采用FFT-POD的非定常流动控制频谱和能谱特性研究

对数值模拟的不同频率下非定常激励的扩压通道流场采用POD方法分析,对取得的各级模态系数进行频谱分析,对不同变量的能谱进行对比分析,研究非定常激励对流场的控制机理。分析表明:非定常信号能够强制与流场发生共振作用,低阶模态共振作用较强,随之会出现衰减现象;同时流场的"固有频率"不会被改变,只会暂时抑制或加强,流场中的"保护"机制同样如此;动能谱显示非定常激励使流场中代表大涡的2、3阶动能份额增大,同时也增大了流场的第一阶模态拟涡能份额,从而使流场小尺度脉动能量和平直流动能减少。     

二维圆柱绕流的动模态分析研究

运用Fluent对单/双圆柱绕流非定常流场进行数值模拟计算,分析了涡脱落的发展演变过程。采用DMD方法对圆柱绕流流场进行稳定性判断,利用分解得到的DMD模态数据对流场进行还原,并对还原流场的误差进行分析。分析结果表明:DMD方法得到的模态包含模态的频率信息;DMD方法能通过提取出来的主要结构完成对流场的还原及预测工作。对于复杂流动结构的DMD分解,所提取的数据量极大程度的影响了模态分解的结果,是能否精确还原实验流场的关键因素。     

基于POD模态分解的液环泵瞬态气液两相流分析

针对液环泵内气液两相流动的复杂时空规律,采用本征正交分解(POD)方法对其瞬态气液两相流场进行特征分解,分析其相态场、速度场的空间基模态特征及模态系数的时域特征,建立非定常流场降阶模型,并对流场进行预测分析.结果表明POD方法可实现对液环泵内复杂流场的时空解耦分析,相态场及速度场的各阶模态系数在时域内的变化能够反映各阶...     

水下低频振荡涡流场声散射调制机理与特性研究

水下涡流场对声波的散射问题是声波在复杂流场中传播的基本问题,在水下目标探测和流场声成像领域具有重要意义.针对水下低频振荡涡流场声散射调制问题建立了理论分析模型与数值计算方法,探究了其声散射调制声场的产生机理与时空频特性.首先,基于运动介质的波动方程,通过引入势函数将波动方程分解为流声耦合项和非耦合项,并对流声耦合项进行频域分析处理,揭示了水下振荡涡流场的声散射调制机理;其次,采用间断伽辽金数值方法对水下低频振荡涡流场中声传播过程进行了数值模拟,分析了低马赫数条件下,不同入射声波频率、涡流场的振荡频率和涡核尺度对涡流场声散射调制声场时空频特性的影响规律,并结合理论分析模型对其特性进行了解释.研究表明:低马赫数下,振荡涡流场对声波的散射可产生包含涡流场振荡频率双边带调制谐波的散射调制声场,且随着入射声波频率、涡核尺度的增大,散射调制声场强度增强,总散射声场空间分布具有对称性和明显主瓣,且主瓣方位角趋近于入射波传播方向;在频率比远大于1条件下,涡流场振荡频率对散射调制声场强度影响较小.     

飞行器大攻角复杂流动的POD和DMD对比分析

基于非结构/混合网格、耗散自适应2阶混合格式以及脱体涡模拟（detached eddy simulation,DES）方法开展了现代战斗机模型复杂分离流动的数值模拟,并与有限的平均气动力试验数据进行了对比,结果表明计算具有合理性,在此基础上进一步应用本征正交分解（proper orthogonal decomposition,POD）和动力学模态分解（dynamic mode decomposition,DMD）方法对数值模拟流场的非定常特性进行了对比分析.研究表明飞行器背风区流场由一对边条涡的螺旋运动主导,旋涡破裂前在横向空间截面上流场是中性稳定的,同时主涡核的运动是多频耦合的.POD和DMD的对比分析则表明:两者模态配对的方式不同,但主要模态之间具有一定相关性;POD模态中包含多种频率的运动,而且能量较集中于主模态,流场重构效率更高;DMD则将流场的主要特征运动提取为一些单频模态的组合,同时能够给出模态的稳定性.      

大雷诺数下方柱绕流PIV试验及数值模拟

基于风洞试验利用粒子图像测速技术(PIV)研究了大雷诺数(Re=3.42×10~4)下方柱绕流流场,并应用本征正交分解(POD)法分解PIV瞬态速度场,获得了方柱尾流的低阶模态和重构流场结果,研究方柱绕流的流动机理.采用γ-Re_θ和k-ωSST两种湍流模型研究了大雷诺数下方柱尾流的速度分布以及湍动能变化。风洞PIV试验可准确的观测方柱尾流脉动流场,基于POD方法得到的前6阶模态占总能量的78.7%,前6阶模态即可较准确重构流场并捕获流场的主要特征。通过对比,γ-Re_θ模型是较优的湍流模型,可较好地得到尾流的湍动能及其变化规律。     

非定常膨胀过程中水蒸汽凝结对流场影响的数值分析

采用数值目的对激波管非定常膨胀过程中,汽液相变与流场的相互作用进行了模拟.主要研究了含有水蒸汽的混合气体在激波管中的非平衡凝结过程以及其对流场的作用.结果表明由于水蒸气的凝结释放热量对流场局部进行加热,使流场参数发生扰动而产生凝结激波.经过与凝结激波的相互作用后,流场参数和结构将发生明显的变化.     

基于大涡模拟下风力机翼型非定常转捩流动的动态模态分解分析

翼型绕翼流动对风力机整机性能产生重要影响.本文基于大涡模拟方法,得到风力机翼型非定常转捩流动.通过对压力流场的动态模态分解(DMD)分析,发现翼型层流分离泡的生成和发展为流动主要非定常特征,且该特征具有主要频率.预估得到高增长率T-S扰动波频率与DMD模态频率接近,发现高频变化的分离泡由边界层分离点下游不远处的T-S扰动波诱导K-H不稳定性而主导,以及中低频的DMD模态表现为T-S扰动波所引起的湍流结构.对比不同攻角下的DMD分解结果,发现上表面分离泡会逐渐向前移动,长度变短;而下表面分离泡略微后移,长度变化不大.     

不同磁致纵向涡形式对空气对流换热的影响

为揭示不同磁致纵向涡对通道内空气对流换热的影响规律,分别就两极和四极钕铁硼永磁体作用下的矩形通道内的对流换热进行了数值模拟。模拟以通道入口段的流动和换热为对象,得到了不同Re和不同壁温下的流场和温度场, 对流换热的Nu和阻力系数,以及场协同数Fc。结果表明,不同纵向涡形式下的流场和温度场的协同性不同,具有八纵向涡形式的对流换热的协同性优于四纵向涡形式,强化效果也优于四纵向涡。     

对称槽道涡波流场流动特征的POD分析

为深入分析层流状态下对称槽道内涡波流场的流动特性及其变化规律,对流场进行了二维粒子图像测速(2DPIV)测量获取瞬态速度矢量数据,利用本征正交分解(POD)技术进行模态分解以及涡波流场的重构,然后根据重构的流场对对称槽道内涡波流场进行了平均速度剖面、流场脉动强度以及特征点的速度和频谱分布等方面的分析。结果表明:POD的前15阶模态能够表征涡波流场的主导结构,第1,3阶模态主要表现为一对旋向相反的涡对特征,第2阶模态具有涡旋和波状主流的特征;提取了5个涡旋涡核的位置作为流场流动特性的特征点;根据POD重构流场分析发现流向平均速度呈抛物线形状分布,法向平均速度呈对称分布特征;流向脉动强度受壁面的影响较大,法向脉动强度呈现抛物线形状分布;距离中心主流较近的1#,4#,5#特征点的速度脉动程度受主流的脉动强度影响较大,速度的脉动主频0.15 Hz与次频、流场的自然频率0.35 Hz共同影响特征点的速度分布;2#,3#特征点的流向速度呈衰减趋势,法向速度在初期幅度变化较大。     

水陆两栖飞机静水面高速滑行性能数值计算与试验分析

针对水陆两栖飞机静水面高速滑行过程的运动响应大、流场强非线性等问题，提出了一种基于传统动网格技术的"状态预估——精确计算"的数值模拟方法:通过求解Reynolds平均N-S方程结合运动方程来模拟飞机静水面滑行时的流场特征和运动特性，数值模拟方法为隐式有限体积法，湍流模型采用k-ω（SST Menter）结合壁函数进行处理，自由液面捕捉采用VOF方法；数值计算时，首先采用粗网格对简化后的飞机在不同航速下的姿态和升沉进行快速预估，再将飞机置于预估状态下进行精确网格划分，最后进行精确数值计算分析.为了验证数值模拟结果的正确性，在物理水池中进行了静水拖曳试验，将数值计算结果与试验结果进行对比分析可得:数值计算与水池试验的流场特征吻合，且阻力、姿态和升沉的计算精度达到90%，验证了数值模拟方法的可行性.      

场方法的改进及其在积分Riemann-Cartan空间运动方程中的应用

和Hamilton-Jacobi方法类似,Vujanovi?场方法把求解常微分方程组特解的问题转化为寻找一个一阶拟线性偏微分方程(基本偏微分方程)完全解的问题,但Vujanovi?场方法依赖于求出基本偏微分方程的完全解,而这通常是困难的,这就极大地限制了场方法的应用.本文将求解常微分方程组特解的Vujanovi?场方法改进为寻找动力学系统运动方程第一积分的场方法,并将这种方法应用于一阶线性非完整约束系统Riemann-Cartan位形空间运动方程的积分问题中.改进后的场方法指出,只要找到基本偏微分方程的包含m(m≤ n,n为基本偏微分方程中自变量的数目)个任意常数的解,就可以由此找到系统m个第一积分.特殊情况下,如果能够求出基本偏微分方程的完全解(完全解是m=n时的特例),那么就可以由此找到≤系统全部第一积分,从而完全确定系统的运动.Vujanovi?场方法等价于这种特殊情况.     

轴向磁场下感应耦合放电模式转换的实验研究

为探究轴向磁场对纯Ar感应耦合等离子体放电模式转换的影响,设计并搭建一整套等离子体产生装置展开实验研究,引入阻抗分析法对放电模式转换进行判断,并得到了朗缪尔探针法的验证。实验发现,当气压为10 Pa时,轴向磁场强度的增加使得E-H和H-E模式转换的阈值功率增大;同时,随着轴向磁场的增强,放电中心区域的电子密度不断降低。初步分析认为,这是由于带电粒子在洛伦兹力作用下做回旋运动,导致高能电子在垂直磁场方向上的碰撞减少,降低了电子密度以及感应耦合效率。进一步分析电子能量概率函数(EEPF)发现,在E模式下,轴向磁场对电子运动的约束作用更加明显,高能电子(>27 eV)所占比例增多,电子能量分布更加均匀。     

Estimation and visualization of longitudinal muscle motion using ultrasonography: A feasibility study

Ultrasonography is a convenient and widely used technique to look into the longitudinal muscle motion as it is radiation-free and real-time. The motion of localized parts of the muscle, disclosed by ultrasonography, spatially reflects contraction activities of the corresponding muscles. However, little attention was paid to the estimation of longitudinal muscle motion, especially towards estimation of dense deformation field at different depths under the skin. Yet fewer studies on the visualization of such muscle motion or further clinical applications were reported in the literature. A primal–dual algorithm was used to estimate the motion of gastrocnemius muscle (GM) in longitudinal direction in this study. To provide insights into the rules of longitudinal muscle motion, we proposed a novel framework including motion estimation, visualization and quantitative analysis to interpret synchronous activities of collaborating muscles with spatial details. The proposed methods were evaluated on ultrasound image sequences, captured at a rate of 25 frames per second from eight healthy subjects. In order to estimate and visualize the GM motion in longitudinal direction, each subject was asked to perform isometric plantar flexion twice. Preliminary results show that the proposed visualization methods provide both spatial and temporal details and they are helpful to study muscle contractions. One of the proposed quantitative measures was also tested on a patient with unilateral limb dysfunction caused by cerebral infarction. The measure revealed distinct patterns between the normal and the dysfunctional lower limb. The proposed framework and its associated quantitative measures could potentially be used to complement electromyography (EMG) and torque signals in functional assessment of skeletal muscles.     

LETTER: String Motion in Curved Space and the Bianchi Identity

It is shown that the motion of a string in the field of a massive object can be derived from the Bianchi identities using the method of Papapetrou. The time average equation of motion is that of point geodesic only at lowest order, and the method may be extended to obtain structure dependent, non-geodesic motion.     

A dynamics-controlled truncation scheme for the hierarchy of density matrices in semiconductor optics

We discuss the interaction of coherent electromagnetic fields with the semiconductor band edge in a dynamic density matrix model. Due to the influence of the Coulomb-interaction then-point density matrices are coupled in an infinite hierarchy of equations of motion. We show how this hierarchy is related to an expansion of the density matrices in terms of powers of the exciting field. We make use of the above results to set up a closed set of equations of motion involving two-, four-and six-point correlation functions, from which all third order contributions to the polarization can be calculated exactly. Comparison of our treatment of the hierarchy with the widely used RPA decoupling on the two-point level, gives interesting insight into the validity of the RPA. In particular we find, that a RPA-like factorization for two of the relevant density-matrices yields a solution of their respective equations of motion to lowest order in the electric field.     

一种基于自适应补偿的快速帧速率上转换算法

提出一种基于自适应补偿的快速帧速率上转换算法.算法在塔型结构数据上进行运动估计并利用相邻块运动矢量对上层传递矢量进行修正,减少计算量的同时获得了平滑的运动矢量场.在匹配搜索过程中采用动态调整搜索窗策略,避免了过搜索和搜索不足的问题.运动补偿克服了传统的补偿算法仅采用一种插值方法的不足,根据运动矢量的可靠性分别采用了3种不同的插值方法.为了减少块边缘的失真,采用了重叠块运动补偿的插值方法.在遮挡区域,设计了加权多候选运动矢量插值方法,对前后两帧补偿结果分别赋予不同的权值以减少失真.实验结果表明,该算法与传统算法相比不仅可以大幅度降低计算量,且插值图像的质量有所提高.     

On the motion of test particles in the field of a plane gravitational wave

The motion of test particles in the field of a plane gravitational wave is studied in order to derive some general properties of such motion, especially the possibilities of repeated meetings of two inertially moving particles.The work was done at Moscow State University, Moscow.     

Analysis of Cr atom focusing deposition properties in the double half Gaussian standing wave field

The use of the dipole force on atoms is a new technology that is used to build nanostructures. In this way, a high quality standard nano-grating can be obtained. Based on the semi-classical model, the motion equation is investigated and the trajectories of atoms in double half Gaussian standing wave field are simulated. Compared with the Gaussian standing wave field, the double half Gaussian standing wave can well focus the Cr atoms. In order to obtain this kind of beam, a prism is designed and the experimental result shows that the beam is well generated.     

基于联合运动补偿的边信息预测算法

传统块运动补偿算法仅利用单一运动向量场,该运动向量场中总会存在一定的运动异常,而过多的运动异常会严重衰退内插帧质量。为了解决该问题,提出了一种基于联合运动补偿的边信息内插算法,该算法使用双向运动估计计算出内插帧的运动向量场,接着采用当前块和其八个邻域块的运动向量联合预测出目标块。由于运动向量场的局部平滑特性会使八邻域块的运动向量十分接近当前内插块的真实运动向量,实验结果表明提出算法比传统算法有更好的容错性能。