气动热参数辨识原理性实验初步研究

气动热参数辨识问题实质上是热传导逆问题,介绍了热传导逆问题原理性实验的初步情况.首先介绍了实验原理和实验装置,利用电加热器对碳钢试件加热得到了测温点上的温度变化历程,然后采用顺序函数法对表面热流进行了辨识,结果表明:考虑辐射效应后,热流辨识结果位于标称热流密度值的±15%误差带内.热流辨识结果与标称值基本吻合,既证明了热传导逆问题求解算法的可行性,也初步验证了实验装置的有效性.     

基于时空浓度梯度反演扁平微通道中平均流速的优化算法

微流控通道内流速的准确测量在利用微流控芯片开展定量化学分析、样品制备、药物合成等领域具有重要应用价值。基于物质输运原理,提出了一种通过测量物质时空浓度梯度反演扁平微通道中平均流速的优化算法。首先,基于Navier-Stokes方程与Taylor-Aris弥散方程建立扁平微通道中速度场与浓度场的定量关系,分别提出了用直接反演法和优化算法求解平均流速的方法;其次,通过数值仿真系统地分析了时空浓度变化频率、振幅和扩散系数对反演流速准确度的影响;最后,通过荧光素实验验证了该方法的可行性。结果表明:无噪声情况下,优化算法反演结果与真实速度相关系数为1,具有很高的精度;有噪声情况下,增大物质浓度信号的频率与振幅、采用扩散系数较小的物质有助于提高算法的准确度;在微流控装置中,优化算法反演结果与流量传感器测量计算结果的相关系数为0.9814。     

基于演化计算的线性规划原对偶内点法中的初始点选取算法

采用原对偶内点法求解线性规划问题,对初始点要求严格。根据初始可行内点的准则,定义了相应的达成度函数,并由达成度函数定义了适应值函数,从而提出了基于演化计算的线性规划原对偶内点法中的初始点选取算法。该算法基于和声搜索演化算法实现,经数值实验测试,结果表明,对所选取测试的典型线性规划问题,算法都能求得大部分问题的初始可行内点。     

解大规模无约束优化的新有限储存对称秩1校正算法

提出了一个新的有限储存对称秩1校正算法,该算法把自适应调比对称秩1校正与有限储存、非单调线搜索技术相结合。算法中的下降方向由有限储存逆自适应调比对称秩1校正产生从而简化计算。将算法与著名的LBFGS进行了数值比较,结果表明,新算法能较好地解一类大规模无约束优化问题。     

飞行器气动热与结构传热双向耦合研究

高超声速飞行器热防护结构的设计优化取决于对于飞行器气动热环境与结构内部温度场的准确预示,两者之间的耦合作用对此有着显著的影响。本文针对典型圆管绕流问题开展高超声速非定常流动与热防护结构传热耦合的数值计算。流场部分求解基于量热完全气体的三维粘性可压缩流动Navier-Stokes方程,固体部分求解瞬态热传导及结构响应方程获得结构温度场、热应力及应变。耦合计算采用分区迭代方法,在流-固交界面上进行壁面热流与温度的数据传递,实现了流体与结构的耦合计算。以典型圆管前缘风洞数据对上述多场耦合分析方法进行了验证,结果表明激波位置与壁面热流的计算结果与风洞试验结果一致。基于该方法对典型翼面结构在不同来流马赫数条件下的结构力热响应的模态特征。该方法能够对高超声速飞行器的气动力热载荷与结构传热的规律进行预示,从而为飞行器热防护结构的设计优化提供设计依据。     

利用线性独立方向的有限储存BFGS法(英文)

提出了线性独立度的概念 ,并在此基础上建立了一个改进的有限储存 BFGS法。该方法继承了标准有限储存 BFGS法的基本特征 ,即储存 m个向量对计算逆二阶近似阵 ,并选择 m个向量对的准则是根据保留的搜索方向的数值线性独立度来确立的。文中进一步讨论了数值线性独立理论 ,并简化了新方法中线性独立度的计算。理论和数值结果表明 ,改进的新方法有效地改善了标准的有限储存法     

耦合传导/辐射情况下的传热系数和表面热流辨识

耦合传导/辐射情况下的传热参数和表面热流辨识问题是一类特殊的传热逆问题,在工程上应用较广。本文首先建立了耦合传导/辐射的传热问题的数值方法,进行了算例验证。然后分别建立了同时辨识材料热物性参数和辐射吸收系数的算法、辨识非稳态表面热流密度的算法;分析了测点位置、测量误差、辐射吸收系数对辨识结果的影响。结果表明:同时辨识材料热物性参数和辐射吸收系数时,利用右端测点的温度辨识出热传导系数值的精度较高,利用中间测点温度辨识出的辐射吸收特性系数值精度较高。对于表面热流的辨识,测点越靠近加热面,辨识结果的精度越高;吸收系数对中间测点的辨识结果影响大于其他位置测点的辨识结果。     

Krylov子空间算法研究

Krylov子空间技术是基于投影方法的规划算法,如今已成为一类求解大规模线性问题的优秀算法,该算法采用正投影或斜投影在子空间产生迭代向量进行计算。同时,正确有效的预处理方法能加快迭代收敛。本文介绍了如何利用基于LU分解的GMRES(Generalized M in imum Residual)方法来求解大规模线性优化问题。     

基于遗传算法的含集中质量和弹性支撑复合材料层合板固有频率优化设计

运用遗传算法对含集中质量和弹性支撑的复合材料层合板进行了以自振频率最大化为目标的优化设计,采用了灵活的整数编码方式和改进后的收敛准则,同时考虑了集中质量和弹性支撑的位置优化问题以及铺层顺序优化问题.通过大量试验计算,对遗传算法中的运行参数进行了合理设置,达到了计算结果为全局最优解的概率高于0.95,并且计算量最少的目标.     

计算参数对数值修正载荷识别算法的影响

针对在载荷识别计算中经常遇到的累积误差问题，提出了一种在每个时间步长内迭代修正的 载荷识别算法。首先利用拟静态算法得到载荷初值，再使用数值迭代算法对其进行修正计算，仿真结果表明，该修正算法可以有效地减小由于累积误差导致的发散，得到收敛的识别结果。针对上述算法，本文以多输入多输出简支梁为模型，分别分析了区间放大系数、区间分割系数和精确度指标3个计算参数对于识别结果的影响。计算结果显示，参数的选择对算法的效率和精度影响很大，不当的参数甚至可能引起识别结果严重发散，所以选择合适的计算参数对于数值修正算法十分重要。     

表面热流辨识技术在边界层转捩位置测量中的应用初步研究

目前工程飞行试验中主要采用近壁热电偶测温法来确定飞行器表面流动的边界层转捩位置,由于测点离表面较近,对温度传感器量程和结构强度有较高要求.为此,提出了基于表面热流辨识技术确定转捩位置的基本思想和处理方法,测点可以距离表面相对较远.但是,当测点越远离受热面,辨识问题的不适定性会越强,因此需要采用仿真辨识方法来对传感器安装位置进行合理选取.在给出二维传热模型表面热流辨识算法的基础上,对两个算例进行了仿真辨识分析.结果表明:基于表面热流辨识技术确定转捩位置是可行的,能给出较为准确的转捩区域判断.     

采用内部测温估计表面热流在高超声速风洞试验中的应用

表面热流预估方法利用试验件内部的温度来预估其表面热流。该方法的最大优点是测量温度的热电偶是内埋在试验件内部,不与外界的高温气流直接接触。该方法为高超声速飞行器飞行实验估计表面热流提供一种可行的途径。为了验证该方法在预测外界流场特性方面的能力,在航天空气动力技术研究院(CAAA)的 FD-03风洞中开展了一系列高超声速气动热风洞试验。试验中采用一块铝合金试验板,部分试验采用光滑平板,其余试验在试验平板的表面添加拌线以干扰外界流场。而后采用热流估计方法预估试验板的表面热流。预估结果表明,如由拌线产生的激波等外流场的强烈变化将在估计的热流结果中得到清晰的显示。     

薄膜电阻温度计原理性误差分析及数据处理方法研究

薄膜电阻温度计是高超声速测热试验中一种常用的传感器,多用于激波风洞中.改进薄膜电阻温度计测热数据的后处理方法,分析其原理性误差,提出修正方法,可以进一步提高热流测量精度,为防热设计提供可靠数据.应用三维热传导理论,考虑热流和温升的耦合影响,计算了气动加热条件下薄膜电阻温度计结构温升情况,得到了铂层内的温度分布规律,并与一维半无限简化理论得到的薄膜电阻温度计表层温度相互对比,得到了模型简化带来的原理性误差;建立了由表面温升计算表面热流的导热反问题计算方法,与经典的Cook-Felderman处理公式和热电模拟网络处理方法相互对比,提出了修止热流值的方法,为提高热流测量精度提供了一种可行的手段.     

电子设备用冷板散热特性的二维数值模拟

冷板是当前最常用的一种电子设备散热方式,虽然冷板的温度分布是个典型的三维导热型问题,但人们普遍关心的是冷板加热面、冷却面的二维温度分布情况。本文首先对单片冷板的散热特性进行了分析,在此基础上建立起相应的数学模型和微分控制方程组。通过将电子设备发热量、对流散热量及厚度方向上的导热量当成冷板的内热源,将复杂的三维问题简化为二维问题,并进行了数值模拟。计算结果与实验结果吻合良好,为复杂模型的简化计算提供了参考。     

外壁热流响应计算的导热反问题方法及其验证

研究组合结构外壁热响应特性,根据Beck’S序列函数法的思想,优化算法各个环节,建立应用多个温度测点、多个未来时间步的计算模型。通过假设热流呈三角波形变化开展数值验证,计算结构内部温度场,并取其中数点温度信息作为反问题输入条件反演得到外壁热流响应,得到热流误差不超过O．5％、温度误差不超过0．01％的理想结果,并得到测点数量及位置等因素对计算误差的影响。该计算方法可应用于包装结构在模拟火灾等特殊环境中的外壁热响应研究。     

隔热结构对塞块式量热计热流测量的影响

塞块式量热计是热结构试验中常用的热流传感器,其侧向传热是测量误差的重要来源。在对塞块式量热计传热分析的基础上,设计了一种改进型隔热结构,并提出了一种基于半无限大体假定的热损失修正方法。通过建立塞块式量热计的有限元数值模型,分析了量热塞与隔热材料的接触热阻对数据处理结果的影响,在接触热阻较大时(R=1×10-3 m2·K/W),未修正时最大测量误差不超过-9%,而修正后最大误差超过了20%;在接触热阻较小时(R=1×10-4 m2·K/W),未修正时的最大测量误差约-20%,修正后则不大于1.5%。可见该修正方法只适用于接触热阻较小的情况。。数值模拟结果还表明,在隔热层表面附近增加金属尖楔的改进型结构,隔热材料最高温度从超过2000℃降低到300℃以下,有利于保护隔热材料不被烧损,间楔与传感器之间的换热面积只有总侧向面积的约2.9%,两者之间的换热几乎不影响数据处理方法的选择。     

螺旋桨旋转噪声等价声源中心的实验研究

本文研究了互谱分析法在噪声源定位应用上的理论和实验技术。为了得到用于噪声控制的螺旋桨旋转噪声的等价声源中心,研究涉及到互谱分析法的理论以及时间平均和空间平均的实验技术。这是一种工程方法。该方法可用于识别各种螺旋浆旋转噪声的等价声源中心,且可推广到其他声源的声源定位、声源识别领域。作为实例,识别AD—200轻型飞机的螺旋桨旋转噪声等价声源中心的测量取得了非常好的结果。 另外,本文对互谱分析法在声源定位上应用的有效性进行了理论分析,指出互谱分析法在声源定位方面有着广阔的应用前景。     

激波风洞驻点热流测量误差机理及其不确定度研究

详细分析了测热传感器安装后驻点区曲率变化对局部流场变化和热流变化的影响规律,并根据不同传感器的类型和敏感元件的组成情况,研究给出了修正方法和修正系数;研究了传感器表面温升与热流之间的相互影响关系,对热流实测结果进行了修正。同时,研究了来流流场的微小变化对热流的影响,分析了传感器组成尺寸、人为读数、传感器重复使用等随机因素对热流测量的影响,并结合随机误差分析理论给出了不确定度的评定方法,计算得到了某次热流试验中的测量不确定度。并由此给出了对传感器制作和测热试验方法的改进建议。该文的研究内容有利于进一步提高热流测量精度,为高超声速飞行器的研制提供参考。