可视化技术在分析新型蓄冷材料——笼型化合物(Clathrate)溶解过程中的应用(一)

混浊液内部的流动 ,由于微粒子之间的相互作用以及因浊度高不易进行内部观察 ,所以无论是分析还是可视化实验都相当困难 ,存在着许多未弄清的问题。通过采用折射率匹配 (Refractive IndexMatching)技术 ,使透明的微粒子与透明的溶媒的折射率近乎相同 ,做成一种透明的“混浊液” ,从而使混入其中的示踪粒子的运动轨迹能被摄像机捕捉到 ,并以微粒子的沉降和温度的干涉所引起的流动现象为焦点 ,利用图像速度测量法来处理分析所拍摄到的可视化图像 ,成功地获得了定量的混浊液内部的速度场 ,为进一步揭示混浊液内部自然对流的流动机理提供了实验依据。     

可视化技术在分析新型蓄冷材料——笼型化合物(Clathrate)溶解过程中的应用(二)

运用折射率匹配 (Refractive IndexMatching)技术 ,使混浊液内部自然对流的可视化图像速度测量成为可能。但由于来自微粒子的散乱光的影响 ,所得到的速度场出现了少量的误对应现象。为了解决这个问题 ,开发了新的可视化实验组合技术———折射率匹配与激光诱导荧光法 (LIF :Laser InducedFluorescence)组合 ,利用不同种类的粒子发光波长不同的特性 ,有效地去除了微粒子的散乱光 ,获得了清晰的示踪粒子的图像。笔者将简要介绍激光诱导荧光法的工作原理及其实验结果。     

基于图像分割的两相流PIV/PTV测量技术

介绍了采用图像分割技术,将密度较低的大悬浮颗粒和高浓度的示踪粒子共存的两相流场图像进行分离(相分离),对经过分割的悬浮相图像和连续相图像分别进行PTV和PIV运算,以实现对两相流动各个相速度场的同时测量.而后将基于相分离的PIV/PTV程序应用于对液固两相冲击射流流场的实验测量,并对测量结果进行了研究和分析,从而验证了相分离程序.实验结果表明,基于图像分割的PIV/PTV程序在两相流速度场测量中具有较好的实用性.     

数值计算数据的流动显示模拟

在风洞试验中，光学流动显示技术是揭示流场特性的重要手段，为了把数值计算数据与流场显示结果进行直接比较，利用可视化技术把数值计算数据转化成阴影、纹影和马赫干涉条纹图像。首先根据有关研究结果和平面流动的特点，导出适于产生计算流场图像的关系式，重新计算流场数据，然后将导出的数据进行颜色编码。为了使图像效果良好、图像生成速度快，还介绍了一种自行设计的，时空效率较高的颜色编码算法。     

铝液在多孔介质中流动的水力模拟测试

本文采用单片微型机辅助测试系统对铝液在多孔介质中渗流的水力模拟流动进行了测试，通过与图像处理结果比较表明该测试稳定性好，灵敏度高，所测结果较真实地反映了流体反重力渗流的流动规律。     

汽轮机低压排气缸内流场的PIV实验研究

使用时间分辨粒子图像测速仪(TR-PIV)对汽轮机低压排气缸模型内流场进行了研究.通过对某些特征平面的测量,获得了其平均流场的速度矢量与涡量,发现其内部流动从上部至出口呈现多个涡合并为一个通道涡的过程,通道涡主导了蜗壳通道内的流动,其涡量沿主流方向逐渐降低.实验还发现,在排气缸下部加装的隔板能有效阻止非主流方向上的流动,这将有利于有效通流面积的增加和降低流动损失.     

套管式换热器内部非对称流动现象研究

使用数值模拟和物理验证两种方法,研究了套管式换热器内稳态的流场和温度场,分析了换热器内部流动"死区"和换热能效。通过实验验证了数学模型的合理性,基于此进行了数值计算,主要结论为:换热器存在垂直弯头的情况下,管道内流动速度并非对管道中心线呈完全对称,在转弯处会产生速度"死区";改进后的换热器一定程度上减弱了流动"死区",套管内流动速度更加均匀,换热能效比有显著提升。     

光学探针在气液两相流动局部参数测量中的应用研究

光纤传感器作为纤维光学领域中的新技术,在两相流动局部参数的测量中得到了越来越广泛的关注.为了获取气液两相流动的局部界面信息,进一步深入了解两相流动的内部机理,给出了双传感器光学探针的详细制作过程,并将制作成的探针应用于气液两相流实验研究.实验中通过压降方法与探针方法测得的空泡份额之间的平均偏差为8%,表明所制作的双传感器光学探针测量精度较高,能够应用于气液两相流局部参数的测量.进一步的实验研究表明,管内局部空泡份额沿通道径向呈“壁峰型”分布规律,并且局部界面面积浓度(IAC)的径向分布也呈现出基本相同的规律.     

考虑凝固收缩作用的凝固过程及其液相流动的有限元计算模型

当要考虑凝固收缩作用所带来的密度变化时，至今所得出的凝固过程及其液相流动数学模型在应用有限元方法进行计算机模拟时有困难。通过建立Ａ变量及与速度的关系，提出了以固液两相区微元体守恒性分析为基础，建立了质量、动量、能量方程式。     

应用双镜头三维 LDV/PDPA 系统诊断液流模型流动特性方法

在双透镜模式三维激光测速系统的基础上，提出了在测量液体模型时修正入射光聚焦变形的光程角－位移补偿法。此方法使两个入射透镜的入射光在具有多层不同性质介质的模型中保持相交，并通过位移补偿使入射光相交在同一测量平面上，得到了与入射角、介质折射率及坐标架位移有关的补偿公式。利用实时三维ＰＤＰＡ系统对旋转水流模型进行了调整和测量，实验结果证明了该方法的原理是正确的，对解决不同折射率介质的液体流场及液－固、液－气两相流等流场特性的测量中存在的问题是可行的。     

汽车主动悬架的仿真研究

通过车辆主动悬架模型的建立,采用状态反馈配置极点方法确定主动悬架的控制方法,并在MAT-LAB/S imu link环境中对其进行仿真,仿真结果表明该方法具有很好的效果。     

立式风洞尾旋技术改进及试验验证

为降低立式风洞尾旋试验系统对飞机自由尾旋试验结果的影响,开发了一套适用于尾旋模型的舵面遥控系统、优化了模型悬挂系统,研究了悬挂系统对飞机尾旋特性的影响.研究结果表明:研制的模型操纵面控制系统具备任意操纵面组合偏转的能力,可以满足飞机尾旋试验要求;悬挂系统各部件重量和外形变化对旋转角速度略有影响,对飞机尾旋迎角、尾旋改出方法、尾旋改出圈数等影响很小.     

导弹吊挂寿命可靠性分析的自动化实现

导弹吊挂结构的尺寸参数繁多,而结构形式基本固定。为了提高导弹吊挂有限元分析效率并便于对结构进行寿命可靠性分析,开发了导弹吊挂结构疲劳寿命可靠性分析平台。平台采用Visual Basic语言编写,借助PCL(Patran Command Language)对有限元软件进行二次开发,实现了吊挂结构静强度及疲劳寿命分析的参数化;将六种可靠性分析方法进行计算机编程,实现了吊挂结构可靠性及灵敏度分析的自动化。分析结果表明,仿真分析结果真实有效,可为导弹吊挂的结构优化设计提供技术支持。     

基于博弈论的8自由度整车悬架参数优化设计

建立了包含座椅垂直振动、车身垂直、仰俯、侧倾振动以及4个车轮垂直振动的整车8自由度悬架物理模型,并应用达朗伯尔原理建立其动力学方程,使用Matlab／Simulink软件对A,B,C不同等级路面激励进行时域模拟仿真。通过模态叠加法对方程进行求解,得到了整车的模态特性和3种路面激励输入下各个自由度位移、速度、加速度等振动响应量。在悬架参数的设定范围内,分析了座椅、悬架、车轮等的刚度、阻尼参数变化对车辆行驶性能的影响;根据博弈论,对多目标优化模型进行博弈分析．利用Stackelberg寡头博弈对多目标优化模型进行求解,计算结果表明,车辆的乘坐舒适度和对路面的损坏等性能指标均有所改善。     

电动轻型飞机电推进系统选型与参数匹配

电动飞机为实现彻底的绿色航空提供了一条光明的技术途径,作为电动飞机动力和能量的来源,电推进系统的参数匹配对电动飞机环保、节能和高效起到关键作用。首先,本文对电动轻型飞机电推进系统进行了简要概述,并分析了其组成部分的特点。其次,结合目前电动轻型飞机电推进系统的特点,给出了电推进系统选型与参数匹配的设计过程。然后,根据电推进系统各组成部分的特点,提出了一套电推进系统选型与参数匹配的方法,包括螺旋桨的选型与参数匹配、电动机的选型与参数匹配、控制器的选型与参数匹配、电池组的选型与参数匹配,该方法可以为电推进系统的优化设计提供依据。最后,以RX1E电动轻型飞机为例对此方法进行了验证,匹配结果满足设计要求,说明了此方法的可行性。     

5000m特大跨度悬索桥空气动力稳定性能理论研究

为研究5000m特大跨度悬索桥的三维空气动力稳定性能,首先实现了考虑竖向、侧向和扭转向三自由度自激力和静风荷载的三维全桥全模态颤振分析方法;其次根据风洞试验获得的气动参数对宽开槽和窄开槽两种方案进行了三维颤振性能分析,并与风洞试验和二维颤振分析结果进行了逐项对比,认为二维和三维颤振分析对于5000m悬索桥有可比性;然后实现了特大跨度悬索桥三维三重非线性静风性能分析方法,并对该方案进行研究发现5000m悬索桥的动力失稳先于静力失稳出现,静风稳定性能不控制设计.最终研究结论:从三维分析的角度看,中央开槽达到足够宽度的方案与窄开槽但设稳定板的方案都能给跨度达5000m的悬索桥提供足够高的颤振失稳临界风速,并能满足世界上绝大多数台风区的要求,5000m特大跨度悬索桥的设计由空气动力稳定性能控制.     

一种新的任意角度旋转的景象匹配方法

为了解决任意角度旋转的景象匹配问题,在分析了传统的模板匹配算法对旋转敏感的本质原因后。提出了圆投影匹配算法,并对其进行了改进。实验结果表明,文中提出的算法不仅具有旋转不变性。而且对灰度变化、噪声、光照以及对比度变化等也具有很好的鲁棒性,同时匹配速度比归一化积相关匹配算法(NProd)提高了近一倍。     

序列图像中直线边缘快速提取和匹配

针时飞行器视觉导航等实时性较强的应用,给出了一种在航空序列图像中进行直线边缘快速提取和匹配的方案。在提取直线边缘时,运用了当前速度较快的邻接元素标记方法,从而提高了直线边缘提取速度。而在时直线边缘进行匹配时,给出了一种分三步走的方案,并提出了一种能够有效降低噪声影响的度量方式。首先选择3条直线边缘作为参考模型,在直线边缘的方向、位置以及物理特性的约束下构建候选匹配基,然后在基于矢量技术的基础上确定与参考模型基相对应的匹配模型,在此基础上再确定其他直线边缘之间的对应关系。试验结果表明,本文的直线边缘匹配方法比现有的方法速度提高了30倍以上,能够有效地满足一些实时性较强的应用。     

地磁导航的迭代评价匹配算法

针对现有地磁匹配基本算法在数据批处理上实时性能的不足和需要预先指定匹配数据序列长度的困难,提出了一种用于地磁导航的迭代评价匹配算法(Iterative evaluation matching algorithm,IEMA)。基于迭代求解思想,将算法时间分散在各个采样时刻,同时采用实时评价方式,在每一步迭代求解后根据实际情况来判断是否可以输出匹配定位结果。试验结果表明,迭代评价匹配算法应用于地磁导航是有效可靠的,并且它能够自适应调整匹配数据序列的长度。