双层声波导乐甫波传感器的质量敏感度分析

本文推导了双层声波导结构乐甫波传感器的频散方程和质量敏感度。首先,根据连续边界条件求解声波波动方程,并推导双层声波导结构下乐甫波传播的频散方程;然后根据微扰理论推导乐甫波传感器的质量敏感度。文中并最后给出基于ST-90°X石英基片的乐甫波传感器的算例分析。基片表面依次覆盖二氧化硅和金两层声波导,根据上述推导式子计算出乐甫波相速度及质量敏感度随着声波导层厚度变化的特性。结果表明:声波导层厚度增加时,乐甫波相速度减小,乐甫波模式增多,控制波导层厚度可以获得单一的乐甫波模式;选择波导层的厚度,乐甫波传感器可获得最大质量敏感度。     

飞机结冰过程的传热研究

基于液/固相变的基本理论,对飞机结冰过程中冰层和液膜的传热特性进行了研究,建立了考虑固/液相区传热特性及固/液、气/液界面同时移动条件下的传热模型,并采用该模型对飞机结冰过程中的冰层和水膜生长特征进行了分析.研究表明,所建模型考虑了固、液相区的传热过程及液/固相变的非线性特征,对冰层生长速率及冰型特征有着较好的预测作用.     

水滴撞击结冰过程的分子动力学模拟

利用三维分子动力学模拟方法,研究了纳米尺度水滴撞击冷壁面的结冰过程.数值模拟中,统计系统采用微正则系综,势能函数选用TIP4P/ice模型,温度校正使用速度定标法,牛顿运动方程的求解采用文莱特算法,水滴内部结冰过程则通过统计垂直方向水分子温度分布来判定.研究发现,当冷壁面温度降低时,水滴完全结冰的时间减小,但水滴降至壁面温度的时间却增大;同时随着壁面亲水性降低,水滴内部热传递速度减慢(尤其是冷壁面与水滴底端分子层间),水滴内部温度趋于均匀,但水滴完全结冰时间延长.     

分形多孔介质的粒子扩散特点(Ⅱ)

本文进一步讨论了粒子在分形结构中的扩散,首先计算测定了各分形结构的谱维数,然后对其布朗运动特点进 行了分析讨论,最后模拟得到了粒子扩散概率分布,它们表现出很多有趣的特征:不均匀性,内含空洞和标度性等.这些 结果可以更好地了解气体在分形结构中的扩散。     

分形多孔介质的粒子扩散特点(Ⅰ)

本文讨论了粒子在分形结构中的扩散,随机Sierpinski地毯上的扩散模拟表明:分形结构中的扩散已不再满足 Fick扩散定律。扩散速度较欧氏空间减慢了,即“扩散慢化”效应。而且可以看到由于结构的自相似特征,扩散过程也表 现出某种自相似性(标度性),分形结构和欧氏空间中的扩散特点是有本质的差异的。     

CFETR TF导体的管内压降分析

目前管内电缆导体(CICC)压降的实验结果都是高空隙率(～35%)下测得的,而CFETR纵向场(Toroidal Field,TF)导体的设计偏向于较小的空隙率(～29%),压降实验数据方面的短缺,使得需要重新考虑目前Katheder关系式能否用于CFETR TF的压降估算。在CFETR TF导体的压降分析中,分别采用了修正的Katheder关系式和多孔介质模型对导体的压降进行比较,获得了更为保守的压降预测。     

结冰对风力机叶片影响的数值研究

本文利用商用CFD软件Numeca针对NREL Phase VI风轮结冰前后进行数值计算,计算包含风速由5 m/s至17 m/s区间各典型工况,并对计算结果进行了气动参数和载荷等相关分析。由此得出结论:结冰可以带来最高达51%的功率损失,同时会使风力机提前失速以及提高了启动风速等;结冰会导致在较高风速下叶根挥舞弯矩急剧增大从而增大叶片叶根强度要求;另一方面由叶片沿展向载荷分布得出结冰对整机影响主要集中在大于90%叶展的外侧区域,该区域是除冰防冰系统主要作用区域。     

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。     

快速干燥过程中多孔介质内部湿分迁移机理的研究

本文对快速干燥过程中多孔介质内部湿分迁移机制进行了实验研究和理论分析。实验本体是一台Ｘ－６５０扫描电子显微镜;实验样品分别为大蒜;胡萝卜和土豆片。提出了压力梯度作用下的毛细管通道内的挤压流动是高强度干燥过程中湿分迁移的主要机理并对单毛细管通道内的挤压流动进行了理论分析。     

基于多孔介质模型的40-T混合磁体CICC摩擦阻力特性分析

多孔介质理论被认为可能为CICC的热工水力特性提供理论支撑。通过多孔介质模型对40-T混合磁体外超导磁体的CICC导体进行分析计算,并用实验测量结果对渗透率、阻力系数、颗粒直径等参数进行修正,以探索CICC的多孔介质模型近似方法。     

各向异性渗流条件下弹性波的传播特征

研究了弹性波在非均匀裂纹孔隙介质中的传播特性,建立了各向异性喷射流模型.当弹性波通过裂纹孔隙介质时,由于波的扰动及裂纹和孔隙几何结构的不一致,导致在裂纹内部及裂纹与周边孔隙之间同时存在着流体压力梯度.此时的弹性波波动响应中包含着裂纹内连通性特征和背景孔隙渗透率信息.流体的动态流动过程使得介质的等效弹性参数为复数(非完全弹性),并且具有频率依赖性.当弹性波为低频和高频极限时,介质为完全弹性;当处于中间频段时,波有衰减和频率依赖.裂纹孔隙介质的各向异性连通性(渗透率)对应着各向异性特征频率(当渗流长度等于非均匀尺度时的弹性波频率),波的传播受到裂纹内连通性的影响.在一定频段内,随着裂纹厚度的增加,将出现第二峰值,峰值大小同时受到裂纹厚度和半径的影响.     

Finite element simulation of Love wave sensor for the detection of volatile organic gases

The three-dimensional (3D) finite element (FE) simulation and analysis of Love wave sensors based on polyisobutylene (PIB) layers/SiO$_{2}$/ST-90$^\circ$X quartz structure are presented in this paper, as well as the investigation of coupled resonance effect on the acoustic properties of the devices. The mass sensitivity of the basic Love wave device with SiO$_{2}$ guiding layers is solved analytically. And the highest mass sensitivity of 128 m$^{2}$/kg is obtained as $h_{\rm s}/\lambda =0.175$. The sensitivity of the Love wave sensors for sensing volatile organic compounds (VOCs) is greatly improved due to the presence of coupled resonance induced by the PIB nanorods on the device surface. The frequency shifts of the sensor corresponding to CH$_{2}$Cl$_{2}$, CHCl$_{3}$, CCl$_{4}$, C$_{2}$Cl$_{4}$, CH$_{3}$Cl and C$_{2}$HCl$_{3}$ with the concentration of 100 ppm are 1.431 kHz, 5.507 kHz, 13.437 kHz, 85.948 kHz, 0.127 kHz and 17.879 kHz, respectively. The viscoelasticity influence of the sensitive material on the characteristics of SAW sensors is also studied. By taking account of the viscoelasticity of the PIB layers, the sensitivities of the SAW sensors with the PIB film and PIB nanorods decay in different degree. The gas sensing property of the Love wave sensor with PIB nanorods is superior to that of the PIB films. Meanwhile, the Love wave sensors with PIB sensitive layers show good selectivity to C$_{2}$Cl$_{4}$, making it an ideal selection for gas sensing applications.     

过冷水法冰浆制取的实验设计与分析

动态冰蓄冷技术是目前蓄能技术重要的研究方向之一,其中冰浆制取方式是研究的关键课题。冰浆具有良好的流动性,大的相变潜热和快速的释冷特性,是常规载冷剂的潜在替代物。该文给出了过冷水法冰浆制取的实验装置,采用纯净水和自来水为试样,在不同的条件下进行了对比实验,并分析了管内冻结情况。     

曲线坐标系下孔隙介质圆柱纵向表面波的传播特性

为了研究孔隙介质圆柱纵向表面波的传播规律,分析其频散和衰减特性,在正交曲线坐标系下建立了表面波的频散方程,通过数值计算得到频散曲线,将纵向导波最低模态与表面波进行对比,并分析了曲率半径及孔隙参数对表面波频散和衰减的影响。结果表明,当频率足够大时,导波最低模态的频散曲线与表面波近似;在同一频率下,表面波的相速度随曲率半径的增大而增大,随孔隙度的增大而减小;表面波的衰减随孔隙度的增大而增大。研究结果为开展孔隙介质圆柱结构的超声无损评价提供了一定的理论参考。     

基于M-Z干涉仪原理的光纤超声检测

提出了一种基于M_Z(Mach_Zehnder)干涉仪原理的光纤超声检测技术和U形结构的光纤传感器。讨论了光纤传感器与超声波之间的相互作用关系。对传感器的灵敏度与传感光纤的有效长度、U形结构的个数之间的关系进行了理论分析,实验结果和理论分析结果是一致的。通过比较超声波在三种不同入射方式下探测器的输出电压可知,该结构的光纤传感器在声信号垂直入射时由探测器探测到的信号最强,即传感器有很强的方向性,适合于对声表面波的定向检测。     

Scholte波与含泥沙两相流介质属性关系的分析及仿真验证

基于四种超声悬浮液模型Urick, Urick-Ament, HT, Mcclements分析了Scholte波在两相流体与多孔介质固体界面处的传播特性. 结合各模型的复波数表达式建立含泥沙流体-多孔介质固体界面波特征方程, 分析了Scholte波速与两相流体积含量、粒径等介质属性的关系. 通过仿真实验获得界面波信号, 运用时延估计获得Scholte波速与泥沙含量、粒径的关系, 发现所得的波速与Urick-Ament和HT理论有相对好的一致性. 关键词： Scholte波 两相流体 多孔介质 泥沙含量     

The impact of ice cloud particle microphysics on the uncertainty of ice water content retrievals

Ice water content (IWC) is a standard product of cloud radar measurements. In this work, cloud radar cross-sections of various ice clouds are modeled to examine the relationship between the radar signal and the IWC. We report that using backscatter signal at cloud radar wavelength to retrieve IWC results in large uncertainties. Particle size distribution is the primary cause for the uncertainty in the retrieved IWC at radar wavelengths, though particle shape and orientation also play significant roles. Particularly in this study, we demonstrate that using both transmitted waves through the clouds (extinction) and backscattered waves from the clouds to retrieve the mean particle size and then using the mean particle size for IWC retrieval reduces the uncertainty. IWC retrieval can be improved with size distribution derived from dual wavelength cloud radar.     

On the reflection and polarisation properties of ice cloud

A number of cirrus ice crystal scattering models are tested using measurements of total reflectance and polarised reflectance obtained from the space-based polarisation and directionality of Earth's reflectances (POLDER) instrument. In this paper, 1 day of global POLDER data is utilised taken from the 25 June 2003 to test the assumed ice crystal models. The POLDER instrument is able to test the validity of various ice crystal models since it can measure the total reflectance and polarised reflectance at up to 14 different viewing directions almost simultaneously between the scattering angles of about 60–180°. It is found that ice crystal models that are randomised (in this case the randomisation element is through distortion) from some pristine ice crystal geometry best fit simultaneous measurements of total and polarised reflectance. The optimal distortion parameter that best describes the POLDER measurements is found to be 0.40, which has been applied to a randomly oriented six-branched bullet-rosette and randomly oriented chain-like aggregate. Moreover, distorted ice crystals that have undergone significant distortions beyond 0.40 may fit the total reflectance measurements but not the polarisation measurements. Therefore, total reflectance measurements by themselves do not provide sufficient information to constrain assumed complex/distorted ice crystal models.     

热声转换的声表面波电压传感机制

提出了一种基于热声转换的高灵敏声表面波(SAW)电压传感机制并开展实验验证。从传热角度以及微扰理论出发建立了基于热声转换机制的SAW电压传感理论模型,探索了结构参数以及环境因素对SAW电压传感器灵敏度的影响规律。为了验证理论模型,在Y切石英基底上同芯片集成设计MEMS微型加热器与200MHz声表面波器件以制备SAW电压传感器件,并搭建电压测试平台对传感器件开展性能测试。实验结果表明所制备的SAW传感器件电压与频率响应之间具有二次线性关系且在室温(20゜C)下具有与理论相近的电压灵敏度(22.4kHz/V),此外实验获得的环境温度对电压灵敏度的影响规律与理论相符。基于热声转换机制的SAW电压传感器能够显著的提高电压检测灵敏度。     

光纤光栅多参数桥梁结构监测系统的研究

从土木工程应用的实际情况出发,利用光纤光栅传感器具有波长绝对编码和易于复用的特点,提出工程化同时测量温度、应变和压力的全光栅型低成本分布式传感方案。设计了基于连续波调频技术的光纤光栅多参量桥梁结构监测系统,将光频域反射复用与波分复用技术相结合,实现分布式光栅传感网络的寻址,提高了系统复用容量。实验表明：所设计的传感系统能够准确监测结构重要部位的内部应变及车流量等参数,为桥梁结构的静、动载测试提供了准确的数据,同时也为桥梁的工作状态评估和健康诊断提供了依据。