高超声速飞行目标尾焰红外辐射测量

为了研究超高声速飞行器发动机尾焰喷射高温高速气流的辐射特性,对尾焰成分CO₂及H₂O分子在4.3和2.7 μm大气窗口红外辐射波段进行了测量.利用高温燃气激波风洞模拟产生超高声速飞行器尾焰喷流,喷流速度M=5.5.实验中选用单元型InSb红外探测器,并利用黑体进行原位定标.测量距离为0.7 m,采用单透镜成像加光阑的方法收集光信号.实验中分别沿喷流方向喷流垂直方向进行了多点测量,通过定标结果反演得到尾焰在4.3和2.7 μm分别沿喷流方向和喷流垂直方向的光谱辐亮度和波段辐亮度分布,测量结果表明4.3 μm辐射强度及稳定性均高于2.7 μm.      

平面弹性管束疲劳强度与强化换热的数值分析

为了保证平面弹性管束在满足疲劳强度的前提下实现强化换热,利用双向流固耦合的方法数值分析了入口速度为0.2~0.5 m·s~(-1)范围内弹性管束的流体诱导振动及强化换热。根据Mises准则分析了弹性管束的疲劳强度,利用PEC评价准则分析了弹性管束的综合换热性能。结果表明:在入口速度为0.2~0.5 m·s~(-1)范围内,管束危险部位主要集中在最内侧管束连接端,且满足管束疲劳强度。在流体诱导振动作用下,弹性管束的努塞尔数分别提高了8.26%,6.07%,5.67%和3.91%。入口速度为0.2和0.5 m.s~(-1)时,弹性管束的PEC值分别为1.08和1.03,二者的差异较小。弹性管束特有的复合弯曲梁结构使得内侧两根管束振动强度大于两侧管束,致使中间两根管束换热能力提高了21%,两侧管束换热能力提高了13%。     

结合吸收光谱与互相关法的燃气速度测量方法研究

针对可调谐半导体激光器吸收光谱(TDLAS)基于多普勒效应测速方法在燃气流速测量中频移量小、误差较大的问题,提出了结合固定波长吸收光谱法与互相关法的燃气速度测量方法。考虑碳氢燃料燃烧产物特点,选取H₂O分子7 185.597 cm-1吸收谱线,通过布置上下游两束固定波长吸收光谱测点,分析两信号的互相关特性来计算得到燃气速度。利用平面火焰炉实验系统对该方法测量燃气速度开展实验研究,获得了变工况下燃气速度随时间的变化情况。在相同工况下开展数值计算,将测量结果与数值模拟计算结果进行对比,相对偏差不超过8%。同时将该方法初步应用于煤油燃料火箭基组合循环发动机(RBCC)的高速羽流速度测量,获得了上下游探测器脉动信号,通过互相关分析计算得到了羽流速度,验证了该方法的可行性。实验结果表明,该燃气速度测量方法具有测量范围宽、测量精度高,环境干扰小等优点。提出的方法为发动机燃气速度测量提供一种简单可靠的测量方法。     

快速来流条件下低温平板结霜行为实验研究

实验研究了快速来流条件下-33℃的低温平板在不同来流速度和湿度时的结霜行为。来流温度为38℃、来流速度为13 m·s~(-1)和31 m·s~(-1)、来流相对湿度为7%和50%。研究表明:与自然对流下生成的疏松霜层不同,快速来流条件下生成的霜层较致密、无后期致密化现象;快速来流条件下冷面结霜存在干模态结霜和湿模态结冰两种现象,发生湿模态结冰的条件为来流中水蒸气密度高于4.85 g·m~(-3)且霜面温度升至0℃;不同来流湿度条件下,来流速度对霜层厚度生长速率的影响规律不同。     

不同速度对近红外光谱预测库尔勒香梨品质模型的影响

针对目前库尔勒香梨品质在线分级检测系统存在价格昂贵、结构复杂等问题,设计了库勒尔香梨内部品质在线无损检测分级系统。基于该系统研究了不同移动速度(0.3和0.5 m·s~(-1))对库尔勒香梨的可溶性固形物含量(solid soluble contents, SSC)和硬度在线预测模型的影响。不同移动速度下,采集样品相同部位的信息,所采集光谱存在差异。由于采集的光谱存在差异性,采用SG-平滑(Savitzky-Golay smooth)、 SG卷积导数、多元散射校正(MSC)、标准正态能量变换(SNV)、归一化(Normalization)等多种光谱预处理方法进行处理,基于偏最小二乘法(partial least squares, PLS),建立移动速度为0.3 m·s~(-1)(S1)和0.5 m·s~(-1)(S2)下库尔勒香梨的SSC和硬度模型。结果表明:移动速度为0.5 m·s~(-1)下,采用SG-DER(Savitzky-Golay Derivative)处理光谱图建立SSC模型优于0.3 m·s~(-1),其预测集相关系数和预测均方根误差为0.880 2和0.391 5°Bri。而在移动速度为0.3 m·s~(-1)下的结果,采用SGS(Savitzky-Golay smooth)处理光谱图建立的SSC模型优于0.5 m·s~(-1)下的结果,其预测集相关系数和预测均方根误差分别为0.820 2和0.470 8 N。后建立两个速度混合模型,采用竞争性自适应重加权算法(competitive adaptive reweighted sampling, CARS)和连续投影算法(successive projections algorithm, SPA)筛选特征变量,后采用PLS,建立混合速度下硬度和SSC预测模型。从建模效果来看SPA和CARS都可以有效减少建模所用变量数、提高库尔勒香梨在线SSC和硬度检测模型的预测能力和运算速度,增强模型的稳健性等。采用CARS方法,从501个光谱中筛选出24个变量,建立了CARS-PLS模型,建立的SSC模型较好,其预测集相关系数和预测均方根误差分别为0.915 0和0.371 9°Bri。采用SPA方法,从501个光谱中筛选出32个变量,建立硬度模型较好,其预测集相关系数和预测均方根误差分别为0.821 0和0.492 0 N。混合速度建立预测品质模型比单一速度建立模型稳健一些。研究表明:不同移动速度对建立果品品质预测模型产生不同影响,该研究有助于果品品质在线分选提供技术支持。     

探针移动速度对等离子体射流热流密度测量结果的影响

采用自行研制的中心嵌有铜柱感应件的小尺寸杆状热流探针,在低扰动条件下,对射入大气环境的纯氩层流等热离子体射流传向铜探头表面的热流密度进行了动态测量.结果表明,在射流最高温度16500 K、最大轴向速度850 m/s、探针垂直于射流流动方向的移动速度130～260 mm/s的实验参数范围内,随着探针移动速度的提高,测得的热流密度值减小;射流温度和速度越高,探针移动速度对热流密度测量值的影响越大.     

利用超高速撞击产生的等离子体测量微粒速度的方法研究

超高速微粒在与靶物质撞击时会形成瞬时的等离子体.本文首次设计出两种传感器收集等离子体获取微粒到达传感器的时间,然后通过飞行时间法测量超高速微粒的速度.在等离子体驱动微小碎片加速器上开展了原理实验,采集到了微粒撞击产生的等离子体信号,测量到了超高速微粒的速度,验证了这种时间测量精度高、信噪比高的全新超高速微粒速度的测量方法.     

紧凑低损耗粗波分解复用芯片

数据中心光互连正朝着高速方向发展。针对数据中心光互连过程,采用折射率差为1.5%的石英基二氧化硅光波导,设计并制备了光电集成的小型化、低损耗、小输出模场的四通道粗波分解复用芯片,该芯片满足高速数据中心200 Gbit·s~(-1)/400 Gbit·s~(-1)的传输速率要求,最小插入损耗小于1.07 dB,1 dB带宽大于13.7 nm, 3 dB带宽大于16.1 nm,偏振相关损耗小于0.08 dB,相邻串扰大于24 dB,非相邻串扰大于30 dB。所设计的芯片完全满足高速数据中心光互连的波分复用芯片商用要求。     

测量透明微粒群参量

设计了测量透明微粒群参量的干涉检测系统,能够有效记录透明颗粒群在1阶彩虹角附近的光强分布,并利用Nussenzveig理论和改进的量子粒子群算法对记录图像进行反演,能够实现透明颗粒群粒径分布和折射率的同时测量．实验结果表明：以Lorenz-Mie理论作为模拟光强信号,利用算法反演模拟的微粒群信号,折射率相对误差为0.02%;通过实验测量粒径为400～600μm的玻璃微珠群,粒径均值的相对偏差为2.8%;对不同浓度乙醇喷雾的折射率进行测量,相对偏差小于0.7%.     

柱状微结构射流强化换热性能研究

对电子芯片射流冲击强化沸腾换热进行了实验研究。通过干腐蚀技术在硅片表面加工出交错排列30μm×60μm,50μm×60μm,50μm×120μm,30μm×120μm(宽×高)的柱状微结构,硅片尺寸为10 mm×10 mm×0.5mm。实验工质为FC-72,喷射速度V_j分别为0.5,1和1.5 m·s~(-1),喷嘴数目分别为1,4和9,对应的喷嘴直径分别为3,1.5和1 mm,喷嘴出口到芯片表面的距离分别为3,6和9 mm。实验表明,交错排列柱状微结构的换热效果要好于光滑芯片,临界热流密度(CHF)随着喷射速度的增加而增加。在核态沸腾区的整个喷射速度区间内,S-PF30-120的传热系数和CHF都是最高的。同时,对不同的换热方式进行了比较,包括池沸腾,流动沸腾,射流冲击和流动-喷射复合式沸腾换热。     

管内蒸汽射流凝结速度场特性研究

采用粒子图像测速仪(PIV)对圆管内横向蒸汽射流凝结速度场进行了测量。垂直圆管直径80 mm,喷嘴直径3.2 mm,喷嘴与管道壁面垂直,蒸汽射流雷诺数20192Re_s543763,动量通量比为25J400,过冷水温度为30T_w60°C。通过射流中心轨迹线,揭示了射流动量通量比、射流雷诺数和过冷水温度对速度场的影响规律。射流中心轨迹可用指数形式的曲线拟合,引入射流动量通量比J和射流雷诺数Re_s,得到中心轨迹线预测关联式,预测值在实验测量值30%以内。     

近红外高光谱成像扫描速度对拟南芥冠层含水率预测的影响

高光谱成像技术可以无损检测植物不同尺度的理化信息,现有研究往往以分析高光谱图像的平均光谱为主,忽略了其空间维度的信息。以模式植物拟南芥为研究对象,探究高光谱成像不同扫描速度引起的图像空间分辨率差异对植物冠层含水率测量的影响,为高光谱成像在线快速检测植物冠层含水率提供优化方案。首先利用室内在线高光谱成像系统分别在20, 30和40 mm·s~(-1)三种扫描速度下采集了拟南芥冠层高光谱图像,并提取拟南芥冠层平均反射光谱。其次,利用偏最小二乘算法(PLSR)建立了拟南芥冠层含水率与平均反射光谱的定量分析模型,通过决定系数(R~2)、均方根误差(RMSE)、相对分析误差(RPD)对模型进行评估。比较基于原始光谱与多元散射校正算法(MSC)、 Savitsky-Golay平滑算法等预处理光谱建立的PLSR模型,选取最佳光谱预处理方法用于后续的数据处理。最后,利用连续投影算法(SPA)分析比较基于最优特征波长与全波长的模型预测准确度,探明高光谱图像扫描速度对拟南芥冠层含水率预测的影响规律。研究结果表明,当扫描速度从20 mm·s~(-1)提升到30 mm·s~(-1)时,基于MSC预处理的全波段PLSR模型预测拟南芥冠层含水率决定系数降低0.88%,小于1%;当扫描速度从20 mm·s~(-1)提升到40 mm·s~(-1)时,拟南芥冠层含水率决定系数降低2.3%。说明在适当提高扫描速度的同时,能够保证植物冠层的高含水率预测准确度。改变高光谱扫描速度可以更有效地利用高光谱图像空间维度有效信息,扫描速度适当增大后,高光谱图像的空间维度信息改变,提高实际生产应用环节的图像采集效率,减少数据处理时间。     

中心体喷嘴自由水射流的波动与能量分布特性

在15 MPa射流压力条件下,对一中心体喷嘴进行自由水射流实验.用高速数码摄像技术捕捉喷嘴出口附近的瞬态流束界面波动特征;用相位多普勒粒子分析技术(PDPA)测量充分发展的射流场中的平均速度、均方根速度及液滴粒径分布.研究表明,中心体喷嘴射流流束的界面波动明显,远离喷嘴出口,流束界面波动频率降低,但波动幅值增大;射流轴...     

微波瑞利散射法测定空气电火花激波等离子体射流的时变电子密度

大气压空气电火花激波等离子体射流的电子密度在亚微秒时间尺度上瞬变,其电子密度的测定很难.基于微波瑞利散射原理,本文测量了空气电火花冲击波流注放电等离子体射流的时变电子密度.实验结果表明:测量系统的标定参数A为1.04 × 105 V·Ω·m–2;空气流注放电等离子体射流的电子密度与等离子体射流的半径和长度有关,结合高速放电影像展示的等离子体射流的等效半径和等效长度,测定的电子密度在1020 m–3的量级,且随时间先快速增长至峰值再成指数衰减.此外,本文还探讨了等离子体射流的不同等效尺度对测定结果的影响;分析结果表明,采用时变等效半径和时变等效长度的计算结果最有效,且第1个快速波峰是由光电离的电离波导致的.     

空气流场中气泡示踪粒子的跟随性研究

在流场速度场测量中 ,示踪粒子是显示流场运动的媒介和工具 ,示综粒子对流场的跟随性直接影响着流场速度场测量的精度。本文从 Bassat- Boussinesq- Oseen( BBO) [1 ]方程出发给出了粒子跟随性函数和粒子在匀角速旋转流体中的运动公式 ,讨论了影响示踪粒子跟随性的参数     

NaK高位6~1∑~+态与H_2碰撞中转移能配置

脉冲激光激发NaK 2~1Σ~+←1~1Σ~+跃迁,单模Ti宝石激光器激发2~1Σ~+至高位态6~1Σ~+,研究了6~1Σ~+与H_2碰撞中的碰撞转移。3D→4P(1.7μm)和5S→4P(1.24μm)荧光发射说明了预解离和碰撞解离的产生。在不同的H_2密度下,通过以上能级的荧光测量得到了预解离率,碰撞解离及碰撞转移速率系数Γ_(3D)~P=(5.3±2.5)×10~8 s~(-1),Γ_(5S)~P=(3.1±1.5)×10~8 s~(-1),k_(3D)=(3.7±1.7)×10~(-11)cm~3·s~(-1),k_(5S)=(2.9±1.4)×10~(-11)cm~3·s~(-1),k_(4P→4S)=(1.1±0.5)×10~(-11)cm~3·s~(-1),k_(3D→4P)=(6.5±3.1)×10~(-12)cm~3·s~(-1),k_(5S→4P)=(4.1±1.9)×10~(-12)cm~3·s~(-1)在不同H_2密度下,记录时间分辨荧光,由Stern-Volmer公式得到6~1Σ~+→2~1Σ~+,2~1Σ~+→1~1Σ~+的自发辐射寿命分别为(28±10)ns和(15±4)ns。6~1Σ~+→2~1Σ~+6~1Σ~+→1~1Σ~+及2~1Σ~+→1~1Σ~+分子态间与H_2的碰撞转移速率系数分别为(1.8±0.6)×10~(-11)cm~3·s~(-1),(1.6±0.5)×10~(-10)cm~3·s~(-1)和(6.3±1.9)×10~(-11)cm~3·s~(-1)。转移到H_2的振动、转动和平动能各占总转移能的0.58,0.03和0.39。主要能量转移至振动和平动能,支持6~1Σ~+-H_2间的共线型碰撞机制。     

垂直下降管内两相流摩擦压降计算关联式评价

对内径范围为15 mm到65 mm的垂直下降管内的空气-水两相流的摩擦压降进行了实验研究。实验在常温下进行,实验压力为0.168~0.278 MPa,液相与气相的折算速度分别为0.127~2.349 m·s~(-1)和0.013~15.401 m·s~(-1),得到了1112个不同工况条件下的垂直下降管内两相流摩擦压降的实验数据点,并以本次实验数据为基础对现有文献中的两相流摩擦压降计算关联式进行了评价。研究发现:现有两相流摩擦压降关联式对本实验条件下的垂直下降管内两相流摩擦压降的计算精度随管径的增加而降低,且在弹状流与搅拌流条件下的计算值远小于实验值。     

快速、高精度可见光-近红外透射光谱测量技术研究

基于传统分光光度测量方法的构架,提出了一种快速、高精度测量可见光-近红外透射光谱的新方法,在该方法的测量过程中,光栅单色器的出射波长保持匀速的连续变化,同时参考光探测器和测试光探测器保持连续的光强采集。初步实验研究表明,新方法可把测量耗时降低到传统分光光度法所需时间的50%以下,测量得到的透射光谱与传统分光光度法的相对误差为0.070%,三次重复性测量的统计误差为0.042%。与现有常见可见光-近红外透射光谱的测量方法(分光光度法、CCD光谱仪法、傅里叶变换光谱仪法)相比,新方法同时具有以下优点：(1)有望显著提高可见光-近红外透射光谱的测量速度,从而应用于透射光谱的动态测量环境中;(2)具有较高的测量精度(0.1%～0.3%);(3)在测量过程中,系统的机械部件始终保持匀速的运动状态,测试系统因而具有较高的机械稳定性。     

脱硫废水液滴与飞灰颗粒碰撞特性数值研究

在利用烟道余热喷雾蒸发脱硫废水时,烟道中的飞灰会与喷雾液滴发生碰撞,进而影响废水处理效率.本文利用大涡模拟(LES)和离散相模型(DPM),模拟脱硫废水喷入烟道的雾化过程及粒径分布,重点考察了烟道飞灰与喷雾液滴碰撞时烟道流场分布及液滴空间分布,分析了Stokes数和喷雾角对流场和空间分布的影响规律.研究结果表明,采用空气雾化喷嘴雾化333.33 L·h~(-1)的脱硫废水,喷雾液滴的粒径分布为20～250μm;无飞灰进入烟道时,Stokes小于1时喷雾液滴速度衰减极快,Stokes大于1时喷雾液滴速度衰减最慢,且喷雾角较大时衰减更快;含飞灰进入烟道时,由于动量交换,喷雾液滴速度衰减更快,且碰撞主要发生于速度衰减到35 m·s~(-1)后的位置.     

水蒸气在竖直微细管外凝结传热特性研究

针对不同压力和不同流速下的饱和水蒸气在竖直微细圆管(内外径分别为0.571 mm和0.793 mm)外的凝结传热特性分别进行了实验研究,分析了蒸气压力和蒸气流速对凝结传热特性的影响。实验结果表明,凝结传热表面传热系数随着蒸气流速的增加而增加,在较高的蒸气压力下增加的更明显,且大于相同实验条件下的Nusselt理论分析解。在蒸气流速为2 m·s~(-1)时,凝结传热系数随压力的变化不大;在4 m·s~(-1)和6 m·s~(-1)时,随着蒸气压力的升高,凝结表面传热系数明显增大。