求解声点源散射物形重构问题的一个新方法

研究了从声点源散射的近场信息再现散射体物形的一类逆问题。提出了数值求解这类问题的基于求解一个不适定的线性积分方程及一个适定的非线性最优化问题的分离式两步算法。数值结果表明了本算法对任意形状的二维散射体均能得到很理想的效果.     

阻抗障碍物声散射的反问题

研究了从声散射场的远场分布的信息来再现声阻抗障碍物形状的反问题,建立了求解这类反问题的一种非线性最优化模型,并提出了数值实现该非线性最优化模型的一种两步调整迭代算法.两步过程的应用使在确定未知障碍物形状的非线性最优化步中未知函数的个数达到了最少,而在调整迭代过程中,通过利用前一迭代步所得重构信息,使重构精度得到了相当大的改进.所建立的反演算法的一个特别吸引人的性质是,只需要远场分布的一个Fourier系数即可对未知声阻抗障碍物作几何物形的设别.对大量具有各种几何形状的二维障碍物的数值算例保证了本算法是实用和有效的.     

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     

圆管潜射流生成偶极子涡特性实验

利用溢流恒压装置产生具有稳定出流速度的圆管潜射流, 结合染色液流态显示方法, 在多种射流无量纲潜深d/H、雷诺数Re以及限制数C的组合下, 实验研究了该潜射流动量在有限深密度均匀流体中的演化特性, 其中d为射流潜深, H为水深. 研究表明, 当C<1时潜射流表现为深水特征, 而当1≤ C<2时潜射流表现为过渡特征, 在这两种情况下均不产生任何形式的大尺度相干结构; 当2≤ C<10时潜射流表现为浅水特征, 而C≥10时潜射流表现为极浅水特征, 在这两种情况下均产生大尺度的偶极子涡结构. 对极浅水特征潜射流, 在各种无量纲潜深下, 偶极子涡结构的无量纲形成时间t_f^*与无量纲射流时间T_inj^*均满足相同的正比例关系; 对浅水特征潜射流, 当d/H=0.5时, t_f^*与T_inj^*满足某种线性关系, 但对其他无量纲潜深, t_f^*与T_inj^*之间无明显规律. 关键词： 圆管潜射流 限制数 偶极子涡结构 形成时间     

海洋波导的可穿透障碍物散射场远场分布的若干性质

研究了海洋波导中可穿透目标时谐声波散射传播远场分布的性质,构造了透射问题解的集合,使得所构造解的集合在边界上的限制在某个Hilbert空间中是稠密的,确定了传播远场分布的集合在某个Hilbert空间中是完备的．这些性质对研究海洋波导中的逆透射问题有重要的应用．     

浮力气泡对水平壁面的回弹动力学特性

黏性液体中的气泡浮升运动有趣而又复杂,而气泡与固壁边界的相互作用更是广泛存在于实际工程中.基于轴对称数值计算,模拟了浮力驱动下气泡在黏性液体中上升并与顶部水平固壁面碰撞、回弹的过程.采用考虑表面张力的不可压、变密度Navier-Stokes方程来描述气液两相流流动,并通过基于分级八叉树的有限体积法进行数值求解.为准确捕捉气泡在回弹过程中局部而迅速的拓扑变化,采用了动态自适应网格技术耦合流体体积法(volume of fluid,VOF)来重构气泡的形状. 从气泡对壁面的碰撞和回弹的基本现象入手,研究了伽利略数 Ga和接触速度$U_{a}$对气泡回弹动力学特性的影响, 分析了气泡碰撞过程中涡结构的变化.用回弹高度$H$、回弹周期$T$、长宽比{$A_{r}$}、浮升速度$U$、轴向位置$z$和回复系数$C_{r}$等参数来表征不同条件时气泡的运动和形状特性. 研究结果表明,气泡的回弹运动特性对 Ga十分敏感. Ga的增大可加剧气泡形变, 促进气泡的回弹运动, 增多回弹次数,增大回弹参数($T$和$H)$, 提升回复系数. 然而,接触速度并非决定气泡回弹动力学的控制参数, $U_{a}$的改变并不会改变回复系数.      

拖曳体激发内波时空特性实验及其理论模型

在具有密度跃层的分层流体中,采用沿水槽中纵剖面对称布置电导率探头阵列的方法,对1个球体和2个不同长径比细长体在拖曳运动下激发内波的时空特性进行了系列实验.结果表明:存在一个与长径比近似为线性关系的临界Froude数Frc,当FrFr_c时,内波相关速度均与物体运动速度一致,体积效应内波为主控内波,内波波高均随拖曳速度增大而先增大后减小,Lee波峰值对应速度随长径比增大而增大;当FrFr_c时,内波相关速度均小于物体运动速度,其相关速度Froude数Fr_(iw)均在0.43—1.18之间的一个条带内变化,尾迹效应内波为主控内波,内波波高均随拖曳速度增大而近似线性增大.此外,从波形结构上看,体积效应内波关于水槽中纵剖面是对称的,而尾迹效应内波关于水槽中纵剖面是不对称的.结合上述实验结果,在已有针对拖曳球产生内波的等效源理论模型基础上,针对体积效应内波,提出了不同长径比模型的等效源移动速度和体积的设置方法;针对尾迹效应内波正对称和反对称这一特性,提出了正对称组合源和反对称组合源理论模型及其参数设置方法.所得计算结果在波高、波形结构和波系分布上与实验结果符合良好,表明了所提出的理论模型及其参数设置方法的合理性和有效性.     

Flat Solitary Waves due to a Submerged Body Moving in a Stratified Fluid

A theoretical model for interaction of a submerged moving body with the conjugate flow in a three-layer fluid is proposed to depict the internal flat solitary wave, which is observed in experiments conducted by the present authors. A set of coupled nonlinear algebraic equations is derived for the interracial displacements. The numerical results indicate that （a） the conjugate flow due to a two-dimensional body moving at the bottom possesses an apparent behaviour with two convex interfaces, （b） the solution satisfying the existence criterion is always unique near the relatively stable state of system. Theoretical analysis is qualitatively consistent with the experimental results obtained.     

三维海洋波导中散射目标快速声学远场成像

研究用声传播远场分布信息成像海洋波导环境中三维散射目标的反问题,提出一种指示器样本成像方法,在不需要预先知道散射目标的任何声学和几何特性的情况下,可以快速得到其位置、形状等几何信息的一个理想的像.数值试验表明,该方法对成像海洋波导中三维散射目标是有效的,即使在有限孔径测量方式和具有噪声测量数据时,也能够得到散射目标的一个理想成像,表明海洋波导边界的多重反射效应对成像效果具有一定的正面影响.