异重流在不同粗糙底床上运动特性的实验研究

进行一系列开闸式异重流水槽实验,考虑三种不同底床粗糙度对异重流运动特性的影响.通过高速摄像机拍摄异重流的运动过程,并利用粒子图像测速技术(PIV)记录局部流场结构.结果表明:异重流运动过程分为滑塌阶段和自相似阶段,底床粗糙度可以改变异重流的运动状态,尤其是通过底床附加阻力降低异重流头部速度并迫使其更早进入自相似阶段,但是对滑塌阶段速度影响不显著.异重流的弗劳德数在滑塌阶段变化不显著,而在自相似阶段呈现递减趋势;掺混系数随头部位置和理查德森数增大均呈现递减趋势,而粗糙底床可以加强掺混,增大掺混系数.异重流上界面与环境水体掺混形成正涡度带,下界面由于底床无滑移条件和底床流场结构的多方向性形成正负涡度带交错的现象,并且异重流剖面速度峰值会出现抬升现象.     

障碍物对平坡异重流运动特性的影响

在水利工程中,底床地形突变对异重流的运动过程有十分重要的影响.利用高速相机和激光粒子图像测速技术(PIV),对开闸式盐水异重流在平坡定常速阶段遇到障碍物时的运动特性进行研究.实验结果表明,障碍物对异重流头部速度的作用范围约为5个闸室长,对异重流加速阶段头部速度最大值的减幅影响很小,仅为1%左右.当异重流厚度与障碍物高度相当时,异重流在环境水体中的最大作用高度值会增加近1倍,同等工况时,矩形断面下该值会比三角形断面下增大约20%.障碍物前、后和顶部3个特征断面处异重流能量和厚度达到最大值的时间不同步,厚度最大值的时刻比能量滞后1.5~2s.障碍物前、后特征断面处能量近似单峰分布,而顶部断面则为双峰分布.障碍物前断面最大厚度增大约20%,最大能量损失约40%.结果可为复杂地形水利环境下污染物的输移扩散、海底电缆保护、港池回淤等研究提供科学依据.     

线性层结环境和浸没式植被对斜坡异重流运动的影响

开展一系列开闸式斜坡异重流水槽实验,分析线性层结和均匀水体中斜坡异重流遭遇刚性植被群的发展和演变特性.采用彩色数码相机记录异重流发展过程,并利用粒子图像测速技术(PIV)获取局部流场结构.结果表明:对于有植被工况,异重流的头部速度可分为加速、减速、二次加速及二次减速4个阶段.各阶段之间的转变位置随层结度增大而前移,但受植被密度影响不明显.在层结环境中,受植被群影响,异重流会出现"首次分离-前进-二次分离"现象.植被群削弱异重流涡度场的发展,随植被密度增大,该差异愈加显著.层结水体和植被群均会抑制异重流涡度场的发展,其中层结水体的抑制作用更强.     

浸没及非浸没刚性短植被群对异重流运动特性的影响

利用一系列开闸式异重流水槽实验,研究不同刚性植被密度和高度的短植被群对异重流运动的影响.通过高速摄像机拍摄异重流的运动过程,利用粒子图像测速技术得到局部流场结构.结果表明:异重流在流经短植被群时,存在半椭圆形和三角形两类轮廓;运动过程分为坍塌阶段和自相似阶段,并且植被可以显著促进异重流从坍塌阶段向自相似阶段的转换,但对坍塌阶段的头部速度影响不显著.当无量纲植被高度(植被高度与水深比值)为0.21,植被密度为18.0%时,异重流会同时沿着植被上方及植被间运动,植被上方的异重流密度较植被内大,因此会产生瑞利-泰勒不稳定性.此外,异重流在植被区域流动的掺混系数随头部位置而递减,且较无植被情况小.在流入浸没式植被后,异重流会以植被顶部为新的"底部边界",形成负涡度带,但植被顶端的异重流仍与环境水体发生掺混形成正涡度带.植被会减缓异重流运动速度,进而降低正涡度带的强度,并且植被密度与正涡度的抑制程度成正相关.     

双重障碍物对开闸式异重流运动特性的影响

异重流现象广泛存在于自然环境和水利工程中。现实工况中，底床设置障碍物是抑制异重流侵袭的有效手段，因此研究障碍物对异重流运动特性的影响具有实际工程价值。采用开闸式异重流实验，对比不同障碍物间距及高度对异重流最大扩散高度、头部速度等方面的影响，从而得到双重障碍物最优工程布置方案；分析异重流在障碍物上下游区域的速度剖面及其越过障碍物时的涡度场；对比无障、单一障碍物、双重障碍物工况对异重流掺混系数的影响。结果表明，双重障碍物最优布置方案为第一障碍物高于第二障碍物，障碍物间距要尽可能大，但应保证异重流遇到第二障碍物之前未恢复典型头部形态；在双重障碍物上游区域，异重流速度剖面出现畸变，畸变范围大致与障碍物等高，主流速度衰减明显，在障碍物下游区域，完成形态重塑的异重流，其速度剖面均存在明显的壁面区和射流区；相对于无障和单一障碍物工况，流经双重障碍物的异重流厚度明显变小；越障前后，异重流掺混系数呈现“M”型分布，越过第二障碍物后异重流的掺混速率明显大于第一障碍物。结果可为防治异重流灾害及保证水利工程安全等领域提供参考。     

浸没式植被对异重流运动特性的影响

为研究异重流流经浸没式植被时的运动特性,以天然河道中的植被为原型,对植被环境中异重流的运动规律进行了试验研究,并采用异重流头部(最前缘)速度代表其运动速度.研究结果表明,异重流流经短植被群(长度30 cm、高度3 cm)时大部分异重流在植被顶部向前运动,流过植被后依然保持典型轮廓,呈现一个先加速、后匀速、然后迅速减速、最后缓慢线性减速的运动过程;流经长植被群(长度80 cm、高度6 cm)时大部分异重流被阻挡于植被后方,仅有少部分异重流流出植被后缓慢向前运动,呈现先加速、后匀速、然后迅速减速、最后缓慢运动的过程.异重流运动过程分为坍塌阶段和自相似阶段,植被的阻挡效应可以减小坍塌阶段向自相似阶段的转化点,并且转化点与植被阻挡效应呈负相关,但与异重流浓度关系不显著.异重流与环境水体掺混界面涡度值为正,与水平底床界面涡度值为负;当植被的阻挡效应较强时,异重流流出植被后掺混和卷吸作用较弱,且出流量与异重流浓度呈正相关.     

粗糙底床对持续入流式异重流掺混和湍流特性的影响

在自然环境和水利工程中,异重流现象广泛存在.现实工况中,大多数底床覆盖砾石及不同粒径大小的泥沙颗粒,可视为粗糙底床,因此研究异重流流过粗糙底床的动力学特性具有实际科学意义及工程应用价值.本文利用持续入流式异重流水槽试验,综合考虑底床粗糙度和异重流初始质量分数,分析异重流头部位置、头部速度、掺混系数等扩散特性,不同断面的...     

河口航道双丁坝影响下异重流运动特性

在河口地区，由密度梯度驱动而产生的异重流是影响航道内泥沙输移的重要因素之一。作为航道整治中常见的建筑物，丁坝群可以缓解航道的泥沙淤积问题、提高通航能力。为探究双丁坝对异重流运动特性的影响，运用粒子图像测速系统（PIV）开展了开闸式异重流实验，研究了在不同束窄系数情况下，航道异重流稳定阶段内的流场及湍流特性，并对比分析了异重流在两个丁坝位置特征断面处的单宽流量及总流量。结果表明，双丁坝改变了航道内的流场，异重流在经过束窄断面后会向第二个丁坝后部区域横向扩散，进而使得流速加大、高度降低；异重流在两个丁坝束窄断面的单宽流量近似相同，且与束窄系数无关；异重流在束窄断面的总流量与断面宽度成正比，在实际工程中可以通过适当调整丁坝长度来控制侵入航道的异重流总量。     

泥沙侵蚀经验式经验系数不确定性对异重流数学模型的影响

文章应用基于贝叶斯定理的Metropolis-Hastings随机采样方法,结合现有异重流泥沙侵蚀实验数据,获取了异重流侵蚀公式(见式1)中经验系数(如N_1、N_2、A_3)的大量样本(样本总数15万)。统计表明,当A3=4时,占总样本数95%的N_1N_2取值组合中,N_1和N_2最大值分别是拟合最优值(即概率最大的N_1N_2值)的2倍和3.5倍。将样本值输入经典的异重流层平均数学模型,模拟陡坡上异重流演化过程,统计发现,1)计算异重流厚度、速度、浓度区间范围随运动距离的增加逐渐增大;2)采用概率最大经验系数值可能低估异重流厚度、高估异重流速度和浓度。对比表明,模型计算结果对N_1N_2取值的敏感度要远大于对A3N2取值的敏感度。     

异重流水卷吸经验式不确定性对层平均数学模型的影响

基于贝叶斯定理的Gibbs随机采样方法,结合现有异重流水卷吸实验数据,探讨了异重流水卷吸经验式中经验系数E_1和E_2的不确定性,获取的E_1和E_2样本总数为2×10~5.统计发现,其中概率最大的(E_1,E_2)样本取值与原式取值相近.将样本值输入异重流层平均水沙耦合数学模型,模拟陡坡上异重流演化过程.结果表明:计算异重流厚度、速度、泥沙体积分数、底床形变区间范围随运动距离的增加逐渐增大;采用概率最大经验系数值可能低估异重流厚度和泥沙体积分数,高估异重流速度和底床形变;95%样本输入异重流模型所得计算水力参数范围远大于25%样本所得计算水力参数范围,意味着模型对(E_1,E_2)的取值十分敏感.     

钙离子体系中显式阵发振荡随机共振

采用介观的化学朗之万方程研究了内噪音对于钙离子阵发振荡行为的影响.模拟结果显示,体系的信噪比值在某一内噪音强度下,即某一细胞体积下达到最大.这一行为与随机共振现象相似,称之为显式阵发振荡随机共振.若采用相关时间度量阵发振荡的相关性,则阵发振荡的相关时间也会在某一细胞体积下达到最大.     

多孔介质控制整装式含能液体燃烧稳定性的研究

设计了整装式含能液体燃烧推进模拟实验装置,采用可燃性多孔介质填充于液体发射药燃烧室中,开展了整装式舍能液体燃烧推进试验研究.结果表明:多孔介质可以控制整装式含能液体的燃烧稳定性,但与液体发射药的装填密度有关.当液体发射药的装填密度约0.52 g/cm3时,燃烧过程稳定,p-t曲线光滑;当液体发射药的装填密度大干O.58 g/cm'时,可观察到明显的压力振荡现象,且装填密度越大,压力振荡越强.     

基于贝叶斯定理的异重流泥沙侵蚀经验式不确定性分析

异重流发生在水下环境,针对其泥沙侵蚀的准确实验数据获取较为困难,使得异重流泥沙侵蚀经验式不易得到高质量的验证和率定.本文应用基于贝叶斯定理的蒙特卡罗方法,结合现有连续入流式异重流实验数据,对异重流泥沙侵蚀经验式的经验系数(式(3)中A_3、N_1和N_2)进行概率统计研究.在不同A_3取值情况下,对N_1和N_2进行了采样和频次统计,有结论:1)当系数A_3=4～7时,均存在概率最大N_1-N_2组合(在N_1-N_2平面上,以该组N_1-N_2值为圆心,0. 3为半径的圆内,样本频次最高),使得泥沙侵蚀计算值和实测值拟合较好(相关系数达到0. 25～0. 28;原E_s93的相关系数仅为0. 19); 2)当A_3由小变大时,占总样本数25%、50%、75%、95%的N_1-N_2样本区间范围先变小、后变大;在A_3=4时,上述区间范围最小.这意味着,若实测数据增加或存在误差时,应用A_3=4和其对应的概率最大N_1-N_2值的经验式不确定性相对较小.     

平行板微管道间Jeffreys流体的周期电渗流动研究

运用分离变量法求解了平行板微管道中线性粘弹性流体的周期电渗流动.解析求解了线性化的Poisson-Boltzmann方程,柯西动量方程和Jeffreys本构方程.通过数值计算,分析了各参数对速度剖面的影响.固定振荡雷诺数Re,当松弛时间λ1ω增大时,流体在外加电场下变得更加快速.同样,对于给定的滞后时间λ2ω,较高的振荡雷诺数Re将会导致EOF速度剖面的剧烈振荡,同时EOF速度剖面的振幅显著减小,在距离EDL远的地方,EOF速度几乎趋近于零.此外,随时间变化的速度剖面给出了对这种流动特性的进一步认识.     

单元划分和时间步长对瞬态温度振荡的影响

分析了FEM求解温度场过程中产生温度振荡的现象和原因,讨论了不同单元划分方法和时间步长对瞬态温度振荡的影响,提出了逐层单元细分法和S型变步长计算模型.结果表明:逐层网格细分法不仅能够抑制振荡发生,满足计算精度,而且能够极大地缩短计算时间;S型变步长方法与定步长方法相比,在有效抑制振荡并保证计算精度的前提下,若其他计算条件相同,S型变步长方法计算时间缩短了十几倍.研究结果对提高计算精度和加快计算速度具有重要的理论和实际意义.     

基于动量因子优化学习率的BP神经网络PID参数整定算法

针对传统BP神经网络学习过程中学习率选取过大导致振荡的问题, 提出一种新的BP神经网络PID(比例-积分-微分)参数自适应整定算法. 采用BP神经网络对PID参数进行自适应调节和优化, 并利用动量因子优化学习率和增加动量项抑制BP神经网络训练中出现的振荡现象, 以加快收敛速度. 实验结果表明, 该算法有效缓解了振荡现象, 加快了算法的收敛速度.     

基于动量因子优化学习率的BP神经网络PID参数整定算法

针对传统BP神经网络学习过程中学习率选取过大导致振荡的问题, 提出一种新的BP神经网络PID(比例-积分-微分)参数自适应整定算法. 采用BP神经网络对PID参数进行自适应调节和优化, 并利用动量因子优化学习率和增加动量项抑制BP神经网络训练中出现的振荡现象, 以加快收敛速度. 实验结果表明, 该算法有效缓解了振荡现象, 加快了算法的收敛速度.     

电导率正弦时变媒质中电磁波传播特性的有限差分法研究(英文)

从时变媒质中的麦克斯韦方程出发,首先推导出线性、均匀、各向同性的时变媒质中电场和磁场波动方程的一般表达式,然后应用有限差分法,推导出一般情况下电场的时间推进计算公式,计算得到了一种电导率随时间正弦变化:σ(t)=a1+a2sin2πf s t的电场数值解.结果表明,在该电导率时变媒质中传播的电磁波的电场有明显的衰减现象;当电导率的振荡频率等于电磁波的初始频率时,系数a1的增加将导致电场幅度的衰减加快,而系数a2的增加对电场幅度的衰减速度几乎没有明显的影响;当系数a1和a2不变且电导率的振荡频率为10n倍的电磁波的初始频率时,电场衰减速度与电导率的振荡频率呈现非线性的关系,计算结果表明:当电导率的振荡频率f s=2.45×108GHz即10-1倍的电磁波的初始频率时,电场的衰减最快.另外,电场衰减过程中频率没有改变,故在此电导率正弦时变媒质中传播的电磁波不存在"频移现象".     

功率放大机的临界速度

功率放大机的速度超过一定的限度时,输出电流将有振荡的分量;如果不能迅速衰减,则失真的现象将使功率放大机归于无用.作者在本文中采用基本的运算方程式,来决定这个临界速度的近似值.     

恒星核反应扩散系统中的涨落

研究了重力 温度梯度效应影响下的恒星核反应扩散系统中的涨落,分析了在核反应进行过程中与粒子数密度相关的振荡现象.分析得出:恒星内部存在粒子数密度的振荡现象和一系列涨落波在空间传播,重力 温度梯度效应是驱动振荡的主要原因,这类振荡可以引起恒星核能的产生出现周期性的时间变化.对p—p反应动力学模型的具体分析表明,由于3He的振荡性质,8B和7Be中微子流的产生将随时间变化.