基于OpenFOAM的投影法磁流体求解器开发与验证

在开源计算流体力学C++工具包OpenFOAM环境下开发了低磁雷诺数条件下的磁流体求解器,并进行了验证。采用投影算法求解动量方程和压力泊松方程;采用非结构网格同位相容守恒算法求解电势泊松方程、感应电流和洛伦兹力;采用边界耦合方法求解流固耦合电势场。通过对均匀磁场下导电方管和导电圆管内的完全发展磁流体层流的数值模拟和解析解的对比,对求解器进行了验证。进一步对非均匀强磁场作用下导电方管和导电圆管内完全发展磁流体层流进行了数值模拟,并与ALEX实验结果进行了比较。数值解和实验结果吻合良好。所开发的求解器可用于复杂结构强磁场作用下磁流体的数值模拟研究。     

基于OpenFOAM的磁流体求解器的开发和应用

基于计算流体力学平台OpenFOAM,本文开发了一套可压缩磁流体求解器,并将其应用于二维和三维的跨音速束流模拟.该求解器对OpenFOAM自带的密度基中心差分黎曼求解器rhoCentralFoam进行了修改,植入一个隐式压力分离算法用以控制磁场散度误差并保证模拟结果的数值精度.本文对此求解器进行了检测,证明了它的收敛阶在1—2之间,并将其应用到强激光等离子体的磁流体模拟.利用该求解器,本文讨论了外加均匀轴向磁场对激光等离子体喷流的影响,发现了喷嘴和结节位置与热压比开方之间的线性关系.本文还分析了电容线圈中产生的非均匀磁场对激光等离子体喷流的影响.初步模拟结果表明,当线圈中心磁场相同时,小尺寸线圈产生的磁场会加快喷嘴和结节的形成,等效的均匀轴向磁场更大.此模拟结果可以作为我们将来的磁化喷流实验的参考.同时,这样物理结果表明该磁流体求解器适合做面向激光等离子体实验的工程计算,可以应对构型比较复杂的场合.     

基于PWB方法的电大尺寸腔体结构电磁耦合求解器的开发与验证北大核心CSCD

功率平衡(PWB)法是基于统计电磁学的求解电大尺寸腔体结构电磁耦合问题的快速方法。在PWB方法的基础上,开发了一个电大尺寸腔体结构电磁耦合求解器,实现了对不同腔体形状、不同孔缝形状、不同源类型等条件下的电大尺寸腔体结构电磁耦合水平的快速求解,并与已发表文献的结果和实验结果进行了对比,验证了求解器的有效性和高效性。     

投影器的标定方法

随着近景摄影测量的发展,投影器的使用越来越频繁和广泛。为了更好地使用和充分地利用投影器,需要求解投影器的内方位元素,即对投影器进行标定。提出了一种方便有效的投影器标定的方法。只需要一架投影器、一部数码相机、一个平面格网和一台计算机,设备的连接和使用相对方便灵活。基于近景摄影测量的理论,结合二维直接线性变换(2D-DLT)和共线方程,运用图像处理的方法,利用光束法平差对投影器进行标定。实验及其结果证明了该标定方法的正确性和有效性。     

采用多投影器的反向条纹投影技术

提出运用多投影器同时投影的反向条纹投影技术。通过测量标准样品的绝对相位,为不同角度放置的投影器产生不同的反向条纹。检测时,投影器同时投影各自的反向条纹,若物体和样品一致,在摄像机上就得到一幅消除了阴影和截断的标准正弦条纹图,若物体有变形,仅用裸眼就能判断,用简单的傅里叶变换和相位展开就能定量地描述变形。对于复杂的不连续物体也只需获取一幅条纹图就能完成检测,在很大程度上解决了阴影及相位展开的问题,实现了该类物体的在线快速检测。阐述了该技术的原理,以双投影器的反向条纹投影为例,实验验证了提出方法的有效性,并进行了相应的误差分析和应用条件讨论。     

投影物镜热效应的快速求解算法

为了加快投影物镜内部温度场和表面变形的求解速度,提出了一种快速求解算法。获得不同入射光强分布与透镜温度场及应变场之间的转换矩阵,对入射光强分布进行多项式分解,并将多项式系数与转换矩阵相乘实现镜片内部节点温度及表面面形变化的快速求解。通过求解三片不同类型透镜的节点温度与表面变形,验证了这一算法的求解精度与计算时间:直接进行有限元求解时,计算时间为600s;而快速求解法的求解时间缩短至0.2s,且它的计算时间不随节点数量的增多而增加。快速求解法对温度的求解精度可以达到0.002℃,对面形Zernike系数的求解精度可以达到0.005nm,能够满足像差求解过程对温度与面形求解精度提出的要求。     

孤子方程求解的投影矩阵法

本文全面论述了孤子方程求解的投影矩阵法。不仅导出孤子解间的变换关系(孤子变换),而且导出以前未明确得到的呼吸子解之间的变换关系(呼吸子变换),并一般地证明了孤子解的非奇异性。 关键词：     

基于OpenFOAM的风力机致动线模型研究

致动模型是一种较新的CFD计算模型,通过在N-S方程添加源项的形式模拟叶片对流场的作用,减少了网格数量和计算时间。在OpenFoam平台上对比了两种风力机尾流预测模型,包括PISO求解的致动线模型和多重参考稳态求解的CFD实体模型。进而数值研究了NREL 5 MW风力机在均匀来流中的近尾流区流场特性,结合大涡模型和致动线模型,通过对不同风速下尾流的流场特性分析,包括涡结构、尾流速度亏损、拟涡能等,验证了致动线模型的准确性,为近场尾流研究提供有利参考。     

基于非结构网格的高精度投影法

本文提出了一种基于非结构同位网格的求解非定常不可压缩流动的高精度投影算法。采用单元中心非结构网格,利用动量插值方法实现同位网格上的压力速度耦合,对流项和扩散项的时间离散均采用C-N格式,空间离散则分别采用QUICK格式和中心差分。运用二维衰减涡流动、圆柱绕流和顶盖振荡驱动流等经典算例对算法进行了考核,结果表明本文算法与实验结果或经典数值解良好吻合,时间和空间均达到了二阶以上的收敛精度。     

基于模型的预警无人机飞控系统开发与验证

为应对城市低空预警任务对固定翼无人机飞控系统自主飞行需求,采用基于模型设计方法完成无人机飞控系统开发与验证。开发过程中以飞控算法模型为中心,逐级开展飞控算法模型设计与数学仿真、算法快速原型验证以及飞控系统硬件产品实现。飞控算法模型在Matlab/Simulink平台中完成了构建及数学仿真验证,结合Higale系统提供的实时仿真环境完成算法快速原型验证,基于代码自动生成方式将算法模型自动转换为可在DSP中运行的实时代码,下载到飞控计算机中,进行硬件在回路仿真验证,并进一步进行整机地面验证。经过实践,所提出的飞控系统开发与验证流程可以将系统设计中存在的问题缺陷在开发早期暴露出来并及时修正,保证了系统研制进度、成本和品质。     

基于变物性的格子-玻尔兹曼通量求解器

本文提出一种考虑流体热物性变化的格子-玻尔兹曼通量求解器。该求解器能够捕捉流体物性参数的变化对流动和传热的影响,在保留了传统格子-玻尔兹曼方法固有优势的同时,克服了在网格划分、边界条件处理等方面的缺陷。本文采用该求解器模拟了同心环型腔内由温差驱动的自然对流,讨论了不同温差条件下的流动和传热特性,分析了物性变化的影响。结果表明:常物性解低估了换热设备的传热性能,而且Ra数越大,偏差越显著。     

1807年10月投影描绘器的发明

奇特的光学效果长久以来都让科学家和艺术家深深地着迷,照相机暗箱就是一个例子。最简单的暗箱型就只不过是暗处或壁上的一个小洞,可让譬如来自照到花园的阳光由此射进暗的房间中,在小洞对面的墙壁上映出景色的倒影。     

基于非结构网格的不可压流动耦合求解器

采用非结构化网格有限容积法求解了不可压N-S方程组,对流项采用GAMMA格式,扩散项采用二阶中心差分格式建立离散方程,用SOAR算法处理压力与速度的耦合关系,得到了一种求解不可压N-S方程的非结构网格耦合求解器。通过方腔顶盖驱动流、后台阶绕流以及方腔自然对流等几个典型的算例,考察了求解器的计算精度及收敛特性,并与SIMPLE算法进行了比较,结果表明该求解器是有效可行的。     

基于OpenFOAM的异戊烷闪蒸喷雾动力学特性研究

石油、化工等过程工业中,由于压力容器或者管道破裂而容易引发高压危险化学品泄漏形成闪蒸喷雾.掌握这类闪蒸喷雾动力学特性对事故危害的风险评估具有重要意义.本文通过开源库OpenFOAM及网格局部加密技术对异戊烷闪蒸喷雾进行了数值仿真研究.不同喷雾初始压力和过热温度下模拟喷雾形态结果、以及液滴粒径与速度分布,均与高速摄像机拍...     

基于LabVIEW的多数据采集器自动监控软件设计与开发

数据采集器作为飞机训练用设备,实现对载机飞行、目标探测、电子对抗、武器控制和飞行员操控等数据的实时采集,其性能指标一直是关键的验收指标。在人力成本逐渐增大、自动化信息产业高速发展的时代下,自动测量系统成为测量测试领域的重要角色,它可实现整个实验过程的自动监控和测试数据的自动存储。为了最大限度的满足采集器的批量生产与测试,本文基于LabVIEW平台,通过1553B总线和RS422总线实现数据传输,设计多数据采集器自动监控软件。试验证明,软件操作简单、运行稳定,最多可同时对8台数据采集器进行测试。     

变量投影框架下基于Wahba问题的多点透视问题求解算法

提出一种在变量投影框架下的多点透视问题求解算法。多点透视问题是确定相机旋转与平移参数的基础问题,广泛应用于计算机视觉、摄影测量、机器人、空间交会以及虚拟现实等场合。相机的旋转与平移参数在变量投影的框架下被分开估计。首先,将平移参数固定,根据Wahba问题的解法求解出最优旋转矩阵;然后,应用奇异值分解导数的计算公式计算当前最优旋转矩阵对平移参数的导数,并由此计算出代价函数对平移参数的导数;最后,针对平移参数,采用Levenberg-Marquardt算法迭代优化代价函数,直到精度满足要求。实验结果证明,本文算法不仅误差较小,计算效率较高,而且具有较大的收敛域。     

星敏感器杂散光抑制设计与验证

以杂散光在探测器像面平均照度低至6等星为例,首先从理论及工程应用角度对星敏感器遮光罩进行论证、设计、仿真、测试,并提出在遮光罩设计阶段应该充分结合光学镜头、星点提取算法、技术要求特点,确定遮光罩有效通光口径、视场、外形包络尺寸、消光性能;其次,利用几何作图的方法确定遮光罩挡光环位置、刃口倒角角度、刃口倒角朝向,并建立起散射关键面;然后,根据仿真过程中一次散射与多次散射对像面照度的影响确定刃口厚度;最后,通过仿真和实验室测试方式证明所设计的遮光罩结构合理,可满足太阳光抑制低至6等星,星敏感器受杂散光影响测量精度偏差在2″以内。     

基于发射光谱法锡等离子体特征参数的求解研究

利用调QNd:YAG 1064 nm激光器诱导产生锡等离子体,基于9条锡发射谱线,构建二维玻尔兹曼图,得到锡等离子体电子温度5063 K,利用洛伦兹函数拟合锡发射谱线Sn(I) 228.66 nm,得到锡等离子体电子密度3.8×10¹⁷ cm^-3,结果证实激光诱导的锡等离子体处于热力学平衡状态.     

刚体转动惯量的质量投影法

根据转动惯量的定义,提出了计算转动惯量的质量投影法,应用质量投影法讨论了六面体、椭圆盘、圆柱、圆台等几种特殊形状均质刚体对转轴的转动惯量.     

盖·吕萨克定律演示投影器的制作

盖·吕萨克定律的演示实验,用装有刻度的水平玻璃管的圆形烧瓶(图1)做实验,不易得到准确的实验结果,因为瓶的体积大,只要温度略有升高(几度到10多度),水平玻璃管中的水银柱很快就被膨胀的气体逐出玻璃管,使实验无法进行。为此,我们设计一个用幻灯投影的演示实