,尤其是弹簧振子位置随时间变化的关系是正弦函数,这既是重点也是难点.在课堂上用手机的高速摄影功能对实验过程进行记录,再用视频分析软件Tracker进行弹簧振子位置的跟踪、记录和图像拟合,是突破这一难点的有效方案.     

高速立体摄影测量的理论

在高速摄影应用中,常常要分析研究在三维空间运动变化的现象。要解决这些问题,必须采用高速立体摄影测量的方法。采用非量测用的高速摄影机进行立体摄影测量的基础理论是直接线性变换关系式,即     

燃料液滴间火焰传播的高速摄影研究

作为雾状燃料燃烧现象的微观模拟,我们研究了燃料液滴在不同条件下的点火机制和火焰传播规律。本文介绍的实验方法,将干涉计量术与高速摄影方法相结合,既克服了大多数液体燃料在燃烧时亮度太低的缺点,又充分发挥了干涉计量术能记录温度场和高速摄影记录高速过程的特长。     

高速摄影技术对水中气泡运动规律的研究

气泡在许多不同过程中起着重要作用.舰船尾流中的气泡提供了这样一个线索,即基于对气泡的特性研究,并以此对舰船进行追踪是一种独特的方法.用高速摄影技术来研究气泡,具有直观、低费用的优点,配合以半自动胶片判读仪,可获得较为详细的关于气泡的参量.实验结果表明,水中气泡上升速度的大小都在随时间减小,气泡的末速度存在一极值,它与一定大小的气泡相对应.文中详细讨论了水中气泡的动力学特征,并与高速摄影所得到的气泡图象数据进行了比较,其结果的一致性肯定了高速摄影技术对水中气泡运动规律的研究中的重要性     

塑料注射充模流变过程的高速摄影研究

塑料注射成型是加工热塑性塑料的一种主要方法。注射过程中,塑料在注射机料筒和模具中经历着复杂的运动和变化过程,直接影响到充模的过程,和塑料制品的微观、细观、宏观结构(取向、结晶、熔合均匀性等),从而影响到塑料制品的物理—机械性能。所以充模过程是注射成型的核心过程。 本文采用透明模实验装置,对多种模具型腔的注射充模流变过程进行了高速摄影研究。文中介绍了试验装置、光路系统,以及摄影结果,并采用影片运动数据分析处理系统,对园形模腔的充模流变过程进行了定量动态分析,研究了充模流变过程的运动规律。这对完善塑料注射成型工艺的基础理论,摆脱了目前生产中经验式和技艺式处理问题的工作方法,对减少模具设计和工艺参数确定过程中的盲目性具有重要的意义。     

壁面附近激光空泡溃灭的空蚀特性

为分析空泡在壁面附近溃灭导致的冲击波和射流特性,提出将激光空化、高速摄影技术应用于激光空泡的空蚀研究。建立了壁面附近激光空泡的产生、微调控制及高速摄影测量实验平台。采用高速摄影技术对不同液体、不同γ参量条件下空泡脉动的外形特征、溃灭冲击波和溃灭射流等参量进行了测量。结果表明,壁面的存在弱化了空泡溃灭时的收缩程度,空泡溃灭时的冲击波和射流对壁面的破坏作用存在着此消彼长,相互竞争的关系;空泡在壁面附近脉动时,回弹泡的溃灭对壁面也可产生较强的破坏作用;液体的粘性增大有助于空泡表面维持稳定,减缓空泡溃灭时泡壁的运动速度。     

家蝇追逐飞行的正交三维高速摄影

本文提出单机正交三维高速摄影研究家蝇追逐飞行规律的方法,并用旋转法重现三维飞行轨迹。报告在自由飞行条件下雄蝇追逐行为实验及其初步分析结果。     

超高速摄影机动态像质检测图象获得及分析

在镜头加工过程和最后产品检验中,测试和实验工作是一项重要环节。随着现代科学技术的迅速发展,大量的多变现象需要用实验的方法进行研究、讨论,尤其是高速流逝过程必须靠高速摄影才能直观、准确获得数据,才能把高速运动和迅速变化的空间信息和时间信息记录在感光底片上,以便提供人们观察和分析事物的瞬间变化过程。目前,高     

ZDF—50高速摄影机在野外大视场的应用

ZDF-50型摄影机用几万到十几万幅/秒的摄影频率,在野外大视区,由光源在远距离照射时拍摄高速运动目标及其瞬逝过程的布站情况及主要测试参数的计算。 有效视场=目标速度v_0×拍摄时间t。 摄影频率应满足: 有效拍摄视场大于瞬逝过程及事件前后所需要的视场。     

鸣沙发声的奥秘

 在自然界的特定环境下,沙粒偶尔会发出浑厚的上低音和尖厉的高音 我国甘肃省境内的月牙泉鸣沙坡,就是以此景而扬名海内外的,这是为什么呢?国内外学者就此奥秘进行了研究,找到了答案.不久人们就能用一定的技术和方法对普通沙粒进行处理.