气泡水体携带能力的测量实验研究

针对水中上升气泡对水体携带作用一直难以测量的问题,特提出利用气泡上升携带水量来表征其能力大小的思想,进而专门设计了相应的实验装置,重点开展了双液分离转相精测技术的实验研究.实验时选取柴油和水构成双液,并分别采用直接测量和转相精测两种方法测量气泡上升携带水量.结果表明:采用双液法可有效分离气泡携带的上升水体;气泡上升携带水量的转相精测值精度高于其直接测量值,且携带水量越小其精度优势越明显,特别是当携带水量很小,直接测量法可能因误差太大而根本无法实施,但转相精测法却可顺利进行.     

微小气泡粒径的测量研究

对用一台CCD摄像机所摄得的微小气泡水图像要识别摄影进深方向的气泡，必须利用图像的像素灰度这一特征。因此获取气泡粒径的常规图像方法不能使用。又气泡对光的反射和折射下有的气泡像的中心部分呈现反转，这也给处理带来了难度。为此建立了保持像素灰度的灰度线段中心辨别法来快捷地识别微小气泡。另外，利用摄影所获得的微小气泡图像，统计出气泡的形心到它的边界的最短距离与最长距离之比来自动分离微小气泡水中的气泡和杂质以及散焦的物像。通过以上方法能快捷地对微小气泡的粒径进行测量。     

施放深度对气泡水体携带能力影响的实验研究

水中上升气泡对周围水体的携带能力受多方面因素的影响,由于测量手段缺乏等原因,其影响规律研究一直是两相流领域的难点.引入气泡上升携带水量的概念表征其水体携带能力的大小,进而利用专门设计的实验装置,采用双液分离测量法,调整喷嘴至27.5~52.5cm之间的不同施放深度,进行气泡上升携带水量的测量实验.结果表明:在注气量(20ml)和注气速度(3ml/s)等一定的条件下,随着气体施放深度的增加,气泡水体携带能力呈现缓慢增强并逐渐稳定的总趋势,但其间(施放深度约35.0~45.0cm)该能力会略有下降,并有极小值出现;且在绝大多数情况下,小口径喷嘴生成气泡的水体携带能力稍强.上述结论可为化工等领域工程应用中设计合理气体施放深度、确定最佳喷嘴口径等问题提供参考依据.     

竖直楔形流道的单气泡上升过程的实验研究

通过实验对竖直楔形流道内单气泡上升过程的行为特性进行了研究.利用高速摄影设备和计算机图像处理技术准确地追踪了气泡上升过程中运动轨迹和形态的变化.通过对气泡上升过程中旋转角、瞬时速度、瞬时加速度等参数的分析,找到了楔形流道内气泡上升过程的运动规律,并且通过推导获得了气泡上升过程中拽力系数的计算公式.     

稀疏泡状流中变形气泡的三维图像测量技术

研究气泡变形对于分析泡状流中气泡的受力和运动具有重要意义.设计了一种可确定稀疏泡状流中气泡空间坐标与变形参数的图像测量技术:原始图像经预处理和增强后,结合形态学方法识别出变形气泡投影的闭合轮廓.改进了分水岭方法对气泡投影进行分割,并用对称直线法确定投影中心改进Hough变换,得到椭球气泡模型的投影椭圆参数.提出了一种由两幅投影轮廓重构三维气泡模型的算法并分析了实验误差.该技术可较准确地测得气泡空间坐标和变形参数:投影椭圆的参数误差小于3个像素,气泡识别误差小于15%.     

不同盐度下海水表面张力系数的表征研究

为研究不同盐度下海水表面张力系数的表征，并精简其表面张力系数的测定手段，根据气泡在海水中的受力情况，建立了海水中的气泡脱离体积及瞬时稳态上浮速度模型。通过搭建气体水下排放试验台，使用常压空气和6种不同盐度的海水分别作为实验的气相和液相，将气泡划分为低雷诺数缓慢上浮及高雷诺数快速上浮2种运动状态，并分别进行实验。用高速摄影技术对气泡运动进行实验观测，通过MATLAB编程对拍摄的图像进行分析处理，测定气泡脱离体积及瞬时稳态上浮速度。将实验数据代入到所建立的模型中，获得不同盐度下海水表面张力系数表征函数。结果表示，当气泡在非射流情况下生成及上浮时，气泡处于小半径慢速运动状态，属于低雷诺数运动过程，海水盐度与表面张力系数拟合效果理想，模型计算值与实验数据符合良好，偏离程度不到2%。     

水下强声波脉冲引发的空化气泡运动和声辐射

通过建立由等离子体声源、PCB压力传感器和高速相机等构成的实验测量系统,研究了强声波脉冲引发的空化气泡运动和二次声辐射.通过实验,观察到了强声波脉冲特有的波形结构,空化气泡的成长、膨胀和坍缩过程以及气泡坍缩时辐射的声信号.其次,利用Gilmore方程和Bernoulli方程,从理论上对空化气泡的运动和声辐射进行了数值模拟和分析.研究结果表明:(1)在强声波脉冲正压区的作用下,空化气泡将受到压缩并围绕“准平衡态半径”振荡;在强声波脉冲负压区的作用下,空化气泡将出现膨胀、坍缩和回弹的物理过程.(2)空化气泡坍缩时周期性辐射的声脉冲持续时间极短,具有“冲击波”的特点.     

基于Census变换和Boosting方法的陨石坑区域检测

提出了一种基于图像的陨石坑区域检测技术.首先,通过对原始图像进行Census变换并获取变换后的直方图;其次,利用主分量分析的方法对直方图空间进行降维压缩,并将压缩后的直方图作为特征向量,同时利用主分量分析的重构误差设定阚值构建第一层分类器;再次,基于Boosting原则对训练样本集进行选择,并利用支持向量机构建第二、三层分类器;最后,将测试样本依次送入这3层分类嚣确定该样本是否含有陨石坑.在实验过程中,通过对原始图像进行连续缩放,并遍历所有大小为20×20的子图像,以检测大小不一的陨石坑区域,并研究了虚警闲值对于最终检测结果的重要意义.相关实验研究表明:提出的方法可以从俯视摄像机拍摄的陨石坑图像中有效地检测出陨石坑区域.     

气泡对无阀微泵动态特性影响的实验研究

采用高速摄像机拍摄了收缩管/扩张管型无阀压电微泵泵腔中气泡的变化,包括进入、移动、合并和分离等过程.同时,采用压阻式微型压力传感器测试无阀压电微泵泵腔的压力脉动.实验结果表明气泡进入泵腔之后,流体有效体积弹性模量和无阀微泵压力脉动幅值明显减少,气泡的进入使无阀微泵的工作性能大大降低,甚至导致微泵无法正常工作;而气泡移动、合并和分离对流体有效体积弹性模量和微泵的动态特性影响较小.     

利用micro-PIV测量矩形微管道内流量

利用微观粒子图像测速技术(micro-PIV)测量了矩形微管道内低雷诺数下速度矢量场,并以此为基础计算微管道内流体体积流量.微管道水力直径为83μm,横截面深宽比为0.155,长度为17mm.实验中获得雷诺数分别为47、127和215三工况下管道中心水平截面内速度分布.与理论速度剖面比较,管道中心的测量速度值吻合很好,偏差控制在±2%以内.利用中心速度值结合层流解析解计算微管道内平均流速和体积流量.经过误差分析得到该方法测量误差约为3.3%.实验结果表明,利用micro-PIV技术完全可以实现微通道流量的高精度测量.     

可变后缘弯度机翼柔性蒙皮的变形特性分析

应用面元法和有限法建立了柔性蒙皮在气动载荷作用下的流固耦合分析方法。数值仿真结果表明:位于变形后缘上表面的柔性蒙皮在气动载荷作用下将被"吸"成鼓包形状,且这个局部变形对翼型后缘部分的压力分布具有很大影响。在此基础上,研究了柔性蒙皮在气动载荷作用下的变形随其弹性模量、厚度和初始预应变的变化规律。可以得出,柔性蒙皮的变形量随着翼型后缘偏角的增加而先增大后减小,并不是随着后缘偏角的增加而增大;增加蒙皮的厚度可以减少柔性蒙皮的最小弹性模量和最小拉伸刚度,但蒙皮的厚度受限于机翼的结构空间;满足Jacobs形变准则的蒙皮最小拉伸刚度随着蒙皮预应变的增加而降低。     

平纹编织C/SiC复合材料热残余应力的模拟和分析

通过对平纹编织C/SiC复合材料SEM照片精确测量,获取了纤维束的几何参数,并以四参数正弦函数为拟合方程,得到了RVE的建模曲线方程,并建立了RVE的三维有限元模型。采用间接耦合的降温法,模拟计算了C/SiC复合材料的轴向热残余应力,其计算结果与理论值接近;并分析了制备温度以及纤维体积含量对热残余应力的影响。     

锐孔气泡形成周期及影响因素的研究

气液反应器和工艺设备中存在大量的气泡,要建立准确预测气泡形成特性的计算模型,就需要详细了解气泡的形成过程,通过 CLSVOF 数值模拟方法配合实验验证对锐孔气泡形成过程进行了研究。着重讨论了气流量和孔径对气泡形成的影响,并研究了气泡在形成阶段的动力学特性和孔口处气泡的脱离。通过模拟数据和实验数据的分析结果,结合犉狉数和犅狅数关系图得出:气泡从不发生相互扰动到气泡之间发生合并与破裂的过渡阶段中,气泡锐孔处的进气速度随着孔径的增大而减小。     

锥壳结构动态特性试验分析

为得到某锥壳构件的动态特性进行了模态试验,对得到的频响函数通过最小二乘复指数和多参考最小二乘复频域等方法进行模态参数识别,识别结果与有限元计算结果进行比较,得出了锥壳结构的动态特性,通过比较识别结果,说明了模态识别方法的适用性。     

机身加强框结构刚度优化设计研究

以某型飞机翼身结合加强框为例,利用有限元法进行其刚度性能的优化设计。首先,分析确定翼身结合框的可靠性安全载荷,建立全新的结构刚度模型,利用有限元法分析求解刚度指标。然后根据结构设计要求和限制条件,基于应力应变特性和拓扑优化分析结果,优选设计参数,提出改进模型。通过对比分析结果,表明模型改进达到了结构刚度优化设计的目的。     

运动激波与气泡串相互作用的多介质数值模拟

通过对激波和流体界面相互作用而诱导的大变形界面演化的数值模拟,验证了Level set 方法精确模拟多个流体界面的有效性.采用间断有限元Galerkin方法求解欧拉方程得到流场解,采用5阶WENO格式求解Level set方程追踪多流体界面,界面附近的边界条件由虚拟流体方法处理.对运动激波和两个气泡相互作用过程进行了数值模拟,得到了不同时刻的压力和密度等值线分布,并分析了计算域中两个气泡同是氦气泡,以及一个是氦气泡,一个是R22气泡情况下的计算结果.计算结果表明:利用多界面Level set方程可高质量地捕捉多个流体界面,处理3种多介质流场数值模拟问题.     

飞机水面降落的机身载荷研究

文中研究了飞机水面降落的冲击载荷。利用动网格技术控制飞机以及整个计算区域的运动,VOF方法描述气一液界面的运动变化。分析了不同降落速度、飞行速度和降落仰角下,飞机水面降落时机身压强随时间的变化规律。在三种降落条件下,机身压强值的变化规律基本一致。机身压强在入水的初始阶段达到最大值,随后迅速下降,最后保持稳定。同时,随着降落速度、匕行速度和降落仰角的增大,机身压强的最大值也随之增大。与降落速度和降落仰角相比,飞行速度对机身压强的影响程度较小。