基于背景纹影波前传感技术的气动光学波前重构与校正

背景纹影波前传感(backgroud oriented schlieren based wavefront sensing, BOS-WS) 是利用背景纹影技术测量光学波前二维分布的新型实验手段, 可定量测量光线通过干扰场后产生的光学畸变并给出光程差. 为了利用BOS-WS技术获得光线因气动光学效应产生的畸变信息, 并通过已知畸变信息还原原始图像, 进而探索一种新型的超声速成像制导方法, 本文通过理论分析, 验证了利用背景纹影技术测量光学波前的方法, 探索了利用已知波前信息预测畸变位移场以及利用已知位移场进行波前重构的计算方法. 通过数值模拟比较了一阶梯形积分算法和Southwell方法在波前重构上的误差大小和结果合理性, 并通过误差分析证明了Southwell方法更加精确合理. 通过蜡烛火焰上方流场畸变实验和透镜对波前的扰动实验, 创造性地探索了利用已知光学光程差还原畸变位移场及用其校正畸变图像的方法, 并通过验证性实验证明了校正方法的有效性.     

一种利用示踪粒子群体运动特征的PTV方法

通过利用示踪粒子在流场局域运动基本相同的事实,提出了用２ 帧图像实现粒子跟踪的ＰＴＶ（ＰａｒｔｉｃｌｅＴｒａｃｋｉｎｇ Ｖｅｌｏｃｉｍｅｔｒｙ） 算法,给出了算法实施的数据结构,并用运动场模拟数据和实测数据进行了验证,证明了这种方法的可行性。     

高雷诺数下的圆柱绕流问题——以蜡烛燃烧为例

本文针对高雷诺数下的圆柱绕流问题,以火焰熄灭为例进行了相关的实验研究.结果表明在一定范围内,火焰熄灭时间与障碍物直径、蜡烛与障碍物之间的距离、蜡烛燃烧速率成正比关系,与气流流速成反比关系.通过分析发现实验数据与理论分析一致,说明了文章的实验方法可行、结论正确,为深入研究圆柱绕流、火焰燃烧问题及二者之间的联系提供了重要支撑.     

北京谱仪触发判选系统的模拟

介绍了北京谱仪(BES)触发判选系统的模拟程序,并用实验数据对其正确性作了验证.运用该程序,首次用BES的蒙特卡罗(Monte Carlo)数据从系统角度直接给出了触发判选效率,所得结果与实验方法测定的触发效率相一致,说明触发判选系统符合BES物理取数的要求.该模拟软件可以用来完备BES的Monte Carlo程序库,并可为今后触发系统的研究提供参考数据.     

蜡烛复燃现象的物理模型

研究了在一定高度下点燃蜡烛熄灭后产生的蜡烟可以使蜡烛复燃的现象.在蜡体持续的加热,温度大于熔点条件下进行实验.建立了以蜡体和毛细管组成的蜡烛模型,从理论和实验验证其与实际蜡烛的相似性.研究表明蜡烛熄灭后蜡烟浓度分布随高度呈现先减小后增大.     

对“作用力与反作用力的关系”实验的创新

人教版教材在设计"作用力与反作用力的关系"实验时,忽视了用不同性质的力来定量验证牛顿第三定律,使得验证实验有失普适性.为此设计了通过发生相互作用的滑动摩擦力来定量验证牛顿第三定律的实验方案,并给出了实验的方法、技巧和结果.     

旋转两相流动的计算方法及应用

本文以近年来国内外正在研制的航空气心泵为例,从分析其流动过程出发,建立了气-液两相流动的物理模型和数学模型,采用SIMPLE计算思想进行适当地改进和补充,得到了用于旋转流场两相流动的计算方法和相应的计算程序,并用实验加以验证,结果较为满意。计算和实验的误差<13~19%。这种方法不仅适用于气心泵叶轮流场的计算,也可望能用于其他旋转体系内两相或单相流场的计算。     

基于深度学习的流场时程特征提取模型

特征识别是流体力学的重要研究方向,然而在中高雷诺数情况下物体的尾流流场复杂,难以通过传统方法实现特征的提取与识别.深度学习理论与技术的不断发展为复杂流场特征的识别提供了新方法.基于流场时程数据的深度学习模型,本文研究了4种模型对尾流场特征提取与识别的精度,得到了针对流场时程特征提取的高精度新方法.结果表明:所提出的模型能够识别尾流物理时程的不同特征,并通过流场时程实现了目标的外形识别,验证了方法的可行性;同时结果表明基于卷积运算的深度学习模型精度高,适用于流场时程数据的特征分析;深度学习网络结构更深、层间结构复杂的残差卷积网络识别精度最高,是尾流时程分析的高精度算法.本文所提方法从流场物理量时程的角度对流场特征进行了提取与识别,证明了深度学习方法具有较高的识别精度,是研究流场特征的重要途径.     

绝缘玻璃高温变导体实验的简易装置

针对教材及文献中绝缘的玻璃在高温下变成导体实验的不足,设计了简易演示装置.该装置用蜡烛加热报废的保险管,当到达一定温度时,电路导通,发光二极管发光.该电路用普通电池作为电源,用发光二极管检测微小电流,实现了用简易材料验证实验现象效果.     

风洞模拟等离子体绕流场回波频谱调制特性实验研究

目标以极高速度在大气层内运动时,周围会因剧烈摩擦产生等离子体绕流场.等离子体绕流场运动速度分布不均匀,而且绕流场电子密度随时间动态变化,导致等离子体绕流场对入射其中的电磁波产生不均匀的频率调制,进而影响雷达的探测性能.为了复现等离子体绕流场在电磁波照射时产生的不均匀频谱调制现象,本文在中国科学院力学研究所JF-10风洞开展了等离子体绕流场回波频谱测量实验,通过信号源、环形器、天线和频谱仪组成的测量系统,以点频发射体制,获取了S和C波段的回波频谱数据,观察到了等离子体绕流场对目标回波频谱的调制现象,对测量现象的形成原因进行了讨论;基于测量数据,仿真分析了等离子体绕流场对目标一维距离像的散焦效应.     

轴流泵端壁区域流动三维粘性数值计算

本文采用通用流场分析软件FLUENT,基于N-S方程,选用RNG κ—ε湍流模型与SIMPLEC算法,对轴流泵叶轮内部(及端壁间隙)流动进行了三维粘性数值计算。通过实验验证,表明数值计算结果和实测数据吻合较好。详细分析了叶顶附近流场形态以及叶轮出口轴向、周向速度分布,进行了性能预估。并给出了实验装置图。     

基于团聚理论的纳米制冷剂导热系数预测方法

纳米流体中纳米颗粒以团聚体的形式存在.为预测纳米流体的导热系数,模拟了流体中纳米颗粒团聚体的三维空间结构并用热阻网络法计算了团聚体的导热系数.在得到团聚体的导热系数与考虑液体分子吸附层后团聚体的体积分数后,预测纳米流体的导热系数.用实验数据验证了该预测方法并运用该方法预测了铜-R22纳米制冷剂的导热系数.     

大亚湾核电站周围大气流场监测数据同化分析

在大亚湾核电站周围大气流场分布模拟计算中,引入了一种简化的同化技术,用以解决观测数据在时间、空间上分布不均匀导致的流场预报误差.测试并分析了该同化技术对计算模式和初始场的影响,结果表明该同化方法对模式误差和初始场误差的抑制是显著的.     

扇形叶栅结构设计与应用研究

近些年,针对轴流式压气机和涡轮的叶栅实验研究越来越多,扇形叶栅实验作为叶型气动设计和性能验证的方法受到了广泛关注.本文以教研室跨音速扇形风洞为研究对象,介绍了扇形实验测试系统和试验件结构的设计,以及实验过程中遇到的问题和解决方案.文中分析了扇形叶栅收缩段出口流场均匀性对测试流场结构的影响,验证了叶栅进口安装可调导叶能够...     

离心叶轮内三维分离流态的拓扑分析

本文主要是用拓扑分析的方法,根据实验给出的流场信息,来确定流场结构的性质和研究这些性质随流动参数变化的规律,从而得到对流场特性的定性认识。这里着重讨论了离心叶轮内表面分离流态,指出叶片吸力面和压力面不同的分离形式,分析了叶片表面奇点分布规律,建立了叶道内三维流动分离模型。     

风向对甲板直升机旋翼流场结构的影响

采用数值模拟方法对船体与直升机旋翼的复合流场进行求解,研究了不同风向时复合流场的流线形态与湍动能分布、旋翼桨叶表面静压分布与旋翼升阻特性.数值模拟的正确性由缩比船模风洞试验验证.研究结果表明:旋翼流场与船体流场间存在相互干扰;侧风会增大复合流场的湍流范围,加剧旋翼周围流场的湍流强度和旋翼桨叶的挥舞振动;右舷15°风向条件不利于直升机的甲板悬停.     

超音速引射喷管性能的理论计算和实验研究

本文介绍了超音速引射喷管的流场和性能的理论计算方法.它包括如下的计算:主喷管出口的真实音速线,非粘性主流流场,粘性影响的修正,抽吸特性和推力特性. 为了使计算结果更符合实验数据,采用真实音速线而不是平面音速线作为计算的初始基准线.真实音速线是由主喷管喉部区域的等角度线与从主喷管唇部发出的马赫线的交点得出的.首先,计算喷管的非粘性主流流场,然后考虑粘性修正.本文采用的粘性修正方法是用修正的外罩几何坐标代替原有的外罩几何坐标.前者是将混合区和附面层的位移厚度叠加到原有的外罩几何坐标上而得到的.按照修正过的坐标计算喷管真实流场,抽吸特性等.该修正方法相当简单而且足够准确. 计算是在数字计算机“320”上完成的,并在地面设备上做了模型实验.理论和实验结果基本一致.     

数值分析带二次流跨音速尾喷管流场

本文用有限元法数值分析带二次流可调收—扩喷管跨音速流动,紊流粘性采用ｋ—ε双方程模型来描述,并利用加权余量法中的Ｇａｌｅｒｋｉｎ法建立有限元方程,求解可压缩粘性流体流动Ｎ－Ｓ方程,喷管壁面采用壁面函数。通过四种不同喷管、不同工况下尾喷管内部流场计算,并用实验数据进行对比表明：计算结果合理,程序可靠,可利用有限元法对喷管超音速流动进行数值研究。     

双曝光全息干涉法用于风洞中激波流场的研究

本文论述了双曝光全息干涉法在激波流场研究中的应用．对于形状不规则模型在超音速风洞中产生的激波流场,由于对这种流场进行数值计算几乎不可能,从实验上对其进行定量测量就显得尤为重要．本文很好地解决了某种不规则模型超音速激波流场的定量测量问题,获得了激波流场的有限条纹全息干涉图,并利用图象处理技术对干涉图进行了细化处理,再用人机交互的方式采集数据计算出条纹的位移量,最后用拉普拉斯变换法计算出流场的密度分布值．     

使用非正交曲线坐标与非正交速度分量轴流式压气机转子三元跨声速流场势函数方程人工可压缩性——近似分解因式解

本文运用张量方法,推导出使用非正交曲线坐标与非正交速度分量的三元散度形式的势函数方程,并构造了用于求解这一方程所描述的叶轮机械内部三元跨声速流场的人工可压缩性——近似分解因式格式.文中,用本文方法所编排的计算机程序对DFVLR单级轴流式压气机转子三元跨声速流场进行了计算.计算结果表明:本方法计算稳定、收敛迅速、计算结果与实验结果基本一致.