基于双光场相机的高分辨率光场三维PIV技术

光场相机粒子图像测速（Light Field Particle Image Velocimetry，LF-PIV）是一种近几年新发展起来的流动测试手段，能够仅通过单个光场相机测量3D-3C瞬态速度场，简化了三维流场测量的实验复杂度，特别是能实现受限空间的三维速度场测量。然而这一技术尚存在一些不足:由于光场相机沿景深方向的空间分辨率较低，沿该方向的速度测量精度低于垂直于景深方向的测量精度。本文尝试从硬件角度入手，发展一种双光场相机流动测试技术，通过增大对示踪粒子的观察视角，来提高光场三维测量系统沿景深方向的空间分辨率。基于乘积代数迭代技术（Multiplicative Algebraic Reconstruction Technique，MART），开发了针对双光场相机的粒子三维重构算法。分别利用直接数值模拟（Direct Numerical Simulation，DNS）水射流的数字合成图像与低速水射流涡环的实验图像，将双光场相机的测量结果与单光场相机的测量结果进行对比分析研究。结果表明双光场相机与单光场相机相比显著提高了相机沿景深方向的测量精度。     

运用激光全息术和PDPA测量喷射燃料粒子场

为了获得发动机燃料喷射雾化特性,运用PDPA和激光全息术对喷嘴的燃料雾化粒子场进行测量.简要介绍了两种测量方法的原理和应用条件,对两种方法的测量结果进行了对比,验证了激光全息术测量结果的精度.最后在风洞实验条件下进行了喷射燃料粒子场测量.     

一种全息滤波用于粒子场层析的方法

本文介绍用4F傅里叶透镜系统和全息滤波器对粒子场分布作全息记录的原理和方法。理论和实验结果表明,这种记录方法能同时准确记录位于输入平面和在其前、后相同距离平面上的粒子分布,并能根据清晰的粒子像直接判读出粒子尺寸和空间位置。若应用不同的全息滤波器,就能在输出平面上记录与滤波器相匹配的三个层次平面上的粒子分布。这种用4F系统的全息滤波记录方法,实质上是用全息术测量粒子场分布的层析法。文中还介绍了制作这种全息滤波器的原理和方法。     

双舌型挡板VGT蜗壳速度场的试验研究

使用IFA30 0热膜风速仪 ,通过选择合适的低通滤波器、合适的采样频率和采样时间 ,用X形探针测量了其无叶喷嘴出口速度的分布以及蜗壳流道的速度场。结果表明 :在两挡板全关时 ,喷嘴出口速度分布较均匀 ;随两挡板开度变化 ,喷嘴出口速度分布变化较大 ;而且沿蜗壳周向其径向速度分布较均匀 ,切向速度分布变化较大 ;沿蜗壳轴向 ,两者变化均较大。当两挡板开度变化时 ,蜗壳流道截面上通流速度的分布不同于自由涡流规律 ,二次流速度分量分布形态类似。     

实时数据库的主动机制研究与实现

主动机制是实时数据库管理系统（ＤＢＭＳ）的一个重要功能。在主动机制的基础上，实时ＤＢＭＳ能够根据数据库中某些数据及环境的变化，主动地作出一定的反应，执行预先设计的动作，而不仅仅是被动地执行用户的命令。文中主要介绍一个实时ＤＢＭＳ的主动子系统，采用事件－条件－动作的规则来实现其主动功能；讨论了规则的表示和存储结构，规则子系统的系统结构及与ＤＢＭＳ的联系；并详细介绍了条件评价器、规则检索优化、规则冲突     

全息水粒测量方法及其应用

很多人对液体粒子场的测量十分感兴趣,并且已有人进行了这方面的研究,但是对于液体颗粒的直径,粒子空间分布,很少有人得到较理想的结果。本文将介绍以下内容:(1)用全息术测量液体粒子场原理;(2)同轴远场拍摄光路; (3)同轴再现光路;(4)粒子场信息处理方法;(5)测量结果。最终的测量结果表明,用激光全息方法测量动态液体粒子场中的粒子直径、粒子空间分布具有迅速、准确、非接触之优点,用这一方法可以得到令人满意的结果。     

光学4F系统象平面附近光强分布的研究

首先推导出光学４Ｆ系统的一般衍射变换公式，用不透明圆盘模型算出了象平面附近三维空间内的光强分布。根据计算结果，定义了象的归一化半径和象的变缘锐化率，给出了它们与粒子离物平面远场数之间的关系，从而定量地得出成象区、失真区和远场区的物理图象。最后，对粒子场测量中的粒径和空间位置测量的最小误差作了讨论。这些结果，对分析粒子的大小和分布是十分重要的，并在喷嘴雾化场测试中得到了应用。     

实压管道内天然气体积流量的PIV测试

利用PIV测试技术对DN100天然气水平管道内0.8MPa下的实流流场进行测试研究,得到旋度场、速度矢量场等.以实测速度矢量场的空间平均值拟合出圆管横截面上的主流速度分布并积分求得管流截面上的瞬时积分流量.试验通过连续测量发现了流场的瞬时流量存在明显的脉动特征;而在较长周期内采集到的瞬时流量呈正态分布,其平均值与声速喷嘴流量一致,测量精度与超声流量计相当.测试结果显示:该PIV系统可以用于体积流量计量,而较长周期内的瞬时流量均值可以作为标准流量.     

亚超剪切混合层燃油雾化特性试验研究

为了摸清亚超大梯度剪切混合层内直射式喷嘴的燃油雾化特性，设计了用于向亚超剪切混合流中进行燃油喷射的直射式喷嘴，建立了亚超剪切混合层中燃油雾化试验系统。利用粒子图像测速系统（PIV），对亚超大梯度混合层中油雾场进行测量。通过改变喷嘴流量、喷射角度和喷嘴数量研究不同参数对雾化特性的影响，并应用图像处理技术对亚超大梯度剪切混合层内的油雾场进行分析，总结归纳其雾化规律。试验结果显示：随着流量增大，穿透深度会随之增大，破碎后的颗粒分布峰值所对应的液滴直径会逐渐变小，雾化效果提升；相同流量条件下，喷嘴的角度改变对雾化效果有影响，顺喷和逆喷的雾化效果均好于垂直喷射；逆喷的喷射高度最高，随着流量的增长，燃料将会碰壁；顺喷条件下，随着角度的增加，穿透长度会有所增加；综合燃油轨迹边界，逆喷的效果相对较好。相同流量条件下，喷孔个数的改变对雾化效果和穿透深度的影响不大。     

离轴全息成像测量三维气动旋流低温雾化场

为研究低油温工况下气动旋流雾化喷嘴近场雾化特性，建立了25 kHz皮秒脉冲激光离轴全息系统，对1 kPa气压、0.03 MPa油压和–40～28 ℃油温工况下喷嘴下游30 mm内近场雾化过程进行了三维可视化测试。实验获取了包含非球形液滴的近喷嘴雾化场清晰图像，记录了液膜袋状破碎与液丝分解等典型雾化动态过程。通过颗粒识别与定位，获取了雾化场中尺寸30～1500 μm的液滴粒径及三维位置，统计得到雾化场索特平均直径（SMD）的三维分布信息。研究发现:在气压1 kPa、油压0.03 MPa工况下，液滴粒径主要分布在200 μm以内，其中30～40 μm粒径占比最高，均在15%以上；三维粒径分布表现为雾锥中央粒径较大，边缘区域粒径较小；油温降低对雾化效果恶化显著，使雾锥体积缩小、雾化液滴密度降低且均匀性下降；油温从28 ℃降至–20 ℃时，下游截面中心粒径从300 μm左右增大至450 μm以上，局部大于650 μm；–40 ℃时，喷嘴下游出现大型液柱与多枝状液膜、液丝结构，燃油分解破碎距离进一步延长。实验结果证实了高速离轴全息技术在低油温工况下喷嘴近场雾化特性三维可视化诊断中的可行性，获取的雾化场三维参数可为喷嘴结构设计优化及雾化模型研究提供数据参考。     

长鳍波动推进流向涡结构PIV试验研究

鱼类的高效、低噪声、高机动游动为水下航行体推进技术研究提供了很好的启发与借鉴。尼罗河魔鬼鱼依靠长背鳍波动推进，可以在主体基本不变形下巡游，还可以通过改变波动方向敏捷地倒退或前进。对于这种推进模式国内外已经开展了一些仿生推进水动力实验研究，对流动涡结构也有一些数值计算研究，但对流动涡结构试验研究开展很少，因而数值计算方法也缺乏充分的验证。本文针对MPF（Median and/or Paired Fin，中央/对鳍）模式长鳍波动推进，采用相位同步PIV技术测量了系泊状态下首、中、尾部及尾流不同相位横截面流场，采用相位平均方法计算获得平均速度场，进一步提取分析了流向涡涡结构特征及其随相位的演变规律，为长鳍波动推进涡结构数值预报和水动力机理揭示提供了试验依据与支撑。     

爆炸波与超声速运动物体相互作用的数值研究

针对在弹道靶及爆炸波装置上完成的实验,用数值方法来研究在比热为常数和层流情况下爆炸波与超声速飞行物体的相互作用.为了准确模拟爆炸波,首先通过有限体积法求解轴对称N-S方程计算了爆炸波流场,分析比较了数值干涉图和实验干涉图以及数值计算和实验得到的三个截面的密度分布曲线.其次以获得的轴对称流场为爆炸波初场,采用重叠网格技术,通过有限体积法求解三维层流N-S方程数值计算了在比热为常值和层流情况下爆炸波与超声速飞行物体的相互作用,得到了数值干涉图并与实验得到的干涉图进行了比较,分析了爆炸波对飞行物体表面压力的影响.     

Tunable Electromagnetic Cloaking by External Field

Electromagnetic cloaking based on the scattering cancellation method have been reviewed. The possibility of designing the tunable electromagnetic cloaking is analytically suggested with a single cloak composed of homoge- neous materials, including semiconductor, superconductor, ferrite and ferroelectrics by using Mie scattering theo- ry. The simulated results demonstrate that the cloaks with these homogeneous materials can drastically reduce the total scattering cross sections of the cloaked system by using the finite element method. These cloaking frequencies can be controlled by external field through tuning the permittivity or permeability of these materials by the applied field, such as temperature, magnetic field and electric field. These may provide some potential ways to design tunable cloaking with considerable flexibility.     

气动雾化喷嘴强化湍流扩散的实验研究

用热线风速仪对气动雾化喷嘴出口的气相湍流速度场进行测量，得到了气流的脉动速度及旋涡尺度分布。用浓度测量仪测量了喷嘴出口液相浓度的分布。研究表明，湍流脉动对细小雾滴的扩散具有促进作用，而气流的大尺度旋涡对液滴扩散的作用更加明显。内气路采用径向射流型式，可以增大气流的旋涡尺度，加强对液滴的扰动，因此对喷雾浓度的均匀分布大有益处。     

某飞翼外形雷达散射截面特性的分析

用物理光学理论和物理绕射理论计算了某飞翼外形雷达散射截面（ＲＣＳ）特性，并在微波暗室里对该飞翼模型的ＲＣＳ进行了测量，计算结果和测量结果基本吻合，在此基础上，分析了飞翼外形ＲＣＳ随方位角分布的特点以及其外形隐身设计的特点。     

液体轴对称抛撒破碎和雾化的实验研究

对静止空气中液体轴对称抛撒的首次破碎及二次破碎进行了实验研究,通过纹影装置获得其首次破碎及二次破碎发展过程的纹影照片,通过激光散射粒子直径测量仪获得了二次破碎所形成雾化场的Sauter平均直径(SMD)随时间和空间的分布.实验结果表明,由于"Rayleigh-Taylor不稳定性"的发展,在液体抛撒所形成液核的前端发生了具有波浪形的首次破碎,首次破碎所形成球形液体颗粒的直径与发生首次破碎的液核前端的液体薄层厚度基本相当.由于不同直径液体雾滴的速度弛豫时间的差异,导致二次破碎后的雾化场具有大雾滴在前、小雾滴在后的特征.同时,由于实验液体具有高挥发性,导致与轴线的距离超出某一范围后,二次破碎所形成的雾化场又会出现雾滴的SMD随距离的增加而逐渐减小的趋势.     

全内反射测速技术(TIRV)中界面隐失波基准光强I0的确定

基于隐失波全内反射的测速技术TIRV (Total internal reflection velocimetry)是微纳流动中测量壁面附近几百纳米范围内速度的有效方法。隐失波的光强分布I (z)随离开壁面的高度z指数衰减。若荧光粒子位于光强分布中,其亮度也将符合此指数关系,通过测量粒子亮度可确定粒子的垂向位置z,而确定隐失波的基准光强I0是该技术的关键之一。基于粒子近壁Boltzmann浓度分布、粒子粒径不均匀性和隐失波光强公式,给出了粒子亮度概率密度分布的数值解。实验测量粒子统计亮度分布后,依据实验和理论分布相同原则可定量确定基准光强I0。采用φ100nm和φ250nm 荧光粒子验证此方法并定量分析了粒径分散性对确定 I0的影响。进一步采用φ100nm粒子进行近壁速度测量实验,结果验证了本方法的有效性。     

胶囊机器人管内流场的数值模拟和实验测量

胶囊机器人广泛应用于人体肠道的检查和治疗。根据永磁体法，设计制造了一种磁控光滑胶囊机器人。基于计算流体动力学（CFD）方法，模拟了胶囊机器人在充满黏液的管道内旋进（旋转和平移）时，其周围流体的流场（速度和涡量）；利用粒子图像测速（PIV）技术测量该流场；计算了胶囊机器人以不同转速旋进时，管道内流体流场以及胶囊机器人所受到的阻力、阻力矩和周围流体的平均湍流强度等。最后，还对胶囊机器人周围流体流线的形状和分布、流体速度及涡量的分布和大小进行了实验测量。结果表明:1）随着胶囊机器人转速的增大，胶囊机器人四周和下部区域流体速度和流体涡量都略微增大，而其周围流体的流线和涡量分布规律基本相似。2）随着胶囊机器人转速的增大，胶囊机器人前进方向所受阻力矩和周围流体平均湍流强度均增大，而其前进方向所受阻力基本不变。3）实验测量到的胶囊机器人周围流体流线的形状和分布、流体速度及涡量的分布和大小与数值计算结果基本相似。     

基于无人机的复杂地貌上空风场实测研究

本文研究了利用多旋翼无人机搭载风速风向测量设备对不同地貌上空平面风场实测分析的方法.以北京市延庆区某试验基地内的测风塔为参考,首先对无人机测风准确性进行研究,其次取相同时间段内测风塔与不同测点位置无人机的实测风速风向数据进行正交分解处理,分析得到无人机和测风塔风速、湍流度的相互比值关系,通过测风塔数据和比值关系,可以推...