槽道流POD重构及湍流动能耗散率分析

采用二维粒子图像测速仪（2DPIV）对槽道内涡波流场进行实验研究,用POD技术对2DPIV瞬态速度矢量场进行主导模态重构,得到槽道内的平均流速和湍流动能分布;采用大涡PIV方法对湍流动能耗散率分布进行计算.结果表明：重构流场表征了原始流场的主导结构,剔除了噪声等干扰信息;大涡PIV方法能有效地估算动能耗散率的分布;湍流动能在壁面附近较小,在接近槽道中心区域湍流动能越来越大,呈现出射流的特征;动能耗散率的峰值出现在壁面附近和槽道中心区域,动能耗散率随着远离壁面程度的增加先降低后逐渐增加直至达到峰值.     

基于Gappy POD的流场数据填补方法

本征正交分解方法（proper orthogonal decomposition，POD）是一种数据驱动的流场特征信息提取技术，可以按能量大小给出流场的结构模态，并且可以通过较少阶模态叠加获得高阶数据的近似描述.将该方法结合一组线性方程，即构成Gappy POD方法，可实现对缺失流场的重构.论文从样本数据已知和样本数据不完全已知两种情况展开，对Gappy POD方法在缺失流场数据填补方面的应用进行了研究.首先，对于样本数据已知的情况，研究了样本参数范围内任意参数值下的重构能力；其次，对于样本数据不完全已知的情况，研究了模态阶数、缺失率以及样本数对缺失流场重构精度的影响规律.结果表明，Gappy POD方法可以高效再现参数范围内的任意完整流场数据.但是，对于缺失率较高的样本集，需要适当增加样本数以提高重构精度.      

基于POD方法的高超声速边界层转捩判定方法

高超声速边界层转捩是高超声速飞行器设计的关键基础问题之一.为了研究高超声速边界层转捩, 在风洞中, 对平板模型进行了M=5的实验, 在模型中心沿流动方向使用PCB脉动压力传感器对脉动压力时间序列进行采集.文章将本征正交分解(proper orthogonal decomposition,POD)方法引入高超声速脉动压力数据处理中, 发展了单点POD分析方法.经验证, 使用该方法重构数据的均方根(root mean square, RMS)峰值位置可表征转捩位置, 实用性强.      

湍流热对流大尺度环流反转时的角涡特性

本文采用DNS方法计算二维方腔Rayleigh–Bénard热对流.在软湍流区热对流场呈现大尺度环流和两个反向转动的角涡,并出现了大尺度环流的反转现象.连续的温度等值线和流线图清晰地描述了反转现象的全过程.在反转过程中,角涡的大小尺度变化起到重要的作用.对角涡大小尺度变化的分析发现,在反转现象中其角涡尺度随时间的变化出现剧烈的振荡,而没有反转现象的热对流场中角涡尺度变化只有小幅的脉动.对反转过程前后的角涡大小尺度、典型位置速度及角点附近温度等流动特性进行了探讨和分析,发现反转是在瞬间完成的,角涡内速度脉动较小、温度较高,反转前角涡尺度与角涡侧壁垂向速度变化具有同步性.     

超声速湍流边界层湍流统计与湍流结构分析

可压缩边界层转捩问题与湍流问题一直是制约高超声速飞行器发展的关键基础问题,也是近年来流体力学领域研究的热点问题.采用直接数值模拟方法,获得了空间发展的Ma=2.25超声速湍流边界层流场,通过对湍流边界层的发展状态进行评估,得出有效的Reynolds数Reθ 范围约为2600～4600.对壁面摩阻系数开展了分解,获得了各...     

基于润湿阶跃的水下大尺度气膜封存方法

超疏水表面水下减阻效果通常与其微结构上封存气膜的厚度和面积正相关,且气膜尺寸越大封存越困难.构造亲疏水相间表面,能在壁面形成润湿阶跃,产生约束固-气-液三相接触线移动的束缚力.通过监测切向水流作用下,润湿阶跃为54.8?,84.7?,103.6?和144.0?的亲疏水相间表面上不同面积和厚度气膜的形态发现,厘米尺度气膜可被长时间稳定封存,且气膜破坏的临界流速随润湿阶跃和气膜厚度的增加而升高,随气膜迎流宽度增加而降低.同时,该方法封存的气膜上能产生显著滑移量,尺寸0.6 cm×0.5 cm×0.15 cm的气膜上即可产生约占主流速度25%的稳定滑移速度.期待该气膜封存方法能进一步提升超疏水表面水下减阻技术性能.     

建立低阶模型的POD方法

将分析湍流拟序结构中的最佳正交分解技术运用到流动和传热问题中,并使用最佳正交分解技术建立了物理问题的低阶模型.通过对样本矩阵实施最佳正交分解得到一组特征函数.将控制方程采用Galerkin投影的方法投影到基函数所代表的空间上,从而得到原物理问题的低阶模型.计算结果表明,通过POD方法得到的低阶模型可以非常准确,并且快速地得到问题的解.     

基于POD方法开缝圆柱绕流流场的研究

利用粒子成像测速技术（particle image velocimetry,PIV）,在水槽中探究缝隙对圆柱流场结构的影响,应用频谱分析和本征正交分解（proper orthogonal decomposition,POD）方法,研究了开缝圆柱流场相干结构.实验Reynolds数范围内,缝隙的"吹吸"作用从根本上改变了圆柱绕流近区尾流结构,前6阶模态形态是流场中最主要的相干结构.第1,2阶模态形态控制着圆柱绕流流场涡街相继脱落过程,1或2阶模态系数为尾迹涡的固有频率;第3,4阶模态形态控制着脱落旋涡沿流向方向能量运输;第5,6阶模态形态中的同向涡旋结构作用于旋涡缓慢脱离柱体这一过程,并对旋涡能量起着衰减作用.      

基于IDL的遥感影像特殊信息提取方法研究

 地球表面是由生物圈、岩石圈、大气圈、水圈所构成的一个非常复杂的巨系统。地表表面形态各异,地物的电磁辐射与反射特征不同,况且同一地物在不同时段的电磁辐射特征会有很大差异,特别是地表小尺寸、特殊地物的光谱信号比较弱,而这些微弱信息可能对描述地表特征及其规律更加有用。     

基于偏振度椭球的PMD补偿的前馈信息提取方法

通过建立一个简单的模型推导了偏振模色散与偏振度椭球的关系式,可以直接从偏振度椭球的长轴和短轴得到偏振模色散的大小.将得到的一阶偏振模色散大小与理论上从琼斯矩阵中计算的结果进行比较,发现在差分群时延小于20 ps时,模拟结果与理论计算值较好相符.分析了如何从偏振度椭球的长轴判断偏振模色散矢量的方向.因此,从得到的偏振模色散矢量的大小和方向信息可以为一阶偏振模色散补偿提供前馈信息.     

基于层流动能湍流模型的数值模拟方法

从层流动能出发提出数值模拟原则;综合考虑自然、旁路和分离流转捩的因素构建实用的层流动能湍流模型,结合预处理和基本求解技术发展出适于转捩流动的数值模拟方法和程序.针对预处理技术,以Weiss-Smith矩阵为基础,考虑湍流粘性的影响;针对基本离散格式和边界条件,结合模型方程进行对角占优强化等特殊处理.最后通过平板边界层和典型翼型,特别是低雷诺数翼型的数值模拟,验证数值方法的有效性和鲁棒性.算例表明本文的方法能够为求解更复杂的流动提供参考.     

基于太赫兹辐射的糖类异构体信息提取方法研究

应用太赫兹时域光谱系统（THz-TDS）获取了两种互为异构体的糖类D-(+)-葡萄糖和D-(-)-果糖的太赫兹吸收谱,发现D-(+)-葡萄糖和D-(-)-果糖在0.3～1.72 THz频段内太赫兹吸收峰位存在明显区别,可以由1.41和1.66 THz两个吸收峰位鉴别D-(+)-葡萄糖和D-(-)-果糖。为研究D-(+)-葡萄糖太赫兹光谱吸收峰形成机理,首先构建了D-(+)-葡萄糖的单分子构型,采用密度泛函理论中的B3LYP泛函,利用Gaussian09完成对D-(+)-葡萄糖单分子构型的结构优化与频率计算。将量子化学计算结果与实验谱对比发现,基于D-(+)-葡萄糖单分子构型的量子化学计算结果与实验谱差异较大。然后构建了D-(+)-葡萄糖晶胞构型,采用广义梯度近似中的PBE泛函,利用CASTEP软件完成对D-(+)-葡萄糖晶胞构型的结构优化与频率计算。将量子化学计算结果与实验谱对比发现,基于D-(+)-葡萄糖晶胞构型的量子化学计算结果与实验谱较为吻合。D-(+)-葡萄糖晶胞构型量子化学计算时,因较为全面的考虑了分子间的氢键及范德华力的作用,说明D-(+)-葡萄糖在1.41 THz处吸收峰的形成为分子间弱相互作用。其次通过Materials Studio 2017软件指认了D-(+)-葡萄糖在1.41 THz吸收峰处的振转模式,发现D-(+)-葡萄糖在1.41 THz吸收峰主要是分子之间的相互作用,进一步说明D-(+)-葡萄糖在1.41 THz处的吸收峰主要是分子间的弱相互作用。在量子化学计算结果的基础上利用Multiwfn软件对D-(+)-葡萄糖晶胞进行RDG计算,利用VMD软件对D-(+)-葡萄糖晶胞中分子间的弱相互作用的类型、位置和强度进行可视化研究。研究结果表明,利用太赫兹时域光谱技术能够敏锐地感知糖类物质结构的细微变化,并能够正确鉴别其同分异构体。     

基于三维光谱角统计的光谱图像信息提取方法

提出了一种新的基于三维光谱角统计的光谱图像信息提取方法。通过对影像上横向、竖向和对角方向相邻像元间采用光谱角计算相似度,构成一个三维的信息统计模型。该模型反映了相邻像元间所代表物质的相似度,通过在统计模型中设置不同的阈值和提取不同轴向的切片,可以从影像中提取代表同种物质的均匀区域和边缘信息,用于监督分类中训练样本的采集。该统计方法与直方图、散点图等传统统计工具相比,鲁棒性和可靠性更高,提取的信息更丰富。     

基于引力搜索算法的湍流相位屏生成方法

本文提出了一种全新的相位屏生成方法,结合了经典快速傅里叶变换(FFT)模型与稀疏谱模型.经典的FFT模型由于低频成分的严重缺失,限制了其在高精度相位屏生成方面的应用,为此,本文将相位屏的低频部分单独提取出来,应用稀疏谱模型生成相应的低频补偿屏,将二者相加后得到最终的精确相位屏.结果表明,补偿屏的模拟精度与低频采样点的分布有关,且存在一种最优分布使得最终的相位屏结构函数与理论结构函数的误差最小.为兼顾相位屏生成速度,本文选取了16个低频采样点,采样点位置由两个待定参数确定,并应用引力搜索算法对参数进行优化得到最终的低频采样点分布.仿真结果表明,该方法与传统低频补偿方法相比精度提高了1—2个数量级,且运算速度优于传统方法.     

基于光阻法的小光束截面粒径信息提取方法

为了实现同时兼顾大、小颗粒测量的液体颗粒计数,在分析细小光束照射下球形颗粒脉冲信号波形特征的基础上,提出了一种颗粒粒径信息提取方法,该方法通过对脉冲信号积分将颗粒脉冲信号的幅度与持续时间结合,可更加准确地提取颗粒的等效粒径信息.对理想脉冲信号进行数值模拟,并采用乳胶微粒标准物质进行实验测试,结果表明,该方法能够有效地提取大颗粒和小颗粒的粒径信息,从而拓宽了仪器检测范围.同时,分析了流速和噪声对该方法提取粒径准确性的影响,结果表明当流速波动小于10%时,测量误差小于5.41%;当噪声小于1%时,测量误差小于0.50%.     

基于动态压力数据的湍流采样数据量分析

基于小波分析良好的时频双局域性特点,结合统计检测理论,提出了一种相对合理的确定湍流采样数据量的方法.以分析某型贯流风机实验中的动态压力数据为例,选取二阶统计矩作为所关注的湍流特征量,验证了该方法的合理性和可行性.采用小波分析时,所确定的采样数据量相对大,但其所反映的流动信息量也相对多,统计检测的流动特征量是湍流能量的多尺度分布,所得数据量尺度是恰当的.未采用小波分析时,数据缩减过程中湍流信息量受到了一定的损失.     

利用全局信息提取靶标特征的方法

为了准确提取图像中目标特征,结合靶标的尺寸和特征信息提出了一种基于全局信息的方法。利用霍夫变换(HT)确定图像中包含靶标的目标区域;在目标区域中提取靶标上不同特征区域的中心;利用提取的中心拟合靶标在图像中所占区域的圆心和半径;完成图像上各区域与靶标上对应区域的匹配。实验证明该方法能够有效、准确的提取图像中靶标的特征,实验室内实验中靶标上特征区域中心提取精度为0.09pixel,实验室外提取精度为0.12pixel。在序列图像处理时,利用前一帧图像的结果可以有效降低计算量,提高提取精度。     

跨音速湍流边界层的计算方法

一、问题的建立 Nash-McDoald在[1]中给出了一种基于局部平衡假设的计算绝热壁面的平面跨音速湍流边界层的积分关系式方法。其基本方程组为:     

基于小波分析的大气湍流相位屏模拟

大尺寸、高分辨率大气湍流相位屏的快速模拟对于在实验中验证自适应光学系统的性能及控制算法的稳定性至关重要。提出了一种基于小波分析模拟大气湍流相位屏的方案。根据离散小波变换的频段分割性质,对Von Karman型功率谱进行切割;基于能量守恒原理,生成不同尺度上对应频段的近似高频系数;利用小波层之间低频系数的递推关系,得到最高层低频系数的相关函数,并利用相关函数法来模拟低频系数;通过小波合成算法得到最终的大气湍流相位屏。模拟结果表明,基于小波分析产生的大气湍流相位屏与Von Karman模型较好地吻合;该方法的计算复杂度低,能快速模拟大尺寸、高分辨率大气湍流相位屏。