一种单相机三维体视PIV技术及其应用

三维体视粒子图像测速(Volumetric PIV)是获得空间体内三维速度场的激光测速技术.本文详细介绍了一种单相机三维流场测速新方法,其原理是在相机与被测流场之间加装一个三棱面特效透镜,光线通过该透镜三个棱面的折射能实现多相机不同视角成像的效果,经过三维粒子的重构,进而实现三维体视PIV的测量.论文对三维空间标靶标定、标定函数的自修正和三维粒子重构进行了误差分析.在零质量射流涡环测量方面的应用表明,该方法能够获得零质量射流涡环三维流动结构的时序结果,且具有较高的测量精度,体相关分析经过两次迭代后速度矢量的辨识率能达到95%左右.涡结构的辨识分别采用了ci与涡量判据,通过比较可以看出ci判据能有效的消除射流剪切流动的影响,对旋涡结构的辨识明显优于涡量判据.     

基于纳米粒子的超声速流动成像

由于超声速流动受到可压缩性、激波、不稳定性以及湍流等因素的影响, 现有流动显示与成像技术在流场结构的高时空分辨率和高信噪比测量中存在一定的问题. 为此, 本文提出了基于纳米粒子的平面激光散射技术（NPLS）, 该技术以纳米粒子作为示踪粒子, 以脉冲平面激光作为光源, 通过CCD记录流场中的粒子图像实现超声速流动的高分辨率成像. 根据多相流体动力学理论和斜激波校准实验研究了纳米粒子在超声速流动中的跟随性问题. 根据光散射理论深入分析了影响纳米粒子散射光强的各种因素. 理论和实验研究结果表明, 纳米粒子的动力学行为和光散射特性大大提高了NPLS技术的时空分辨率和信噪比, 能够再现激波、膨胀波、马赫盘、边界层、滑移线和混合层共存的精细流场结构.     

高焓流动中电子密度的静电探针测试技术研究

高焓激波风洞能够产生模拟高马赫数飞行条件的气流总温,是研究高温气体效应以及通讯中断问题的有效地面试验设备.本文在JF-10高焓激波风洞总焓16 MJ/kg、总温7900 K的高超声速试验气流状态下,采用能够获得足够空间分辨率且不影响流场结构的针状探针,发展了静电探针测试技术并对10°尖劈模型流场进行了电子密度测量.试验结果表明:研制的探针能够获得模型流场空间电子密度分布规律且具有较好的测量重复性;恒定偏压方法能够获得耦合流场参数的无量纲电子密度,而发展的新型高频扫描电路能有效降低扫描电路中的干扰噪音,提高测量的精度,获得定量电子密度值.     

基于像素偏振片阵列的实时动态相位测量技术

基于像素偏振片阵列的实时相移干涉计量技术可以实现实时相位测量,并降低干涉计量实验中的防振要求.本文采用电子束曝光技术制备了单元间距为7.4?m,像素数为320×240的基于铝纳米光栅的像素偏振片阵列.铝纳米光栅周期为140 nm,每相邻2×2单元的透偏振方向分别为0°,45°,90°,和135°.将像素偏振片阵列集成到感光元件上,并将其应用于实时相移干涉计量.采用线性插值的方法由采集的单帧图像获得4幅不同相移量时的干涉条纹图,从而解得物光波的位相信息.采用上述装置成功测量了由温度变化引起的相位动态变化,证实了该方法在实时动态相位测量应用的可行性.     

基于SPIV的船体附着冰对尾流场影响试验研究

以76000DWT 1B级冰区加强型巴拿马散货船的缩比模型为研究对象,应用粒子图像测速(particle image velocimetry,PIV)技术对船舶的敞水标称伴流场进行了测量,测量结果精细地展现了舭涡、螺旋桨毂帽涡以及"钩状"速度等值线结构,其流场特性与KVLCC,JBC等U型尾肥大型船舶尾流场特性符合.最后,应用SPIV(2D-3C PIV)测量系统对船体具有模型冰附着条件下进行了尾部标称伴流场测量,并对轴向速度分布,速度矢量分布、旋转强度、涡量以及流线等进行了分析.结果表明:冰载荷的附着使船舶尾部区域产生相当于附着冰厚度的"虚拟厚度","虚拟厚度"的存在破坏了原有的优秀线型设计,使船舶表现为整体宽V型的非最优尾部.船底及舷侧附着冰的存在,导致裸船体航行时产生的尾部伴流场受到干扰,船壳附近湍流边界层结构被破坏,模型冰的非流线型外形使得冰后产生复杂涡系,多涡系相互干扰导致产生混乱的涡结构.     

相转移法制备γ'-Fe4N纳米粒子的合成过程及生长机制

采用化学气相法合成了Fe/N多相纳米粒子, 揭示了合成参数对产物性质的影响，确定了最佳的合成工艺路线. 对生成的粒子进行第2次氮化，实现了纳米粒子的相转移，获得了均匀单相的γ'-Fe₄N纳米粒子. 分析了粒子的成核与生长机制，对相转移过程给出了合理解释. 此外，初步表征了相转变前后纳米粒子的形貌、粒径、物相、成分及磁学特性.     

细水雾作用下固体池火熄灭时间的实验研究

利用三维激光粒子动态分析仪测量距离细水雾喷嘴不同位置的雾场特性(雾滴速度、雾滴粒径), 选择东北红松和PMMA作为固体燃料研究了细水雾与固体池火的相互作用过程, 重点考察燃料特性、细水雾施加流量以及喷嘴距离燃料试样表面的高度对熄灭时间的影响. 结果表明, 随着细水雾流量的增加, 灭火时间均下降, 在同一个流量条件下PMMA的灭火时间比松木长. 在小流量的情况下, 喷嘴离燃烧试样表面越远, 灭火时间越短. 固体池火的熄灭主要由于燃料表面的冷却.     

低浓度固液两相流理论分析与管流数值计算

从固液两相流的动理论出发,建立了模拟水平方管固液两相流动的数学模型,并与LDV测量结果进行了比较. 模型能够正确地预测实验中观察到的两种浓度分布类型,并给出了颗粒相脉动能沿垂向不同类型的分布. 在管流主流区,计算预测的颗粒平均速度小于液相速度,在边壁附近大于液相速度. 同时,对颗粒浓度、平均速度等流动属性的垂向分布机理进行了分析,从动理论的观点揭示了浓度不同分布类型的形成机理不仅与颗粒在流场中的升力有关,还与颗粒脉动能的分布有关.     

两层流体热毛细对流空间实验研究

1999年, 在我国实践5号卫星上完成了两层流体空间实验, 实验研究两层不相混合流体的纯Marangoni对流(温度梯度与界面垂直)与热毛细对流(温度梯度方向与流体界面平行). 前者存在发生Marangoni对流的最小临界温差值ΔT_c, 低于该值流体系统处于静止状态；后者中只要存在沿界面的温度梯度便会产生热毛细对流. 空间实验采用石蜡和氟化液两层流体新体系, 实现了平整的液-液交界面, 并从卫星上传回上万幅数字图像. 通过多幅图像叠加处理得到了定量的流速场. 数值模拟计算分析了相应工况时对流流动的速度场, 两者的流场结构和速度大小基本一致, 实验验证了理论模型.     

高定向石墨表面一维金纳米粒子链

利用真空沉积方法在高定向石墨(HOPG)基底上直接制备了粒径分布较小的金纳米粒子.超高真空扫描隧道显微镜(STM)研究发现,在74℃退火后,金纳米粒子在HOPG基底上形成了排列均匀的准一维纳米粒子链.与以往研究不同之处在于,金纳米粒子链并非沿基底台阶排列.其中一些金纳米粒子能够穿越基底表面的单原子台阶;另外金纳米粒子链的取向决定于金纳米粒子的尺寸.这一发现为制备由金粒子组成的有序纳米结构开辟了探索途径.     

以ICCD为传感器的温度场实时检测——Ⅰ.温度场分区处理的原则及方法

采用ICCD作为传感器,用比色法检测温度场,可以快速获得全面信息,达到实时检测及控制的目的.然而由于ICCD的响应动态范围有限,测温范围受到限制.提出采用几个不同的曝光时间连续分区测量温度场的方法,以扩大检测温度范围.首先介绍ICCD双色热图象温度场实时检测原理,然后着重从理论上讨论分区测温原则和方法,并用实验方法进行核对,证明理论与实验结果相符.     

填料粒径对各向同性导电胶渗滤阈值的影响

采用反向微乳液法，通过调节微乳液体系中表面活性剂十六烷基三甲基溴化氨（CTAB）的浓度，制备了粒径范围在10～200nm的Ag纳米粒子．XRD和TEM对不同粒径的纳米粒子进行表征．以这些不同粒径的Ag纳米粒子作为各向同性导电胶的导电填料，发现对于不同粒径的Ag粒子填料，导电胶电阻率的阈值填充量是不同的．当填料粒径为50nm时，导电胶出现的最小阈值填充量为63wt％，理论计算结果与这一实验结果符合得很好．     

基于一元线性回归由风速传感器测量值推导巷道平均风速

通过试验数据建立了风速传感器的测量值与平均风速之间的一元线性回归方程，并对拟合效果进行了评价。对参数的判断表明该方程是有效的，可以近似地把风速传感器的测量值转换成平均风速值，并在相同的巷道长度、相同的风流速度、不同断面下用Comsol模拟了风速流场分布情况。     

一类新的置乱变换及其在图像信息隐蔽中的应用

研究了两种非线性变换,即高维Arnold 变换和高维Fibonacci-Q变换;分析了变换的周期性,给出了高维变换具有周期性的充分必要条件;针对数字图像的灰度空间,讨论了两种变换的置乱作用.结果表明:在图像信息隐蔽存储与传输中,这类图像变换是有应用价值的.     

相转移法制备γ’-Fe_4N纳米粒子的合成过程及生长机制

采用化学气相法合成了Fe/N多相纳米粒子,揭示了合成参数对产物性质的影响,确定了最佳的合成工艺路线.对生成的粒子进行第2次氮化,实现了纳米粒子的相转移,获得了均匀单相的γ-Fe4N纳米粒子.分析了粒子的成核与生长机制,对相转移过程给出了合理解释.此外,初步表征了相转变前后纳米粒子的形貌、粒径、物相、成分及磁学特性.     

基于改进万有引力搜索算法的无人机航路规划

无人机航路规划是根据任务目标规划出某种性能指标最优的飞行航路的全局优化问题.本文将改进后的万有引力搜索算法用于求解航路规划问题,在万有引力搜索算法的速度更新部分引入粒子群算法中的记忆和群体信息交流功能,改善了最优解的质量;然后提出了基于权值的粒子惯性质量更新公式,以加快全局搜索的收敛速度;后运用优胜劣汰的选择操作规则,对粒子的位置进行更新,使种群始终朝着最优解的方向进化.通过与其他仿生智能计算方法的仿真实验对比,验证了本文所提算法可在复杂作战环境下实时有效规划出无人机的最优航路.     

前言

<正>实验力学将力学与光、电、声、磁、热、射线、图像和信息等多学科和技术进行交叉,研究与力学基础和工程应用相关的测量方法、技术、设备等,既具有力学研究的基础性特点,又具有与工程结合的技术性、应用性特点.作为一门工程技术科学,实验力学是力学学科最早形成的学科分支之一,也是力学学科中理论、实验和计算三个基本组成部分之一.实验力学一方面与力学学科的发展密切相关,另一方面依托物理、微电子、数字图像、计算机等诸学科的知识,并与各学科的最新技术紧密结合,不断发展新的测量方法和测量技术,对力学学科体系的形成和发展起到了重要的推动作用.对于当前日益复     

天然雪的风洞实验研究

风洞实验通常采用的人造雪并不能完全真实有效的反映出自然界中风吹雪的运动规律.本文将雪层结构没有受到干扰的两种雪样（新雪和老雪）置于风洞内进行实验.结果表明：新雪的起动风速小于老雪;两种雪样的输雪量随着高度的增加均以指数的形式递减;单宽输雪率随风速的增大以指数形式递增.利用粒子图像测速系统（PIV）对两种地形下（平坦床面和路基）风吹雪中雪粒的速度进行测量,结果表明：在测量区域内雪粒速度在平坦床面时呈高斯分布函数,在路基表面和背风坡也满足这一分布函数;迎风坡处雪粒的速度分布与高斯分布函数的相关性较差.对近床面的雪粒速度统计结果表明不同风速下雪粒的冲击速度和起跳速度均服从高斯分布函数.     

高定向石墨表面一维金纳米粒子链

利用真空沉积方法在高定向石墨(HOPG)基底上直接制备了粒径分布较小的金纳米粒子. 超高真空扫描隧道显微镜(STM)研究发现，在74℃退火后，金纳米粒子在HOPG基底上形成了排列均匀的准一维纳米粒子链. 与以往研究不同之处在于，金纳米粒子链并非沿基底台阶排列. 其中一些金纳米粒子能够穿越基底表面的单原子台阶；另外金纳米粒子链的取向决定于金纳米粒子的尺寸. 这一发现为制备由金粒子组成的有序纳米结构开辟了探索途径.     

新型进料喷嘴雾化性能数值模拟及冷态实验研究

为了改善喷嘴的雾化效果和研究其喷雾过程，对干气雾化进料喷嘴的雾化粒度及均匀性进行了数值仿真和冷态实验研究。利用相位多普勒粒子分析仪，在不同流量下，对喷雾场内不同点的算术平均直径、面积平均直径、体积平均直径、索太尔平均直径以及粒子速度在空间内的分布进行了测量。采用计算流体力学（CFD）方法对冷态喷雾流场进行了数值仿真。通过实验研究和理论计算两种手段，初步探讨了喷嘴的雾化性能的优劣。经过对比分析，实验研究实验结果与数值模拟结果基本一致。结果表明，实验研究和数值仿真的结果均可为喷嘴的设计和优化提供一定依据和参考。同时，本文简述了进料喷嘴的结构和采用的关键技术、冷态试验装置、测量设备和应用前景。