应用于水下能分辨粒径10 μm～500 μm尾流气泡的成像系统

 针对尾流气泡成像存在的难点,采用片光源切片扫描与高速摄影相结合的技术手段,研制了一套水下激光成像系统。该系统采用激光片光照明,避免了尾流区气泡图像层叠;设计了3组倍率可切换镜头,实现了对大动态范围（10 μm～500 μm）粒径小气泡的成像;将镜头分成前后组,以平行光中继,通过片光与前镜组的同步移动,可实现尾流区一定体积内气泡图像的采样,同时还能保证扫描过程中始终成像清晰。此系统通过在海域进行试验,放置深度为5 m,气泡由目标船产生,产生气泡粒径范围10 μm～2 000 μm,结果表明,系统成像效果良好,满足项目技术要求。     

光束在尾流气泡中传输的复散射效应

为了了解光束在尾流气泡中的传输特性,为前向光尾流的探测提供理论依据,研究了光束在尾流中传输时传播方向上和横截面方向上的辐射强度分布特性.基于辐射传输方程的小角度近似解,得到了探测截面上的约化强度和漫射强度的表达式,其中漫射强度表征了复散射的强弱|针对典型的尾流气泡分布,通过数值计算分析了光束传输方向上的约化强度和漫射强度与接收视场角、光学厚度和光束大小的关系,也计算分析了光束横截面方向上的辐射强度随光束大小和横向距离的变化关系.结果表明,光束在尾流气泡中传输时复散射效应明显,且复散射的强弱与接收视场角、光束直径、光学厚度和横向距离密切相关.     

基于粒子尾流模型的风电场风资源评估系统

煤炭、石油和天然气等化石能源面临着枯竭,各国争相开发利用可再生能源,风能是目前最具开发利用潜力的可再生能源。风能受地理条件和周围环境的影响大,所以风电场的风资源评估在选址、运营和预测方面都至关重要。本文开发了一套风电场风资源评估系统,它充分考虑了地形、当地风速风向、风电场使用的风力机类型和风力机间的尾流影响,采用基于风力机特性的粒子尾流模型,通过CFD计算,得到风电场的功率输出和风资源分布,此系统既可应用于风电场建造前的选址和评估,也可应用于运营中的检验和预测,有很强的工程应用价值。本文通过澳大利亚Wattle Point Wind Farm(WPWF)实测数据对评估系统的可靠性和精确度进行了验证。     

基底对离子束与层状二维电子气作用的影响

采用线性化量子流体动力学（Quantum Hydrodynamics QHD）模型和Poisson方程相结合,研究了离子束与存在基底的双层二维电子气平面相互作用时的静电激发现象。选择恰当边界条件,推导出相互作用过程中的感应电子气密度、感应电势及阻止本领的一般表达式。结果表明,随着基底介电常数的增加,两个平面内的感应电子气密度以及空间感应电势振荡的波长明显变长。同时,由于两个电子气平面间的耦合作用,阻止本领随速度变化曲线出现明显的双峰结构,随着介电常数的增大,双峰结构逐渐消失。     

基于CMOS探测模拟气泡幕前向光散射动态特性

提出了基于CMOS图像传感器探测前向激光近轴的散射横面角和散射纵面角的概念.使用CMOS采集了模拟气泡幕前向散射光动态图像序列,通过计算每帧灰度图像行和列像元均值将其可以用一个列向量和行向量表示,从而图像序列可以用一个图像序列矩阵描述.实验模拟了压强0.005MPa和0.01 MPa产生的气泡幕,通过计算两种压强产生的气泡幕前向光散射图像序列的横向灰度均值和纵向灰度均值,定性分析了100帧图像序列的灰度分布和演化特点,并定量分析了5帧连续图像的动态变化范围和相关性.分析CMOS探测气泡幕前向散射光动态图像序列实验结果表明,随着压强增大,产生气泡幕尺度增大、密度增加、上升速度加快,导致图像序列横向和纵向散射光灰度变化范围增加,并且相邻图像帧之间变化波动幅度增大.     

尾流光学信号的处理方法

主要利用滤波器、离散傅里叶变换、以及统计信号处理方法等对实验室模拟的尾流信号进行分析和处理、计算.从能量的角度来看,光学信号在有无气泡幕情况下的区别是非常明显的;利用滤波器只能作为尾流光学信号的预处理,从实际应用来看,需要做进一步处理;离散傅里叶变换对不同气压下得到的处理结果存在的区别,必然也为判断不同航速、不同尾龄下的尾流提供了一种线索;以Chirp z变换的形式对尾流光学信号进行处理,使得这种分布具有相当直观的图形,结合适当的图形处理方式,将有可能确定探测尾流光学性质的特征信号.     

摆动方式对水翼输入功率的影响

利用投影浸入边界法,研究了不同主动摆动方式对水翼输入功率的影响。计算模型采用二维NACA0012翼型,雷诺数Re=800。最大摆角θ0=75°,摆动频率f的变化范围为0.1Hz~0.2Hz,非正弦摆动参数β的变化范围为1~3。首先,研究摆动频率f和非正弦摆动参数β对平均输入功率的影响,研究发现,平均输入功率随着f和β值的增加而增加,但当f0.16 Hz,β2.5时,平均输入功率急剧增加。其次,在摆动频率f=0.16 Hz时,研究不同非正弦摆动参数β下力矩系数、输入功率系数以及升阻力系数随时间的变化规律,研究发现,随着β值的增加,峰值输入功率也逐渐增加,而且β值影响峰值输入功率出现的位置。最后,研究不同β值下,变化的尾流发展对输入功率的影响,认为水翼上下表面产生的后缘涡与升阻力有关系,水翼上表面的负涡对水翼摆动产生阻力,而下表面的负涡对水翼摆动产生升力,从而对水翼摆动的输入功率产生影响。     

圆柱涡激振动的结构-尾流振子耦合模型研究

建立了一个新的结构-尾流振子耦合模型. 流场近尾迹动力学特征被模化为非线性阻尼振子,采用van der Pol方程描述. 以控制体中结构与近尾迹流体间受力互为反作用关系来实现流固耦合. 采用该模型进行了二维结构涡激振动计算,得到了合理的振幅随来流流速的变化规律和共振幅值,并正确地预计了共振振幅值$A_{\max}^\ast$随着质量阻尼参数$\left( {m^\ast + C_A } \right)\zeta$的变化规律,给出了预测$A_{\max }^\ast$值的拟合公式. 采用该模型计算了三维柔性结构在均匀来流和简谐波形来流作用下的VIV响应. 结构在均匀来流作用下振动呈现由驻波向行波的变化过程, 并最后稳定为行波振动形态.在简谐波形来流作用下,结构呈现混合振动形态,幅值随时间呈周期变化.      

HD+2，H+3和D+3与固体相互作用和三体尾流效应

从分子离子H⁺₃及其氘化同位素分子离子D⁺₃和HD⁺₂与超薄固体膜相互作用发生库仑爆炸为基础,分析讨论了H⁺₃,D⁺₃和HD⁺₂三种分子离子的形成机理,根据产物能谱分布,利用库仑爆炸技术确定了同位素分子离子HD⁺₂的结构形式,给出具体核间距数值.并确定在实验中不存在线状结构的HD⁺₂.提出一种三原子分子离子和固体相互作用中尾流效应的处理方式,通过和实验结果做比较发现这是一种非常理想的处理三体尾流效应的模式,并用之进一步确认了HD⁺₂的结构形状.文章对H⁺₃,D⁺₃和HD⁺₂三种分子离子的实验结果做了对比和讨论. 关键词： +₂')" href="#">微团簇HD⁺₂ +₃和D⁺₃')" href="#">H⁺₃和D⁺₃ 库仑爆炸 三体尾流势 团簇结构     

舰船尾流气泡层散射相位函数及其后向散射信号特性分析

根据实测舰船的尾流气泡分布模型,利用米氏理论计算得到尾流气泡层的散射相位函数,并将其应用于尾流气泡层后向散射光接收信号的Monte Carlo仿真分析中,以便为实际海况下的舰船尾流气泡层后向散射光探测的实验设置与信号预测、分析提供可靠的依据.通过对不同距离处尾流气泡层的散射相位函数及后向散射光接收信号特性的分析,可以得出:尾流中气泡层散射相位函数的变化小明显,且对接收信号的影响较小;气泡数密度的变化导致的多次散射效应和气泡层衰减系数的变化是引起后向散射光强度变化的主要原因,数密度越大,散射光信号中的多次散射光成分越大;当气泡层厚度达到一定倍数的衰减长度时,继续增加气泡层厚度对后向散射接收信号的影响较小.