基于大涡模拟的湍流非预混燃烧混合分数概率密度函数

混合分数概率密度函数(probability density function,PDF)反映了湍流对燃料和氧化剂混合过程的影响,在湍流非预混燃烧的理论研究和数值模拟中有非常重要的作用。该文基于大涡模拟(large eddy simulation,LES)对非预混火焰中的混合分数PDF进行了研究。利用LES预测的SandiaFlame D的速度和温度的均值和均方根分布与实验结果符合很好,瞬态温度场显示了合理的湍流火焰形态。混合分数PDF在反应区为钟形分布,在贫燃侧和富燃侧为钟形分布或单调形分布,取决于当地流场状态。对简化PDF模型的研究表明:β函数模型对钟形PDF和单调形PDF的预测效果都很好;截尾Gauss函数模型只能较好地预测钟形分布PDF;多点δ函数模型的预测能力与截尾Gauss函数模型的预测能力类似;双δ函数模型的预测结果偏差较大。     

不同化学热力学建表参数对火焰面模型精度的影响研究

火焰面模型通过对燃烧过程的降维可以大幅减少求解燃烧场中化学反应所需的计算量.基于一维层流对撞火焰的数值解,构建了层流稳态火焰面模型(SFM)的化学热力学数据表并用于射流火焰的数值模拟.对所得到的火焰面数据表,分别采用基于混合分数和标量耗散率(Z,χZ)以及预混火焰面生成流形(FGM)方法中的混合分数和反应进度变量(Z,Yc)两种参数形式进行查表.通过火焰面坐标变换的方法,分析平面火焰中的流形特征,研究使用不同参数形式查询火焰面数据库对所得到的模拟结果的影响.两种查表方式得到的解与采用计算化学反应源项输运方程的直接数值求解方法(DNS)得到的解的对比结果表明,使用(Z,Yc)查表参数形式得到的解相比直接采用(Z,χZ)查表参数形式得到的解,更接近于DNS方法得到的解.     

CH4/H2高温稀释伴流射流湍流燃烧的数值模拟

采用标量联合PDF(probability density function)方法结合修正的k-ε湍流模型、EMST小尺度混合模型以及GRI3.0化学反应机理对甲烷-氢气混合燃料(体积比为1∶1)高温伴流射流JHC(jet in hot coflow)火焰进行数值模拟.比较分析了高温伴流中氧气质量分数分别为3%,6%和9%时的3种不同的MILD(moderate and intense low oxygen dilution)燃烧火焰,3种火焰的计算结果与实验值符合得较好.     

基于量化水印滤波攻击的最大似然估计

该文提出一种在基于量化水印检测前对滤波攻击进行估计的算法.建立了受攻击信号的概率密度函数(PDF)模型,并进行了数值模拟.数值模拟结果和理论PDF模型非常接近,表明该模型用于滤波攻击的估计是可行的.基于这个模型提出用最大似然方法估计双通道滤波器组攻击中幅值比例因子.实验结果表明估计并校正此类攻击可以显著地降低水印解码错误率.     

湍流浸没射流反应区结构的数值计算

介绍HC1气体以湍流浸没喷入NH_3水溶液容器内而发生化学反应的反应区结构的数值计算。通过化学平衡的计算,求得以混合分数为基础的状态关系;采用局部均相流动模型(LHF)、κ-ε-g湍流模型、截尾正态分布模型和法夫雷(Favre)均化的榆运方程组,得到反应区内空隙率、温度、气体穿透距离和各组分的浓度等参数值。     

不同混合物浓度梯度下三重火焰的直接数值模拟

针对三重火焰,采用详细反应机理进行直接数值模拟(DNS),计算其入流宽度.在保证混合物入口当量比范围保持不变的情况下,计算了入流宽度分别为5、10、15、20、25和30 mm等6种状态下的羟基(—OH)质量分数、流场速度、放热率、燃烧速度和温度的分布.研究结果表明:随着入流宽度的增加,即混合物浓度梯度的减小,三重火焰厚度逐渐增加,且预混火焰分支变长.同时,三重点和预混分支处—OH质量分数逐渐增大,而扩散火焰分支处—OH质量分数逐渐减小.由于入口混合物当量比的范围保持不变,导致预混火焰厚度几乎不随入流宽度发生改变,且三重点处火焰速度在混合物浓度梯度为0.0511～0.2950 mm-1时存在一个极大值.     

基于泡沫尺寸PDF模型的铜粗选过程加药量预测控制

基于泡沫浮选是一个极其复杂的物理化学过程,难以建立有效的机理模型,其加药量自动控制因没有直接评价参考而难以实现,目前仍以人工通过观察泡沫状况进行控制,药剂消耗大且浮选工况不稳定,为了优化浮选药剂添加量,稳定浮选状态,实现加药量优化控制,提出一种基于泡沫尺寸概率密度函数(PDF)的加药量预测控制方法。通过建立泡沫尺寸PDF模型,以浮选泡沫尺寸分布为控制目标,利用广义预测控制算法逼近目标泡沫尺寸PDF以实现加药量控制。研究结果表明:利用广义预测控制算法可以很好地跟踪泡沫尺寸概率密度函数,实现加药量自动控制。     

基于二维激光诱导炽光法的棉籽油扩散火焰碳烟生成特性

搭建了一套二维激光诱导炽光测试系统,获得乙烯扩散火焰的碳烟体积分数,并将其与单点标定激光诱导炽光法和消光法得到的测试结果比对,验证了该测试系统的有效性.在一台液体燃烧器上,应用二维激光诱导炽光法研究棉籽油掺混比对柴油层流扩散火焰碳烟生成的影响.结果表明:随掺混比的增加,最大碳烟体积分数以及碳烟总量呈现降低趋势.在轴心方向上随火焰高度的增加,碳烟体积分数逐渐增加,在中部达到最大值,随火焰高度的进一步增加,碳烟体积分数开始降低.径向上的碳烟浓度峰值随火焰高度的上升由火焰外侧向火焰中心移动,且峰值先增加后降低.      

水蒸气对合成气层流火焰传播特性的影响

选用Davis-机理模拟研究初始温度400 K时,含有水蒸气的合成气/空气预混层流火焰传播特性.结合敏感性分析,从热力学效应、直接化学反应效应及化学三体反应效应方面详细分析水蒸气稀释作用.研究结果表明:当燃料中氢气的体积分数大于25%时,层流火焰传播速度、绝热火焰温度及重要自由基摩尔分数均随稀释剂比例的增加显著降低;在水蒸气整体稀释作用中,热力学效应起支配作用;随氢气体积分数的增加,当混合物当量比较小时,直接化学反应效应影响从促进作用发展为抑制作用;当稀释剂较少时,化学三体反应效应影响存在显著的抑制—促进—抑制作用的变化过程.     

湍流射流火焰的PDF模拟及误差分析

将有限容积法和MonteCarlo法结合起来求解概率密度函数 (PDF)方程的混合算法 ,是湍流燃烧数值模拟的PDF方法中目前最先进的算法 .论文将此算法发展到无结构网格中 ,并以湍流射流火焰为算例 ,将数值模拟的结果和实验数据作了比较 .文中分析了该混合算法数值误差的来源 ,指出影响误差大小的参数 ,并通过数值实验研究了统计偏差受样本数目影响的规律     

CH4/O2/CO2层流预混火焰传播速度实验研究

采用本生灯法,测量了CH4/O2/CO2混合气在不同工况下的层流预混火焰传播速度.采用基于火焰图像的全面积法计算本生灯火焰的传播速度.主要研究了化学当量比(08~12)、氧气体积分数(25%~35%)和稀释剂种类(N2,CO2)对火焰传播速度的影响规律.结果表明:当化学当量比为1时火焰传播的速度达到最大值,在其两侧火焰传播速度逐渐下降;火焰传播速度随着氧气体积分数的增加而增加,且火焰传播速度与氧气体积分数呈二次函数关系;与N2相比,高浓度CO2降低了火焰传播速度,CH4在O2/CO2气氛下的火焰传播速度约为O2/N2气氛下的五分之一.     

LES和DES在流体动力噪声预报中的适用性分析

分别以静止机翼、螺旋桨和存在动静相互作用的混流泵为研究对象,采用大涡模拟(LES)和分离涡模拟(DES)计算其脉动流场,并预报对应的流动动力噪声.计算结果表明:当预报静止固体壁面对应宽带噪声时,LES精度要高于DES,且LES对应噪声结果与试验值基本一致;螺旋桨作为运动固体边界,基于DES所预报的螺旋桨负载噪声精度与LES相当;混流泵由于存在动静相互作用,使得DES对应的泵总噪声预报结果在中低频段与LES符合较好,但高频差别较大;此外,在泵进口截面叶轮引起的线谱噪声是总噪声的主要贡献者.     

二维直方图的HEVC帧内快速深度决策算法

针对高效率视频编码(HEVC)帧内预测高额的计算复杂度,提出一种基于二维直方图的快速深度决策算法.首先,对当前最大编码单元(LCU)采用3×3矩阵进行滤波;然后,分别统计原始LCU以及滤波后LCU的像素分布,生成二维灰度直方图.通过该二维直方图所表征的纹理特征,进行深度的自适应选择,减少不必要的深度计算.实验结果表明:同原始HM10.1相比,文中提出的算法可以节省编码时间21.6%,同时保证视频质量几乎不变.     

气液两相段塞流的PSD和PDF特征分析

在气液两相段塞流理论基础上,通过大量实验,利用LabVIEW平台进行数据采集和处理,并引进数字信号理论和统计学分析方法,得出了段塞流在不同时期、不同形态的概率密度函数(PDF)特征和功率谱密度函数(PSD)特征.段塞流的压力概率密度函数呈现单峰、双峰、多峰分布,尤以双峰分布最为普遍;段塞流的压差概率密度函数分布符合正态分布,呈现单峰分布;段塞流的功率谱在整个频率范围内随着频率增大而缓慢下降,频率范围内出现两个幅度比较明显的特征峰.利用PSD和PDF特征分析可以进行气液两相流的流型识别,为研究流型和管道系统设计提供帮助.     

冲压增程炮弹补燃室内铝镁推进剂燃烧流场数值模拟

为研究镁对补燃室内燃烧的影响,利用概率密度函数模型和颗粒轨道模型,对冲压增程炮弹补燃室铝镁推进剂的二次燃烧流场进行了三维数值模拟。铝颗粒的燃烧采用蒸发扩散模型进行控制,湍流模型采用标准k-ε两方程模型。考虑镁质量分数、铝颗粒直径的影响,得出了产物组成、温度等发动机参数的变化趋势。结果表明:冲压增程炮弹补燃室头部有两处扩散火焰峰面,然后在补燃室中部混合成为一个火焰;随着镁质量分数由0%增加到15%,铝颗粒的燃烧效率由15%提高至35%;在镁质量分数相同的情况下,随着铝颗粒直径的增大,铝颗粒的燃烧效率减小。     

激波与火焰相互作用的化学动力学模拟

利用改进的Van Leer格式,通过求解带化学反应的Euler方程,对CH4/O2/N2混合气中激波与火焰相互作用过程进行了二维数值模拟,其中使用了CH4/O2/N2的化学动力学反应机理描述化学反应过程.计算结果与实验结果进行了比较,定性上符合得较好.讨论了不同激波Mach数和不同初始组分对激波导致火焰失稳的影响,结果表明激波Mach数的增加或初始混合气中CH4和O2的增加会促进火焰的变形、膨胀、乃至爆轰.从化学反应速率的角度揭示高反应活性的混合气能够加速反应体系的反应速率,促使火焰在变形的同时,加快燃烧过程并向爆轰状态转变.     

N2和CO2稀释对CH4/O2扩散火焰反应区和结构特性的影响

利用紫外成像系统获得了CH_4/O_2同轴射流扩散火焰的OH*二维辐射分布,并对其进行了Abel逆变换处理。基于OH~*分布特性的变化,重点探究了氧化剂中N_2和CO_2体积分数对火焰反应区和结构特性的影响,并进一步比较了两种稀释火焰反应区和结构特性的区别。结果表明:随稀释剂体积分数增加,火焰更加细长。在稀释剂体积分数相同的条件下,CO2稀释时火焰具有更为狭窄的火焰锋面,且OH*辐射强度显著低于N_2稀释火焰。稀释剂体积分数的增加使OH~*的生成机理发生改变,从而导致火焰的核心反应区发生位移。火焰反应区的轴向高度随稀释剂体积分数的增加呈先增大后减小的变化趋势。与N_2稀释火焰相比,反应机理转变对CO_2稀释火焰反应区轴向高度的影响更大。     

一种改进的隐马尔可夫模型训练算法

将类关联特征(class-dependent feature,CDF)用于隐马尔可夫模型(hidden Markov model,HMM)的建模,提出了一种新的HMM训练算法,与传统的HMM训练算法在理论上完全一致,但新算法避免了直接估计高维的状态输出概率密度函数(probability density function,PDF),可提高模型参数的估计精度.     

大涡模拟在噪声计算中的应用

以潜艇模型SUBOFF为研究对象,采用大涡模拟(LES)方法求解了流动的非定常解.通过与试验值、以及采用RNGk-ε湍流模型得到的定常结果的比较,验证了LES方法的有效性.将LES方法运用于流动噪声的数值计算,探讨了时间步长对计算结果的影响,在定性研究的基础上获得了一些流动噪声的基本性质.     

基于分数维与灰度梯度共生矩阵的气象云图识别(工)--分数维对纹理复杂度和粗糙度的描述

气象卫星云图的识别主要集中在图像纹理分析上,图像纹理除了包括灰度信息外,还包含了结构信息.应用70年代由曼德尔勃罗特(Mandelbrot)提出的分数维的概念,对图像纹理进行的分析表明,分数维是图像纹理的复杂度与粗糙度的变量.作者将Sarkar和Chudhuri的分数维计算方法应用于纹理分形特征的计算,取得了较好的效果.