伯努利定理适用条件分析

本文分析了以理想流体的运动微分方程推导伯努利定理时所利用的限制条件,对有势力作用下不可压缩流动的流场中应用伯努利定理的矢径微分量、速度、涡量之间的关系进行了深入讨论. 分析结果表明当流动为无旋流动或螺旋流时,伯努利常数在流场各点取相同值;伯努利常数在流涡面上各点取值相等,沿流线或涡线积分均为在流涡面上积分的特殊情况.     

湍流冲击射流流动与传热的数值研究进展

湍流冲击射流由于其冲击表面时具有很高的局部传热率和冲击力,被广泛应用于如表面的加热、电子元件的冷却、纸张的干燥和材料的切割等工程应用和工业过程中.由于其流动的复杂性,也常被作为一种理想的测试实例来评价湍流模型的性能.此外,湍升力射流与地面之间的空气动力作用对V/STOL (垂直或短距离起落)飞机的性能具有很大的影响.长期以来,人们从理论分析、实验测量和数值模拟方面对冲击射流进行了广泛而系统的研究,积累了丰富的资料.本文在分析了湍流冲击射流的数值研究现状的基础上,对近年来有关湍流冲击射流流动与传热的数值研究方面的文献有选择地进行了综述,重点评述了不同湍流模型对冲击射流流动与传热的预测能力,讨论了存在的问题并对该领域今后的研究方向进行了展望.      

半封闭狭缝湍流冲击射流的数值模拟

将Yakhot和Orszag提出的RNGk-ε模型推广应用于半封闭狭缝冲击射流场的数值模拟，以评价该模型对这种复杂湍流的预测能力。将计算得到的流场平均速度分布、湍流强度分布和流函数分布与标准k—ε模型的预测结果以及相应的实验数据进行了比较，结果表明：RNGk—ε模型的预测结果总体上要好于标准k—ε模型，但与实验值相比，所有预测结果都还存在不同程度的误差，尤其是近壁区和滞止点较远下游处的湍流强度分布。说明RNG模型虽然已在某些湍流的预测中取得了一定的成功，但要定量准确地预测冲击射流场，还必须针对其流动特征对模型加以改进。     

RNG湍流模型在冲击射流数值计算中的应用

将3种版本的RNG,k-ε湍流模型应用于轴对称冲击射流场的数值模拟. 通过与实验结果的比较,考察了模型系数的改变和非线性附加项对数值结果的影响,评价了三种模型对冲击射流的数值预测能力.     

平面倾斜冲击射流场的数值分析

采用SIMPLE算法和RNGk-ε湍流模型,对平面射流倾斜冲击平板的半封闭空间内的流场进行了数值分析。针对喷口宽度B=10mm、冲击高度H=2B和射流雷诺数Re=20000的流场,分别得到了三种射流倾角下的速度、流函数、压力和湍动能分布。计算结果表明,射流倾角的变化对流场结构具有显著的影响。当倾角减小时,左侧回流区变小,而右侧回流区变大,最大压力区和最大湍动能区都随着滞止点的左移向流场的左侧移动。     

基于QLF原理的龋齿探测方法中光学参量变化分析

通过建立完整的病变牙齿模型和龋齿病变程度判据,利用蒙特卡罗仿真算法编程,完整模拟了牙齿组织中荧光的激发和传输过程,探讨了牙齿组织病变程度引起的光学参量变化与QLF荧光分布的关系.同时,利用Tracepro软件的荧光仿真功能验证了该过程的合理性.结果表明:随着龋齿部分病变程度增大,散射系数增大,吸收系数和荧光量子效率减小,健康组织和病变组织荧光分布差异增大.     

轴流式水轮机内部空化流动的数值预测

将一种完整空化模型和一种混合流体两相流模型相结合,应用于轴流式水轮机全流道内定常空化流动的数值模拟。根据模拟结果,分别预测了水轮机在正常和较低尾水位情况下运行时,流道内空化发生的部位和程度,重点考察了尾水位的降低对水轮机空化性能的影响,为水轮机在特定运行工况下的空化性能预测提供参考。     

基于QLF原理的龋齿探测方法中光学参量变化分析

通过建立完整的病变牙齿模型和龋齿病变程度判据,利用蒙特卡罗仿真算法编程,完整模拟了牙齿组织中荧光的激发和传输过程,探讨了牙齿组织病变程度引起的光学参量变化与QLF荧光分布的关系.同时,利用Tracepro软件的荧光仿真功能验证了该过程的合理性.结果表明：随着龋齿部分病变程度增大,散射系数增大,吸收系数和荧光量子效率减小,健康组织和病变组织荧光分布差异增大.     

利用自体荧光成像量化分析牙菌斑

牙菌斑是造成龋病及牙周病的主要因素之一,通过检测牙齿表面牙菌斑含量多少能在一定程度上了解牙齿健康程度,对口腔健康的维护有重要意义。利用牙菌斑与牙齿组织自体荧光光谱的差异性,本文设计了一套便携式的基于自体荧光成像的检测系统。(1)该系统以中心波长为405 nm的LED作为激发光源,辅以中心波长520 nm的长波通滤光片提高系统信噪比,CCD作为感光器件;系统采集荧光图像后,根据成像结果分析牙面上牙菌斑含量。(2)设计了验证实验采集受试者牙齿图像,并以牙菌斑百分比作为量化牙菌斑多少的指标。实验结果表明荧光图像菌斑百分比与Turesky改良的Quigley-Hein菌斑指数的Spearman等级相关系数为0.944,牙齿荧光图像牙菌斑百分比与染色图像牙菌斑百分比的Pearson相关系数为0.875。由此可见,文中的检测系统具有较好的准确性,而且因为采用光学检测方法,具有非侵入性且可重复性,所以它有广阔的临床应用前景,有望成为家用口腔健康的检查手段。     

牙齿组织自体荧光光场仿真分析

利用有限元数值方法对扩散方程进行求解,将激发光场作为荧光传输扩散方程的光源,获得了二维牙齿模型内部自体荧光光场的分布。讨论了牙釉质和牙本质不同散射系数时牙齿上表面的荧光能量分布。发现牙齿上表面荧光能量随牙釉质散射系数的增大而降低,随牙本质散射系数的增大而增大。并对牙釉质和牙本质的散射系数的改变量对荧光能量的影响进行了定量分析,结果表明βe=2.62,βd=0.0502,牙釉质散射系数的改变对荧光能量的影响远远大于牙本质。利用Monte Carlo随机统计方法对牙齿组织自体荧光进行仿真,发现与有限元结果吻合较好,验证了有限元求解组织体荧光光场分布的正确性。