基于电润湿效应的液体透镜焦距随电压变化的响应时间的测量法

运用高斯光束传输理论,提出了运用高斯光束经焦距变化的变焦液体透镜时光束光通量的变化来测量变焦液体透镜的焦距变化随电压变化的响应时间的观点。运用光电探测器测量光束光通量的变化,来反映液体透镜焦距的变化。并讨论了光通量变化时光电探测器放置的最佳位置和小孔半径的最佳大小。     

一种双腔体二甲基硅氧烷液体变焦透镜

针对PDMS(二甲基硅氧烷)液体变焦透镜在使用过程中常会发生边缘脱落从而影响透镜性能甚至毁坏整个器件的问题,提出了一种基于单点金刚石切削和软刻蚀工艺的双腔体可调焦透镜模型,该模型相比仅由单PDMS腔体和PDMS薄膜粘合的结构,能有效防止在大变形条件下变形膜边缘脱落,从而更大可能地保证透镜正常工作.测试结果表明:相比于单腔体的模型,该透镜在保留可调焦透镜性能的同时,具有更好的工作稳定性.     

旋转双曲面和球面折射成像的球差比较

为研究旋转双曲面及其透镜对轴上物点的成像质量,从双曲面标准方程出发,以折射定律为基础,导出了双曲面折射成像的精确球差公式,并由此计算了双曲面和球面及其透镜成像的球差,比较分析了两种折射曲面的球差特性,发现双曲面相对球面有球差校正作用,双曲面双凸薄透镜的成像质量优于球面双凸薄透镜的成像质量.     

基于液晶空间光调制器的程控变焦透镜

提出一种利用显示在两个程控液晶空间光调制器（LC—SLM）上的菲涅尔透镜建立程控变焦成像系统的方法．通过对该系统的理论分析,得出了成像系统的放大率与两个菲涅尔透镜焦距之间的关系式．在此基础上利用Matlab设计了系统所需要的菲涅尔透镜,对该成像系统的成像特性进行了计算机模拟研究,并讨论了LC—SLM的抽样基元大小与成像质量的关系．最后,建立了相应的光学实验装置,并给出了与计算机模拟相一致的实验结果．     

光声傅里叶变换成像理论

依据光声效应产生的超声波具有波的特性，借鉴光学成像理论，提出了一种新的光声信号成像模式－利用声透镜直接成像。以声场复振幅来描述声场分布，根据基尔霍夫衍射理论，从理论上推导了声透镜的脉冲响应，并通过实验得到了生物组织的功能成像。     

一种微型变焦系统的设计

为适应某些特殊领域对微型化和简单化的需要,运用光学设计软件CODEV,在传统机械补偿式变焦镜头的基础上,结合非球面透镜理论,设计了一个可见光波段的只有一个移动镜的4片式微型变焦系统。此系统具有结构简单、精度高、成本低、体积小等特点,可满足在变焦范围内连续清晰成像的要求。     

衍射成像有频域中的描述

从理论上讨论了从单色光照明到相干，非相干以及部分相干照明情况下，由单透镜成像到多透镜的成像系统。在频域中用光学传递函数描述了光通过衍射受限系统后的成像特性。     

旋转二次曲面折射成像的球差分析

为研究旋转二次曲面及其透镜对轴上物点的成像质量,从二次曲面的标准方程出发,以折射定律为基础,导出了旋转二次曲面折射成像的精确球差公式,并由此计算了不同类型二次曲面及其透镜成像的球差,结果发现,旋转椭球面、抛物面和双曲面双凸薄透镜的成像质量都优于球面双凸薄透镜的成像质量.     

基于增强倏逝波的声透镜光声成像系统设计

光声成像是一种新近迅速发展起来、基于生物组织内部光学吸收差异、以超声作媒介的无损生物光子成像方法。在分析当前光声成像系统中传统声学透镜的倏逝波衰减导致包含图像细节的高频信息丢失的基础上,提出使用负折射透镜,让倏逝波参与成像,突破传统声学透镜的衍射极限,从而大幅提高成像分辨率。同时依据光声效应产生的超声波具有波的特性,在研究中还发展、完善了声学信息系统的相关理论以及三维声成像技术。通过实验对比得到了超越普通声学透镜的生物组织的光声成像效果。     

混凝土与混凝土接触摩擦试验及其数值计算模型

目的研究混凝土与混凝土接触摩擦特性,得到混凝土与混凝土接触面剪切应力与剪切位移变化关系,为相似剪切破坏问题的数值计算提供依据.方法采用直剪试验和数值计算两种方法对混凝土与混凝土间的接触摩擦响应进行分析,对试验进行数值计算,并与试验结果进行了对比分析,利用PPR内聚力模型来描述接触面的接触摩擦响应.结果接触面剪切应力随剪切位移变化过程可分为弹性变形阶段、塑性硬化变形阶段和理想塑性变形阶段;剪切应力达到峰值后,接触面仍处于较高的应力状态,局部位置会出现应力集中态和局部破坏.Archard非线性摩擦幂次准则能够较好地描绘出混凝土与混凝土接触面剪切应力峰值与轴向应力的关系.结论数值计算剪切应力随剪切位移变化关系曲线与试验结果基本吻合.在轴向荷载较小时数值结果与试验结果存在较小差异.PPR内聚力模型能够较准确地反映剪切破坏问题中剪切应力随剪切位移变化中各阶段的响应,可用来描述相似剪切破坏过程.     

影响密度锁内热-冷流体分界面因素的实验研究

对3种不同管径的实验管段进行实验，研究稳态工况下扰动和热-冷流体温度差对密度锁内热-冷流体分界面位置的影响，结果表明，随着扰动的增大，扰动产生的湍流作用逐渐增强，从而使稳定的分界面向下移动；而温度差的增大，使热流体向冷流体的传热能力增强，导致分界面的位置下降，另外，对不同管径的实验管段的研究表明，在密度锁内布置一个蜂窝结构可有效地抑制扰动作用，使其内部的分界面更稳定。     

Lennard-Jones流体汽液界面的分子动力学研究

为深入认识汽液界面现象 ,解释汽液界面的独特性质 ,采用分子动力学模拟方法从分子水平上研究了 L ennard-Jones流体汽液界面。模拟结果表明 ,汽液界面实际上是一个随时间涨落的起伏不平的曲面 ;汽液过渡区就是该曲面的涨落区域 ;汽液相变是一个突变的过程 ;汽液界面体系内密度、压力张量及温度等热力学量连续变化只是统计的结果。并在此认识基础上 ,从汽液分子相互转化的微观行为解释了汽液界面的温度分布中的尖峰和低谷出现的原因。在分子的汽液相变过程中 ,从液相向气相的转化发生在汽液界面的波峰处的几率最大 ,而从气相向液相的转化发生在汽液界面的波谷处的几率最大     

超声界面波在充液双金属复合管道中的传播特性分析

随着管道运输行业的发展,复合管道越来越多地应用于机械、能源、化工等领域.利用超声界面波对复合管道的界面位置进行损伤探测成为机械装备超声无损检测研究的新方向.以充液金属复合管道为研究对象,采用多物理场有限元分析软件建立了充液复合管道的有限元模型,利用电信号激励超声界面波,分析了超声界面波在管道中的传播特性,并分析了不同液体对超声界面波的影响.结果表明:与空的复合管道相比,超声界面波在充液复合管道中的传播特性差别明显.在充液双金属复合管道中,超声界面波一部分来自初始激励,另一部分来自液体中激励的超声导波;随着传播的进行,初始激励的超声界面波迁移至固液界面处,形成固-液界面波,并逐渐泄漏至液体中;液体中的超声导波每经过一次管道壁面反射,在固液界面处形成一股新的固-液界面波,从而形成等间隔传播的固-液界面波群组.液体密度影响界面波的能量分布:液体密度越大,界面波能量越分散;液体的纵波波速影响固-液界面波的形成速度:纵波波速越快,固-液界面波形成越快.研究工作和分析结果可为管道损伤检测提供理论依据.     

密度差对水平段固井顶替界面影响规律研究

水平封固段的固井顶替效果是影响水平井固井质量的关键问题,居中度和密度差是影响水平段固井顶替效果的重要参数。本文基于国家超级计算中心天河一号大规模集群计算平台,采用Fluent软件对300 m长水平段偏心环空进行1 000 s的隔离液顶替界面的数值模拟实验,研究居中度和密度差对隔离液与钻井液顶替界面的影响规律。研究结果表明,在扶正器扶正条件和密度差设计许可时,尽量提高水平段套管居中度与密度差,可以达到理想顶替效果与固井质量。当井眼条件差、扶正器下入困难时,采用大密度差的浆体设计,可以大幅改善偏心环空窄边钻井液滞留,提高隔离液顶替效率与固井质量。当钻井条件限制无法采用合理的密度差设计时,提高水平段扶正器的扶正效果,可以大幅改善偏心环空窄边钻井液滞留,提高隔离液顶替效率与固井质量。本文研究结论对固井顶替施工具有重要理论与实践指导意义。     

基于Level-Set的多介质流体动力学数值分析

针对水中爆炸中涉及的多介质高压比和高密度比数值计算精度不高的问题,提出了解决该类问题的可行性方法,并对该方法进行了程序实现.该方法利用位标函数追踪多介质流体运动界面,采用修正的虚拟流体方法对界面进行了处理.通过黎曼问题、激波打击气泡和激波打击液气面问题的计算,得出计算结果与理论分析结果吻合.TNT水中爆炸的计算结果与实验相似律求得的冲击波参数对比表明,两者计算结果比较吻合.     

膜状冷凝初期过程的分子动力学模拟研究

采用分子动力学模拟方法,对氩蒸气在铂金属表面发生的膜状冷凝过程进行了研究.为保证冷凝过程在相对较长时间范围内持续稳定进行,提出了一种改进的气态分子补充方法.通过逐时对系统内局部温度及密度进行统计,获得了不同时刻的参数分布.结果显示:在模拟时间范围内,液膜厚度近似线性增加,壁面附近液相分子受固壁势能作用而呈现出密度振荡的"液体层状化"分布;液膜内产生温度梯度,固液界面处温度跳跃现象明显.考察了气体温度以及壁面润湿性变化产生的影响,结果表明:随着气体温度的升高,温度梯度以及温度跳跃均增大;液相密度略有下降,液体内层状区域的密度振荡范围略有减小,气液界面厚度增加;质量流率以及液膜厚度增长速率也都增大,反映出更大的气固温差加快了冷凝过程的进行,这一点与宏观规律一致.随着润湿性增强,液膜厚度增长加快,液体层状区内的密度振荡范围增加,液膜内温度梯度增大,温度跳跃大幅减小,冷凝过程得到显著强化.显然,近壁面区内的热传导对整个冷凝过程进行的速度具有重要影响.     

界面湍动对湿壁塔液相传质系数的影响

选用乙醚的低浓度水溶液为研究对象，在湿壁塔中液相层流流动状态下，考察乙醚解吸过程中传质系数与Marangoni数之间的变化．实验结果表明当平行于界面的表面张力差超过临界值后，Marangoni界面湍动效应将发生，随之导致传质系数较之只依赖扩散传质时增大，并且传质效果的强化程度同Marangoni界面湍动的强度有关．进一步的实验数据拟合结果表明传质增强因子F同Ma数之间符合幂函数关系，结果有助于利用Marangoni界面湍动增强传质效果．     

电子枪加热坩埚含有固-液界面熔池的传热研究

电子枪加热坩埚熔池高温蒸发是原子蒸气激光同位素分离（ＡＶＬＩＳ）铀循环系统的一个重要环节。为研究电子枪功率与束宽对熔池的流场、温度场分布的影响,从动量及能量方程出发,研究了电子枪加热坩埚内含有固—液界面熔池的传热特性,熔池中流场及温度场变化,固—液界面形状,表面环流,以及传热特性与金属原子蒸发量的关系。并得出电子枪束宽过窄,电子枪功率密度高于１５ ｋＷ／ｃｍ ２ 时,会使导热损失增加、蒸发量减少的结论。     

气液传质相界面湍动现象的实验及分析

气液相际间传质过程中,由溶质浓度梯度产生的表面张力梯度可以导致相界面湍动现象.本文采用激光纹影仪观察及计算机在线图象采集的方法,对气液两相物理吸收和解吸过程中相界面处的湍动现象进行了实验研究.传质过程包括异丙醇、乙醇、甲醇、氯苯吸收和解吸CO2.实验结果表明,在不同的吸收体系中,有不同的湍动形状,根据其形状大致可分为多边形和滚桶状两类;同一体系,在不同的实验条件下,也会有多种界面湍动的形式,其形式与吸收体系性质和实验条件密切相关.     

近晶A相液晶在聚酰亚胺LB膜上的排列

合成了聚酰胺酸,研究了它在气液界面上的成膜条件;制备了聚酰胺酸盐的LB膜,通过亚胺化制得了Y型聚酰亚胺LB膜;用红外光谱证实了亚胺化较为完全。用聚酰亚胺LB膜作为排列S_A相液晶的定向膜,制成了液晶盒。通过偏光显微镜证实了未经摩擦的聚酰亚胺LB膜可以排列成近晶相液晶分子。讨论了影响成膜及液晶分子在聚酰亚胺LB膜上排列的因素。