非均质壁面对液滴俘获能力的数值模拟研究

为研究不同非均质壁面对液滴的俘获能力,采用界面追踪法（FTM）结合广义滑移边界建立了接触角模型,对液滴在非均匀润湿的非均质壁面上的运动过程进行了数值模拟研究。液滴在倾斜壁面上受到重力作用由均匀润湿部分下滑至非均匀润湿部分,通过改变Bo数、Oh数、非均匀润湿程度研究了液滴在非均匀润湿区域的运动规律。研究表明:Bo数越大,液滴运动受壁面阻力影响越小,液滴下滑的速度越快,液滴越难以被俘获;Oh数越大,液滴运动受壁面阻力影响越小,液滴越难以被俘获;非均匀润湿程度越大,非均质壁面对液滴的阻力越大,液滴越易被俘获。      

超声电喷推进机理研究

超声电喷推进是一种新型的电推进技术,主要用于解决胶体推力器等电推力器发射点集成困难、发射点数密度低的问题。通过将超声振动产生的大量微细驻波作为发射源,超声电喷推进将从根本上提高发射点的数目和密度,形成较大的推力密度。文章对超声电喷推进的发射机理进行了研究,得到相应的理论发射模型。通过对发射表面上微细驻波的形成过程、带电液滴的分离过程进行理论分析,建立了静电场条件下微细驻波波峰临界状态的平衡方程,推导出微细驻波波峰局部半径以及发射液滴尺寸的理论解,并提出了发射电流、比冲和推力的估算方程。在此基础上,分析了极间电场强度、超声振动频率、超声振动功率、推进剂性能黏度、推进剂表面张力系数和电导率对超声电喷推进性能的影响规律,并进行了试验验证。     

单激励直线行波超声马达定子振动特性研究

利用弹性动力学理论对半无限长弹性细长梁进行了分析,得出在弹性细长梁上激励出大振幅弯曲行波振动的条件,对以此为基础研制的直线超声行波马达的定子进行了振动特性分析,着重分析了行波反射对定子振动状态的影响,认为一般情况下定子上的振动是含有驻波场的行波,并对不同反射系数条件下的定子振动波形进行仿真,最后通过实验研究了驻波场对超声马达驱动特性的影响.      

基于液滴参数检测的涡街湿气过读预测模型

为提高两相涡街湿气测量精度,针对传统涡街过读公式预测精度差、适用范围受限问题,提出基于夹带液滴参数（夹带率和粒径）的涡街过读预测模型。为进行不同夹带液滴工况的实验研究,建立基于雾化混合的可调压环雾状流实验装置,并建立光学图像法测量系统,获得液滴直径及其分布信息。结合环雾状流型及涡街过读机制,考虑液滴-液膜传质和液滴-旋涡耦合作用,提出影响涡街过读的无量纲尺度参数。建立基于液相加载量、韦伯数和斯托克斯数的涡街过读预测模型,将夹带液滴参数和载气参数（密度和速度）的影响考虑在内,理论上可拓展公式适用范围。最后,评估现有过读关联式的预测性能,并结合实验和模型假设中夹带液滴参数的差异进行详细分析,进一步确认了夹带率和粒径对涡街过读特性的重要影响。结果表明：所提模型在不同液滴夹带条件下都给出了很好的预测,相对偏差在±1.0%以内,预测精度和可拓展性较其他公式有了较大提高。     

AUV自航对接的类物理数值模拟

为了预报dock对自主水下机器人（AUV）水动力性能的影响,提高AUV水下对接成功率,提出一种多块混合网格结合动态层方法和用户自定义函数（UDF）的方法,应用于基于离散螺旋桨的AUV自航对接的类物理数值模拟。所提方法采用移动子区域代替传统的移动边界,可提高数值计算效率。在验证了AUV自航试验速度的基础上,对AUV自航对接的水动力和流场进行分析。结果表明,AUV在螺旋桨定转速300 r/min推进作用下,自航对接时间约16 s,终端速度为0.75 m/s。对接速度满足对接碰撞需求。dock对AUV运动影响:在对接井口B点之前起阻碍作用,在B点之后起吸附作用。AUV对接阻力增加2.4%,增幅小,可实现与dock对接。      

实践十号卫星有效载荷胶体材料箱地基实验

胶体材料箱是装载于实践十号上的重要载荷,用于空间胶体自组装的实验研究.地基实验阐明了常重力下的蒸发驱动胶体自组装机制.围绕胶体材料箱开展地基实验研究,制备了一种亲/疏水限位基片,分析了蒸发过程中受限液滴接触角的变化规律.通过同步显微观察法研究受限胶体液滴内部粒子的沉积行为,发现粒子沉积图案的形成过程由三种动力学行为控制.另外,通过落塔装置模拟短时微重力环境,分析重力瞬变引起限位基片上液滴的振荡过程,揭示了振荡过程中两个不同阶段的振荡特性.地基实验结果为在轨实验工况确定以及空间与地面实验对比提供了数据支撑,这对箱体工程参数设定以及空间实验条件匹配等具有重要意义.      

面向低视角场面监视的移动目标速度测量

为构建有效的机场场面视觉监视系统,提出了一种基于特征点持续跟踪与分析的移动目标速度测量方法。首先,利用场面几何特征对摄像机进行标定;然后,基于光流场对图像运动区域的特征点进行持续跟踪,在此基础上通过特征点轨迹聚类区分不同移动目标;最后,根据特征点高度与运动距离完成速度测量。所提方法能够利用机场场面摄像机获取的低视角单目视频图像,对移动目标的运动速度进行准确测量。基于广州白云国际机场的场面运行视频进行了仿真分析,验证了所提方法在低视角速度测量方面的可行性与优势。      

液滴束流轴向速度弥散与角向弥散的测量

轴向速度弥散和角向弥散是液滴束流在多数应用中的基本要求。利用标准偏差的传递关系,通过测量相继液滴飞行到测量位置的一组时间间隔,可得液滴束流轴向速度的相对标准偏差。推导了相对标准偏差的表达式,描述了测量相继液滴时间间隔的装置。研究用若干根光纤测量液滴束流角向弥散的新方法,已测得几个角度范围内的液滴记数,经修正,得到了对应不同方向角范围的液滴数。     

基于连续性条件的体PIV后处理技术

对粒子图像测速技术(PIV,Particle Image Velocimetry)体空间内三维速度场的后处理技术进行研究,引入不可压缩连续性方程的约束对实验测得流场进行修正,使得修正后流场严格满足差分形式的连续性方程.通过流场修正的后处理技术实现拉格朗日乘数法求解全流场修正速度场二范数的极小值.理论推导严格证明了修正后的速度场在数学上更接近满足连续性方程的真实流场.对解析流场引入高斯噪音来进行人工模拟的测试,其结果进一步验证了修正后流场能更趋近于真实流场,对流场中出现的PIV常见的高斯分布噪音有一定的消弱作用.该技术被成功应用于实验数据的后处理,结果表明其能改善测量速度场的平滑度.     

基于连续性条件的体PIV后处理技术

对粒子图像测速技术(PIV,Particle Image Velocimetry)体空间内三维速度场的后处理技术进行研究,引入不可压缩连续性方程的约束对实验测得流场进行修正,使得修正后流场严格满足差分形式的连续性方程.通过流场修正的后处理技术实现拉格朗日乘数法求解全流场修正速度场二范数的极小值.理论推导严格证明了修正后的速度场在数学上更接近满足连续性方程的真实流场.对解析流场引入高斯噪音来进行人工模拟的测试,其结果进一步验证了修正后流场能更趋近于真实流场,对流场中出现的PIV常见的高斯分布噪音有一定的消弱作用.该技术被成功应用于实验数据的后处理,结果表明其能改善测量速度场的平滑度.     

悬停状态下直升机旋翼水滴撞击特性研究

介绍了直升机在悬停状态下,求解旋翼水滴撞击特性的数值方法.该方法根据直升机悬停状态下的准定常特性,对旋翼运动模型进行简化,并在对绕桨叶运动的气流场计算的基础上,采用有限差分方法求解水滴运动方程,得到水滴运动轨迹.进而,确定了水滴对旋翼表面的撞击特性参数,为旋翼防冰系统设计提供条件.最后,对NACA0012翼型的水滴撞击特性进行分析.      

移动机器人自主动态避障方法

针对基于水流场的全向移动机器人动态避障过程中可能出现的避障失效和避障路径过长问题, 提出了一种基于速度斥力场改进人工势场方法的全向移动机器人自主动态避障方法。详细分析基于水流场改进的人工势场法在动态避障过程中存在的移动机器人从障碍物前方绕过而引起的避障路径过长或避障失效问题;在基于水流场的人工势场避障方法中, 根据移动机器人和动态障碍物的相对速度, 引入速度斥力场, 使得移动机器人从动态障碍物的后方通过, 实现全向移动机器人的安全自主动态避障。通过仿真和室内避障实验, 验证了所提自主动态避障方法的有效性和实用性。      

Magnetogasdynamic shock wave generated by a moving piston in a rotational axisymmetric isothermal flow of perfect gas with variable density

The propagation of a strong cylindrical shock wave in an ideal gas with azimuthal magnetic field, and with or without axisymmetric rotational effects, is investigated. The shock wave is driven out by a piston moving with time according to power law. The ambient medium is assumed to have radial, axial and azimuthal component of fluid velocities. The fluid velocities, the initial density and the initial magnetic field of the ambient medium are assumed to be varying and obey power laws. Solutions are obtained, when the flow between the shock and the piston is isothermal. The gas is assumed to have infinite electrical conductivity and the angular velocity of the ambient medium is assumed to be decreasing as the distance from the axis increases. It is expected that such an angular velocity may occur in the atmospheres of rotating planets and stars. The shock wave moves with variable velocity and the total energy of the wave is non-constant. The effects of variation of the initial density and the Alfven-Mach number on the flow-field are obtained. A comparison is also made between rotating and non-rotating cases.     

压电风扇结构设计与参数影响研究

压电风扇主要包括由压电材料制作的驱动器和振动薄片,驱动器激励振动薄片振动进而产生气流流动,是一种新型的散热装置。研究多种参数对压电风扇性能的影响,为压电风扇的设计提供指导性的意见和建议。使用计算流体方法,模拟压电风扇流场的发展过程,研究了压电风扇振动薄片的振型、双振动薄片的排布形式以及在每种排布形式下两振动薄片振动相位差等因素对出口风速的影响。得到以下结论:驱动器的激振频率应等于振动薄片的一阶固有频率;双振动薄片模型,两振动薄片的最佳振动相位差分别是π（纵向布置）和0.8π（横向布置）。通过分析流场发展过程,给出了参数影响的成因。      

液滴辐射器液滴层的优化设计

为有效提高液滴辐射器液滴层的辐射热通量,建立了矩形液滴辐射器三维液滴层非稳态辐射传热模型。采用FLUENT软件,针对液滴层辐射换热过程进行了模拟。数值分析了液滴分布特征、液滴初始温度、飞行速度、液滴间距、直径、液滴层长度及质量流率等7种因素与液滴层辐射热通量的关系及对其敏感度,提出了一种新的液滴层结构型式——中空型液滴层。结果表明,除液滴层长度和质量流率外,液滴间距和初始温度对辐射器液滴层的传热功率影响较大。在厚度方向液滴层数为100层、质量流率为12kg/s的条件下,中空型液滴层设计能将单位质量辐射热通量提高2~3倍。     

圆弧翼型跨声速流动的动态模态分析

跨声速翼型的激波周期性自激振荡会给机翼结构带来附加的脉动载荷,从而加剧飞行器表面结构的疲劳损伤。使用动态模态分解（DMD）方法研究了跨声速下绕厚度18%的对称双圆弧翼型的压力脉动场,分析了DMD提取的各阶主模态的频率特征、压力脉动的空间分布以及压力脉动随激波振荡的时间演化过程,并使用DMD模态进行流场重构。结果表明,DMD方法能准确捕捉流场各特征频率的模态,第1阶模态是激波抖振的主频,在激波的自激振荡过程中占主导作用,前7阶模态重构的流场损失函数降低至4%以内,误差主要分布于激波间断处。      

基于欧拉法模拟旋转帽罩水滴撞击特性

基于欧拉两相流理论,对旋转帽罩水滴撞击特性进行了数值模拟。通过引入耗散函数求解水滴相无黏欧拉方程,实现了欧拉法求解三维旋转帽罩的水滴撞击特性。分析了旋转帽罩转速对水滴撞击特性的影响。发现旋转帽罩转速越大,其表面水滴撞击极限稍有减小。在典型飞行条件与气象条件下,离心力对水滴运动轨迹的影响远小于惯性力对其的影响,旋转帽罩转速对水滴撞击特性影响较小。     

CRIT II electric, magnetic, and density observations in an ionizing neutral jet

Measurements inside a high velocity neutral barium beam show a factor of six increase in plasma density in a moving ionizing front. This region was co-located with intense electric fields (δE ≈ 300 mV/m²) perpendicular to the local geomagnetic field and field aligned currents all fluctuating at frequencies well under the lower hybrid frequency for barium but above the oxygen cycloton frequency. It was determined that these structures were moving with the barium stream near the neutral barium velocity. Large quasi-dc electric and magnetic field fluctuations were also detected. The heart of the ionizing front, a cross beam current of nearly 10 mA/m², was estimated from the magnetic field variation. This is three orders of magnitude higher than typical auroral zone currents associated with auroral arcs. This current sheet was co-located with fluxes of soft electrons which saturated the particle detector. An Alfvén wave with a finite electric field component parallel to the geomagnetic field was observed to propagate along B_o where it was detected by an instrumented sub-payload.