具有密度跃层分层流体中回转体激发内波特性实验

在具有连续密度跃层的分层流体中,对长径比为7:1的回转体在迎水和背水运动下激发体积效应与尾迹效应内波特性开展了系列实验.结果表明,体积效应激发内波属于一种相对于回转体定常的多模态Lee波结构,而尾迹效应激发主控内波为相对于回转体非定常的拟Lee波结构,这是一类由湍流尾迹中大尺度相干结构作为移动源激发的内波结构,在Lee波与拟Lee波之间存在一个与长径比近似为线性关系的临界转捩Froude数Fr_c,当FrFr_c 时拟Lee波为主控内波,而且拟Lee波相关速度Froude数近似为一个常数0.8,其无因次峰-峰幅值随Fr的增大近似线性增大,其中Fr为回转体特征直径Froude数.结果还表明,回转体头部与尾部几何形式并不影响其激发内波临界转捩Froude数Fr_c、 拟Lee波相关速度Froude数及其峰-峰幅值变化特性.     

线性密度分层流体中半球体运动生成内波的实验研究

在密度线性分布的分层流试验水槽中,对贴近侧壁面的半球体模型运动生成的内波进行了实验研究. 采用多通道电导率阵列,测量分析了拖曳模型产生内波的波形结构、垂向位移场及其相关速度等. 实验结果表明:半球体模型产生的内波可以分为两类,一类是由定常源激发的体积效应内波,另一类是由非定常源激发的尾迹内波,由前者转换为后者的临界内Froude(Fr)数是Fr_s =1.6;与球体模型实验比较,Fr_s约为球体的2/3,转换更迅速,界线更清 关键词： 分层流 半球模型 内波 尾迹     

有限深密度分层流体中运动物体生成内波的一种等效质量源方法

采用一种等效移动质量源来模拟有限深密度分层流体中运动物体生成内波的体积效应和旋涡、湍流尾迹激发源,结合内波本征值问题及Fourier变换等方法,建立了计算运动物体生成内波垂向位移场的一种理论模型,提出了确定移动质量源速度、回转直径及长度的具体方法.利用该理论模型,对一类典型密度分层流体中运动球生成内波的波系与波形结构,以及波高特征等进行了数值模拟与分析,结果与Robey实验结果符合良好,表明了所建立理论模型的合理与有效性. 关键词： 分层流体 内波 等效质量源     

一维光幕测试旋转对称破片的动能

针对飞行破片动能测试,提出了一种采用光幕测试飞行破片动能的方法。该方法采用两台光幕靶测试飞过光幕的破片的速度,通过破片穿过光幕输出的波形提取体积信息,得到破片的穿靶质量,进而得到破片的动能。文中分析了光幕输出波形与破片体积关系的理论模型,采用3种典型的旋转对称形状物体仿真验证了理论模型,并研究了一种标定方法。实弹射击试验表明,所提方法可以测量旋转对称破片或弹丸的动能,测量精度满足靶场测试的要求。     

对转超音压气机低压转子尾迹对高压转子的作用研究

本文采用数值方法针对对转超音压气机转子叶片排间的相互干涉效应进行了研究,分析了超音转子在两级转子叶片排间具有三种不同轴向间距情况下的性能和前排转子叶片尾迹影响下的超音转子非定常特征。研究结果表明,轴向间距的增大使得尾迹在较长的间距内经过了较为充分的掺混,超音转子最大压比和最高效率随轴向间距的变大而增大;前排叶片尾迹的影响范围从超音转子叶片压力面直至吸力面,横贯整个叶片通道,较高叶展处的尾迹强于较低叶展处;横贯超音转子通道内的低压动叶尾迹先后与斜激波和正激波相互作用,尾迹区内熵进一步增大,并且由于尾迹区的传播速度由主流速度决定,尾迹在通道内继续向下游传播且传播显著延迟于通道外。     

基于FLUENT的液氮相变传热的数值模拟

为了给枪械中液氮相变容器结构的设计提供参考,文中采用FLUENT中mixture混合模型,通过UDF实现了密闭容器中液氮相变传热的数值模拟,分析了不同温度、传热面积和长径比对容器中压强和氮气体积分数的影响。根据数值模拟可知,随着温度和传热面积的增加,容器中压强和氮气体积分数都增大;随长径比的增大,容器中压强增大,而氮气体积分数减小。     

汽车前挡风玻璃减速的奥秘

汽车是最为常用的交通工具之一。当我们坐在行驶的汽车内观察车窗外地面上的物体时,常常会发现从车的侧面车窗观察到的物体的运动速度要比从前车窗观察同一个物体的运动速度要快,于是许多人都认为汽车的前挡风玻璃具有减速的作用,许多司机们在比较车的性能时也往往将车前挡风玻璃的减速效应列为重要的一项。汽车前挡风玻璃真能“减速”吗？查阅了大量国内外相关资料后的结论是“减速玻璃”目前尚未面世。“减速玻璃”既然不存在,为什么从行驶汽车的前挡风玻璃观看外界物体会感觉其移动速度要比从汽车的侧面玻璃观察外界物体移动速度要慢很多呢？本文从物理学角度对这一问题进行分析。     

高温下正十五烷的拉曼光谱研究

文章在金刚石压腔下研究了正十五烷从室温到350℃的拉曼光谱特征.结果表明:随着温度的升高,体系压力也在不断增大;CH3,CH2对称和反对称伸缩振动同时受到温度和压力的影响,但2种作用相反.由于压力效应大于温度效应,随温度压力的增大CH3,CH2对称和反对称伸缩振动的拉曼位移均向高频方向移动,说明C-H键键能在增大.另外,由于新物质的生成导致过强荧光产生而无法测出正十五烷的拉曼光谱,而且过强荧光出现的时间早晚与温度和压力有一定的关系.     

倾斜管内低温两相弹状流特性实验研究——弹状汽泡运动速度

使用高速动态分析仪对低温倾斜上升管内不同位置处弹状汽泡进行了可视化实验研究。对获得的弹状汽泡的运动速度进行了统计分析,研究了弹状汽泡运动速度的变化规律。结果表明:对于两个不同管径的管路,当倾斜角θ(相对水平方向的夹角)为90,°80,°70°时,弹状汽泡上升速度随着长径比(x/D)的增大而增大,与传统的空气-水两相弹状汽泡沿着管路的运动速度的变化趋势不同;当倾斜角60°时,弹状汽泡上升速度随着x/D的增大先增大后减小;当倾斜角θ为45,°40°时,弹状汽泡上升速度随着x/D的增大而减小;所有工况下,随着倾斜角度的减小,弹状汽泡上升速度先增大后减小,在θ=60°处最大,且在管出口处,汽泡的上升速度几乎不变。该文为进一步研究低温液氮沸腾两相弹状流发展过程中弹状汽泡运动速度提供参考依据。     

水平轴风力机叶尖涡流动的PIV测试

在风洞开口实验段,针对不同尖速比应用PIV技术对风轮附近1/3圆周内的瞬时速度场进行测试。随着尖速比的增加,叶尖涡运动的径向位移增大,涡流诱导效应区域半径扩大,使整体尾迹半径增大;同时,尖速比增加使尾迹轴向速度亏损增大,叶尖涡运动的轴向位移减小。叶尖涡诱导效应与风轮旋转的相互作用使风轮附近形成强速度梯度区域,诱导效应延伸到风轮上游,激励叶片产生不同的振动形态,使叶片上脱落的叶尖涡结构在尾迹中出现波动,越向下游运动波动越强烈。通过叶尖涡核位置平均发现,在10°～120°方位角尾迹区域内,涡核运动轨迹与方位面交点的连线近似为直线,且该线的斜率随着尖速比的增加而增大。     

Flow noise of an underwater vector sensor embedded in a flexible towed array

The objective of this work is to simulate the flow noise of a vector sensor embedded in a flexible towed array. The mathematical model developed, based on long-wavelength analysis of the inner space of a cylindrical multipole source, predicts the reduction of the flow noise of a vector sensor embedded in an underwater flexible towed array by means of intensimetric processing (cross-spectral density calculation of oscillatory velocity and sound-pressure-sensor responses). It is found experimentally that intensimetric processing results in flow noise reduction by 12-25 dB at mean levels and by 10-30 dB in fluctuations compared to a squared oscillatory velocity channel. The effect of flow noise suppression in the intensimetry channel relative to a squared sound pressure channel is observed, but only for frequencies above the threshold. These suppression values are 10-15 dB at mean noise levels and 3-6 dB in fluctuations. At towing velocities of 1.5-3 ms(-1) and an accumulation time of 98.3 s, the threshold frequency in fluctuations is between 30 and 45 Hz.     

分层流体中移动动量源生成准二维偶极子涡街特性实验

采用水平移动射流方法模拟移动动量源,实验研究了该移动动量源在密度分层流体中生成准二维偶极子涡街的机理,分析了偶极子涡街的演化特性. 在系列实验基础上,获得了移动动量源在密度分层流体中能够演化为偶极子涡街的(Re,Fr)组合条件. 对不同的Re取值,获得了偶极子涡街无因次形成时间及其无因次涡街平均波长倒数与Fr之间的相关关系,表明它们不依赖于Re数,而与Fr近似为幂指数关系. 关键词： 分层流体 移动动量源 偶极子涡街 涡街形成时间     

Regular and chaotic dynamics of a fountain in a stratified fluid

In the present paper, we study by direct numerical simulation (DNS) and theoretical analysis, the dynamics of a fountain penetrating a pycnocline (a sharp density interface) in a density-stratified fluid. A circular, laminar jet flow of neutral buoyancy is considered, which propagates vertically upwards towards the pycnocline level, penetrates a distance into the layer of lighter fluid, and further stagnates and flows down under gravity around the up-flowing core thus creating a fountain. The DNS results show that if the Froude number (Fr) is small enough, the fountain top remains axisymmetric and steady. However, if Fr is increased, the fountain top becomes unsteady and oscillates in a circular flapping (CF) mode, whereby it retains its shape and moves periodically around the jet central axis. If Fr is increased further, the fountain top rises and collapses chaotically in a bobbing oscillation mode (or B-mode). The development of these two modes is accompanied by the generation of different patterns of internal waves (IW) in the pycnocline. The CF-mode generates spiral internal waves, whereas the B-mode generates IW packets with a complex spatial distribution. The dependence of the amplitude of the fountain-top oscillations on Fr is well described by a Landau-type two-mode-competition model.     

Non-destructive evaluation of composite materials with ultrasonic waves generated and detected by lasers

Measurement of the stiffness properties of composite materials with laser generated and detected ultrasound requires proper understanding of waves emanating from a line or point source in anisotropic and viscoelastic media. The paper briefly presents calculation results of waves radiated by such a source through or at the surface of a composite plate. Dispersion is represented as well as the multiple wave arrivals connected with the folded shape of the quasi-shear ray surface. Moreover, internal diffraction at the cusp edges is properly depicted. An identification method with specific signal processing have been used to measure the stiffness coefficients of composite materials. From group velocity data, the stiffness tensor of materials showing an orthorhombic symmetry can be identified. The stiffness tensor changes induced by elevated temperatures in a composite material were then measured. An alternative approach was developed which allows to measure the phase velocities of waves generated with laser line sources. The material characterisation reliability is then improved. Moreover, the method can be used in practical cases where the front side of the structure only is accessible with the experimental devices. Despite reflection at the rear interface of transient divergent waves which ray surfaces may contain caustics, this inverse problem can be solved in a simple and efficient manner.     

Low-power RF plasma sources for technological applications: II. plasma sources under anomalous skin effect conditions

A theory of a planar disk-shaped RF plasma source under anomalous skin effect conditions is developed. In the absence of an external magnetic field, such conditions are satisfied for transverse electromagnetic waves with phase velocities below the electron thermal velocity, and, in the presence of this field, they are satisfied for electron cyclotron waves with frequencies corresponding to the resonant absorption line. For each of these cases, the RF field power deposited in a plasma with given parameters is determined and the equivalent plasma resistance is calculated.     

激光空泡溃灭及其产生的声波

强激光脉冲在水中的自聚焦传输、成丝、击穿及击穿后产生的声波,近年来成为强激光脉冲传输应用研究领域的一个热点。强激光脉冲电离产生的空泡在溃灭过程中,对周围水体产生压缩,从而在水下产生声波。在现有理论基础上,考虑空泡含气量、水的粘滞系数和水的表面张力系数对空泡运动及其产生声波的影响。给出双空泡运动方程,分析空泡间距对空泡溃灭和其产生声压关系。根据实际情况,计算不同温度情况下单空泡和双空泡运动过程及其产生的声压,并进行相互比较。计算结果表明: 水温越高,空泡运动时达到的最小半径越小,空泡振荡周期和溃灭时间延长,产生声压越高。随双空泡间距减小,空泡溃灭时达到的最小半径线性减小,而其产生的最大声压则单调增大。