三维水声传播建模及并行算法研究

宽带声传播、匹配场定位、水下环境仿真等技术的发展对水声传播提出了越来越高的要求,如何开发快速准确并与实际海洋环境条件相吻合的三维声传播模型,并充分利用现代计算机技术实现声传播的快速计算已成为水声技术的一个重要研究方向。基于波束位移射线简正波(BDRM)理论,将射线-简正波方法和简正波-抛物方程方法结合起来,建立三维射线-简正波-抛物方程模型,同时为满足三维声场计算的时间需求,设计了射线-简正波-抛物方程模型并行算法,在高性能集群系统上的测试分析结果表明,设计的并行算法具有较高的并行计算效率。     

同步辐射光电离研究甲烷-氢气-氧气低压层流预混火焰

利用同步辐射真空紫外单光子电离,结合分子束取样质谱技术,对掺氢比为0%,20%,40%,60%和80%的甲烷-氢气-氧气-氩气低压层流预混火焰进行了实验研究.通过测量光电离质谱和光电离效率谱曲线,探测了甲烷-氢气-氧气-氩气火焰的中间物,得到了不同掺氢比甲烷-氢气-氧气-氩气火焰的主要产物H2,CH4,CO,CO2,O2和H2O的摩尔分数分布曲线,以及火焰中间产物CH3(甲基),C2H2(乙炔),CH2O(甲醛),CH3OH(甲醇),C2H4(乙烯)和C2H2O(乙烯酮)的摩尔分数分布曲线,分析了掺氢对火焰主要产物和中间产物摩尔分数的影响.实验结果表明,甲烷掺氢燃烧可以降低燃烧产物中CO,CO2和CH4摩尔分数.掺氢后实验测得的火焰中间产物摩尔分数均大幅降低,由于掺氢后火焰中H和OH摩尔分数增加,氢的强扩散性和活性增大了火焰化学反应速率,且掺氢后混合燃料H/C比值增加,使火焰C基中间产物摩尔分数降低,有助于降低不完全燃烧产物摩尔分数.     

基于预积分体渲染技术的水下三维声场体可视化

海洋水声环境对海军作战具有重要影响。三维可视化技术能够更直观、有效地刻画和描述海洋水声环境,提高作战指挥人员对环境效应的理解和应用。该技术应用OpenGL的多纹理技术,采用预积分体渲染方法对舰艇水下三维声场进行体可视化表达。在对可视化效果的讨论中发现,采用预积分纹理映射方法在不增加切片数量、不增加绘制时间情况下,提高了图形质量,较好的解决了传统切片纹理映射方法的缺点,使指挥人员能够更加清楚地得到此时舰艇水下声传播规律,声场结构,为其制定战术决策提供可靠的技术支持。     

正庚烷+丙烷/氧气/氮气低压预混层流燃烧

利用同步辐射真空紫外光电离质谱和分子束取样技术, 研究了正庚烷掺混丙烷/氧气/氮气(掺混比为0, 0.1和0.2)的低压预混层流燃烧. 分析了正庚烷/氧气/氮气与正庚烷+丙烷/氧气/氮气火焰中的燃烧中间物, 比较了不同掺混比下燃烧产物及主要燃烧中间物的摩尔分数曲线, 为研究正庚烷及正庚烷掺混丙烷在发动机上的燃烧, 以及相应燃烧化学反应动力学模型的建立提供了实验数据.     

燃烧反应动力学研究进展与展望

燃烧为当今世界提供了超过4/5的能源供应,在能源、交通、国防、工业等核心领域发挥着不可替代的作用.由于化学反应在燃烧中具有举足轻重的作用,因此燃烧反应动力学研究,特别是燃烧反应动力学模型的发展,可以帮助我们更好地认识燃烧现象、控制燃烧特性、掌握高效清洁燃烧技术.近年来以同步辐射真空紫外光电离质谱技术为代表的先进诊断技术在微观燃烧结构诊断中的应用和理论计算方法的发展极大地提高了燃烧反应动力学模型的精确性和适用性,促进了燃烧反应动力学科的飞速进步.本文综述该学科近期在理论计算、实验探测和模型发展方面的研究进展,并展望未来亟需开展或深入探索的研究方向.     

基于三维纹理的水下三维声场直接体可视化

声波是潜艇进行水下目标探测的最有效手段,因而在潜艇水下作战环境三维可视化研究中,水面舰船和水下潜艇声能场的可视化是核心技术之一,应用硬件加速的三维纹理技术实现了三维声场直接体可视化。仿真结果表明该方法在三维声场可视化中,能够实时生成高质量的体可视化图像。     

二甲醚层流预混火焰试验及数值模拟

为了研究层流预混火焰中二甲醚的氧化分解路径,利用同步辐射真空紫外光电离及分子束取样质谱技术,测量了二甲醚浓燃火焰主要物种及主要中间物种的摩尔分数空间分布曲线。基于典型的二甲醚燃烧化学反应机理和CHEMKIN化学反应动力学模拟软件,对相同条件的一维平面火焰进行了数值模拟,结合试验及数值模拟结果对二甲醚的氧化分解路径进行了分析。研究结果表明:甲醛和甲基是二甲醚燃烧过程中最主要的C1中间物种,乙烯和乙炔是主要C2中间物种;浓燃条件下,二甲醚主要通过脱氢反应消耗,使二甲醚产生脱氢反应的最主要的原子是H,其次是OH、CH3和O;二甲醚的脱氢产物甲氧基甲基极不稳定,在火焰中一经生成马上就被消耗掉,试验中没有观测到它的存在;CH2O脱氢生成HCO,HCO脱氢生成CO,CO再被OH氧化成CO2;反应CO+OHCO2+H是火焰后期生成CO2的主要方式。     

黑潮锋特征建模及其可视化技术研究

根据黑潮锋区环境特点及其对海军水声探测的重要影响,建立了指数形式的黑潮锋特征快速重构模型,利用历史数据、实测数据、遥感数据实现了锋区环境参数的快速获取.在此基础上,提出了基于锋面梯度纹理特征的黑潮锋三维体结构可视化方法,实现了对锋区三维空间特征的实时、直观表达.黑潮锋年变化特征的仿真实验结果表明了该方法的有效性.     

舰船目标噪声调制包络谱融合算法研究

舰船噪声调制包络谱是水下目标识别的重要特征.分析了调制包络谱的一般模型,把"最优"调制包络看作一种随机过程,将舰船噪声的多子带检波信号看作是对"最优"调制包络的一次观测,并将其作循环相关,用有限次观测的集种平均作为"最优"包络的估计,从而得到多子带融合包络谱,舰船噪声实测数据验证了该方法的有效性.     

以三羟基苯基荧光酮为光谱探针测定痕量锑

以三羟基苯基荧光酮(THPF)作为光谱探针,在溴代十六烷基吡啶-乳化剂(CPB-OP)微乳液介质中研究其与锑的显色反应,当pH=7.01,微乳液介质中锑与三羟基苯基荧光酮的物质的量比为1∶3时,系统中能形成稳定的有色配合物,其最大吸收波长λmax=460 nm;采用双峰双波长光度法测得其摩尔吸光系数ε=2.81×106L.mol-1.cm-1,比单波长分光光度法测得的ε的灵敏度提高4.43倍;用此配合物测定以污水为底液的模拟样品中的锑,标准偏差均小于2.1%;以巯基葡聚糖凝胶(SDG)分离富集消除共存离子干扰时,Sb3+的回收率为97%～102%。