含盐液滴运动传热传质特性及其影响因素

船舶在极地等气候寒冷恶劣的海上环境航行时,海水飞沫易导致其上层结构结冰,严重时对船舶航行及室外环境作业安全造成威胁。准确预测海水飞沫结冰,对确保极地区域安全作业具有重要意义。海水飞沫结冰和纯水飞溅结冰的主要区别在于盐度对结冰的影响,对于结冰问题,通常将海水飞沫简化为含盐的液态水滴(即含盐液滴,简称液滴)。数值模拟是研究含盐液滴结冰的重要手段,含盐液滴运动-传热传质过程是其结冰数值模拟的关键环节,决定了液滴撞击特性及与结冰相关的撞击液滴的物理量。本文在SHIPICE传热模型的基础上,提出了含盐液滴在运动过程中考虑质量损失及盐度变化的传热传质耦合模型;基于NNW-ICE平台,发展了拉格朗日框架下含盐液滴运动-传热传质耦合数值计算方法并开发了相应计算程序,实现了含盐液滴运动-传热传质过程的模拟;探究了含盐液滴运动-传热传质过程中的关键影响因素,系统分析了不同来流速度、温度、相对湿度和液滴粒径条件下的传热传质效应,为进一步发展含盐液滴结冰数值计算方法奠定了基础。

采用重组模板的权重优化WENO-Z格式

针对精确模拟含激波等复杂流动结构的流场对高精度格式的低耗散低色散要求,基于5阶有限差分WENO-Z格式,提出一种模板重组技术。在计算WENO非线性权时,引入一个由3点模板重新组合的4点模板,优化原格式中各模板的权重分配,进而提出了两种改进WENO-Z格式。采用近似色散关系分析方法对改进前后格式色散与耗散特性进行了对比与分析。分析表明:两种改进格式耗散有不同程度的降低。数值实验表明:改进格式具有更优越的激波捕捉性能,对小尺度流场结构具有更高的分辨率。

数字灵工中的层级分化特征与创意流向特点探究

目的:文章探究数字灵工内部的层级分化特征,以及层级分化是否会导致数字灵工的创意流向结构呈现出某种特点。方法:作为数字劳工在当下演变的新形式,数字灵工依托互联网平台进行内容创作。其内部存在更细的层级分化,研究根据粉丝数量将数字灵工划分为头部灵工、腰部灵工和尾部灵工,分析各类数字灵工的特征并抓取相应的流量数据,将各类灵工的流量数据导入SPSS2.0统计分析软件进行分析。结果:头部灵工在数据分析中占据明显优势,爆款比率最高,流量几乎高度集中在头部内容生产者中,他们在流量池中处于一种近乎垄断的地位。而腰部特别是尾部,爆款比率极低,即使占据了数字灵工的大多数,但相比头部,依旧处于弱势。结论:数字灵工中的阶层分化为金字塔型,共分为三级,由上到下分别为头部灵工、腰部灵工和尾部灵工,其创意流向呈现出分层式垄断竞争的特点,即头部数字灵工主导垄断层,腰部灵工和尾部灵工主导竞争层。

冻细雨分布匹配的量化评估方法

为实现过冷大水滴(Supercooled large droplet,SLD)结冰条件中冻细雨结冰条件的精细化匹配,本文通过分析美国联邦航空管理局颁布的14CFR25附录O中给出的冻细雨液滴尺寸分布,提出了冻细雨分布匹配的量化评估方法。该评估方法引入标准化质量分数概念,计算测量值与冻细雨液滴尺寸分布之间的匹配偏差因子,采用Rosin-Rammler分布函数构建最优匹配累积分布函数,以此作为匹配偏差最小阈值,量化评估液滴尺寸匹配程度。基于新型喷雾测试平台和自研的空气辅助雾化喷嘴Model 1和Model 2,采用该方法对冻细雨条件开展匹配和评估研究。研究结果表明:针对冻细雨(水滴中值体积直径(Median volumetric diameter,MVD)<40μm)条件,液滴尺寸分布匹配偏差最小阈值F_(c)=11.82%,Model 1+Model 1和Model 1+Model 2组合匹配偏差因子F分别为24.08%和22.02%,匹配程度均评价为“中等(Fair)”。针对冻细雨(MVD>40μm)条件,液滴尺寸分布匹配偏差最小阈值F_(c)=3.76%,Model 1+Model 1和Model 1+Model 2组合匹配偏差因子F分别为22.78%和14.89%,其中Model 1+Model 1组合匹配程度评价为“中等(Fair)”,而Model 1+Model 2组合匹配程度评价为“良(Good)”。

3m×2m结冰风洞试验技术新进展(2020-2022年)

3 m×2 m结冰风洞是我国“十一五”国家重大科技基础设施,也是国际上尺寸最大的非季节性结冰风洞。自2013年建成以来,已经完成了70余项试验,有力支撑了我国飞机的自主研制和适航取证。本文首先介绍了3 m×2 m结冰风洞的组成和特点,其次重点阐述了2020年至2022年间风洞试验能力和试验技术的若干新进展,通过发展双闭环自适应温度控制技术、多路热气供气防除冰试验技术、冰形在线测量技术、发动机进气精确模拟技术、旋翼结冰与气动载荷同步测试技术等,使风洞的温度场模拟能力、热气防冰试验能力、冰形测量能力、进气模拟能力和直升机旋翼结冰试验能力得到增强,综合试验效率显著提升。最后,针对大型结冰风洞过冷大水滴试验面临的挑战,对下一步试验技术的发展进行了展望。

基于深度神经网络的任意翼型结冰预测方法

目前针对翼型结冰的机器学习预测模型只能预测特定翼型或某一类翼型的结冰情况,尚不具备面向任意翼型进行结冰预测的普适性。为解决该问题,提出了一种适用于低速不可压流动、基于深度神经网络的任意翼型结冰预测方法。该方法采用翼型压力系数对任意翼型特征进行抽象,结合流场与云雾场等参数共同作为输入,使用二维冰形曲线傅里叶级数拟合系数作为输出。基于该思路,建立了一种基于深度神经网络的预测模型,初步实现了任意翼型的结冰预测。多种算例实验结果表明,提出的方法针对单一翼型或任意翼型均表现出良好的冰形预测效果,预测冰形的主要特征参数相对误差均不超过15%。

水滴在撞击不同厚度水膜条件下产生的二次液滴特性

采用高速相机对水滴撞击水膜的飞溅过程进行了详细测量,分析了水滴撞击水膜的飞溅临界值、二次液滴的直径分布和二次液滴的速率等飞溅特性。结果表明,在实验参数范围内,当韦伯数增大时发生飞溅现象。此外,可以使用量纲为一参数K来描述飞溅临界值,K=We·Oh-0.4。当K值大于2 100时发生飞溅现象,二次液滴的量纲为一直径和二次液滴的量纲为一速率随着K值的增大而增大。水膜量纲为一厚度对二次液滴直径分布的影响不明显,但由冠状水花产生的二次液滴的平均量纲为一速率随水膜量纲为一厚度的增加而减小。

澳大利亚城市公园儿童自然式游戏场设计案例研究

澳大利亚在打造儿童友好城市中有着长期的实践探索,特别是在儿童自然式游戏场设计上积累了丰富的经验。以澳大利亚悉尼和墨尔本的3个儿童自然式游戏场为例,挖掘自然式游戏场设计的策略,包括:1)充分利用自然元素支持儿童户外游戏;2)结合儿童游戏需求提供丰富的游戏形式;3)保证安全的前提下支持儿童游戏过程中的冒险行为;4)在设计前期阶段开展儿童参与设计。

三维螺旋桨防冰热载荷分布研究

防冰热载荷分布预测是螺旋桨飞机防冰系统设计的关键,目前对螺旋桨飞机防冰热载荷的研究却十分匮乏。基于多参考系和Messinger热力学模型对三维螺旋桨进行了模拟,分析了防冰热载荷的影响。结果表明:防冰热载荷主要集中在叶片前缘,沿叶片展向先增大后减小;随着来流速度的增加,防冰功率及范围均先增大后减小。由于旋转效应的影响,迎角的影响可以忽略不计。此外,随着环境温度的降低,防冰功率呈线性增加。基于CCAR-25附录C规定的严重结冰条件,转速为660 r/min时,叶片的防冰范围在弦向上极限为2.1%,在弦向下极限为6.7%;防冰最大功率为9.5 kW/m2。单台螺旋桨防冰功率超过1.96 kW。本研究为螺旋桨飞机的表面防冰提供了科学的解释,为螺旋桨飞机防冰系统的安装提供了理论依据。

多路热气流量控制及其在防除冰试验中的应用

流量精确控制是保证结冰风洞热气防除冰试验成功的关键,针对传统调节阀控制存在受下游影响大和多路流量控制耦合的问题,设计了一套多路热气流量控制系统,采用背压阀对各支路流量控制单元入口压力进行精确控制,通过电作动筒改变各支路针阀喉道流通面积,结合临界流文氏管流量计流量测量,实现多路流量解耦控制。试验表明,多路热气流量控制系统可实现多路流量解耦控制,调节速度快,10 s左右即可达到目标流量,控制精度高,稳定后最大相对误差小于0.6%,该系统可为我国后续飞行器防除冰试验系统验证与适航审定提供有力支撑。

基于蒙特卡洛方法的冰晶撞击特性计算

航空发动机摄入冰晶易发生内部结冰、造成发动机推力损失,严重时引发航空事故。冰晶结冰数值模拟是研究冰晶结冰的重要手段,而撞击收集系数计算是冰晶结冰数值模拟的关键环节。基于NNWICE平台开展冰晶结冰前期的阻力系数、运动轨迹和撞击收集系数的数值模拟与计算研究,实现了基于蒙特卡洛方法的冰晶撞击收集系数的准确计算;在此基础上发展了拉格朗日框架下冰晶粒子运动、传热传质耦合数值计算方法;通过完成二维NACA0012翼型的相关算例,对比分析了不同阻力模型和冰晶相变对撞击收集系数的影响。结果表明阻力模型对冰晶撞击收集系数影响较小,冰晶相变过程会对冰晶运动轨迹及撞击收集系数产生显著影响,为进一步发展冰晶结冰数值模拟计算方法奠定了基础。

大气冰非等径孔隙细观结构随机建模方法

大气冰内部孔隙细观结构是影响其宏观力学性能的关键因素,然而传统方法在精细化模拟孔隙结构中存在局限性。为了更准确地模拟大气冰孔隙细观结构,提出了一种基于统计原理的建模新方法。首先,通过图像识别获得大气冰孔径的统计信息。然后,通过拟合优度检验筛选确定与孔径真实分布相匹配的最优分布函数。其次,给出大气冰模型边界几何尺寸计算公式,并考虑孔隙相交情况,生成大气冰非等径孔隙细观结构随机模型。仿真结果表明,所生成大气冰模型中的孔隙定量信息与实验结果吻合较好,验证了建模方法的准确性和可行性。此外,系统讨论了二维、三维情况下模型参数对孔隙率精度与计算效率的影响。当模型中的孔隙数量达到50时,能够较好地实现孔隙率精度和建模成本之间的平衡,为后续力学性能精细化仿真提供支撑。

一种使用BP神经网络加速的蒙特卡洛拉格朗日水滴求解器

结冰可能威胁飞行安全。拉格朗日方法被广泛应用于求解结冰过程中的水收集系数,但是其发展受到鲁棒性问题和高计算成本限制。为了弥补拉格朗日方法的缺陷,使用蒙特卡洛积分法和反向传播(Backpropagation,BP)神经网络分别用于解决鲁棒性问题和降低计算成本。基于蒙特卡洛方法的拉格朗日求解器可实现对任意模型或计算条件的无条件稳定。构建了BP神经网络用于预测水滴撞击概率,通过筛除非撞击水滴减少计算量。BP神经网络不针对特定模型提前训练,使用异步并行策略使BP神经网络训练和水滴运动同时求解,建立了广泛适用的异步拉格朗日求解器。使用GLC-305后掠三维翼型和某型发动机短舱模型对求解器进行验证,结果显示BP神经网络可以有效提升计算效率,对比没有神经网络辅助最多节省27%运行时间,同时保有同等计算精确度。本文研究为首次尝试神经网络技术与结冰数值模拟融合,为进一步发展拉格朗日方法提供有力支撑。

Preface

Aircraft icing is a widespread phenomenon in flight practice and has been recognized as a significant hazard to flight safety.Accidents caused by icing have shadowed the development of aviation since the birth of airplanes.Aircraft safety in icing conditions has become a crucial re⁃quirement for airworthiness certification,and icing hazard assessment and protection design have grown into one of the most important tasks in aircraft development.However,consider⁃able scientific issues on aircraft icing still need to be clarified due to the complex icing process,and new technological breakthroughs on aircraft icing protection are urgently required to tackle the safety and economy challenges posed by modern aviation.

物流成本会计核算问题研究现状与趋势

物流成本会计核算作为企业成本控制的重要手段,一直以来都是该领域研究的热点。由于物流成本在企业经营成本中占比较大,国内外学者围绕物流成本管理提出多种会计核算体系和方法。文章运用传统文献回顾法对物流成本会计核算问题研究进行梳理和总结,对物流成本、物流成本会计核算体系、物流成本核算方法进行总结分析,并重点介绍热点研究——时间驱动作业成本法。最后从时间驱动作业成本法的应用性和现实性等方面提出展望。

基于转置卷积神经网络的翼型结冰冰形图像化预测方法

结冰问题严重影响飞机飞行安全,结冰智能预测是飞机智能防除冰系统设计和安全设计的重要依据和支撑。为解决复杂冰形在翼面同一位置的法线方向冰形厚度存在多值的问题,提出基于转置卷积神经网络的翼型结冰冰形图像化预测方法。设计预测模型的神经网络结构、损失函数、数据规范等,直接将影响飞机结冰的飞行和大气条件作为输入,以灰度化的冰形图像作为输出。基于NACA0012翼型,通过数值模拟方法生成冰形数据集,同时利用风洞试验结果对数值模拟方法进行验证,以确保生成数据的可信度。构建以飞行速度、温度、液态水含量、平均水微滴直径和结冰时长5项参数作为输入的预测模型,并进行仿真训练和验证。仿真结果表明:所提翼型结冰预测模型不仅能够快速预测翼型冰形,而且在冰体轮廓、结冰上下极限、冰角位置、结冰厚度等主要特征方面也与数值计算结果符合较好。

基于色彩空间变换的彩色图像分割方法

彩色图像是当今数字图像的主要表现形式之一,彩色图像分割是图像处理的热点与难点问题之一。针对彩色图像分割的精度与速度问题,提出了一种基于色彩空间变换的彩色图像分割方法。该色彩空间重在突出图像三分量间的差异,从而充分利用彩色信息。同时,分割方法以向量化图像为对象,从背景去除的思想出发,采用分裂Bregman快速求解算法,从而达到高效分割的目的。数值实验表明,该方法能有效分割出图像的所有目标区域,分割区域较为完整,结果具有较高的精度。

AC-SDBD等离子体激励防/除冰研究现状与展望

层流控制、复合材料、全电驱动等创新性航空技术的应用给传统防/除冰方法带来了新的挑战。基于高电压驱动的表面介质阻挡放电等离子体激励新概念防/除冰方法因其没有复杂的机械构造和潜在的气动耗损,从而有潜力成为下一代飞行器采用的防/除冰方法。该综述从飞行过程中的结冰与防/除冰研究、等离子体空气动力与热激励特性研究、等离子体激励防/除冰研究等三个方面,对等离子体防/除冰方法的研究现状和发展趋势进行了分析,指出等离子体防/除冰研究的关键科学问题主要包括:1)以等离子体空气动力与热激励为主要因素的多物理场耦合机制;2)等离子体激励下多物理场非平衡相变演化规律与防/除冰机理。上述科学问题的研究包含了等离子体物理特性、流动控制机理、结冰机理、防/除冰规律等众多流体力学前沿方向,等离子体防/除冰研究的难点在于涉及多物理场耦合和多时间尺度,因此,相应的数值模拟方法与实验观测技术成为解决上述科学问题的关键突破点。探索等离子体激励防/除冰机制以及解决面向工程应用的技术问题,是下一步需要聚焦的研究方向。

动态结冰孔隙结构三维建模方法

动态结冰内部呈现多孔结构特点,这一微观孔隙结构是影响其宏观物性的关键因素,然而传统方法难以对三维孔隙结构进行定量表征。为了客观刻画结冰微观结构特征,提出了基于结冰二维图像定量信息的三维微观结构建模方法。首先,研究并确定了真实结冰尺寸与建模区域之间的比例关系,分析比例尺对分辨率和建模的影响;其次,结合二维孔隙率和孔径分布函数,提出了三维孔隙数量及其孔径的推导方法,并给定了孔隙位置随机生成方法;基于此,最终建立了以0-1矩阵形式表征结冰三维微观孔隙结构的方法。实验表明,所生成三维结冰模型的二维孔隙定量信息与实验结果吻合度较高,建模方法准确可行,为动态结冰三维刻画、微观特征参数提取和相关微观仿真模拟提供了新途径。

飞机结冰传感器安装位置确定方法

结冰传感器的安装直接决定了冰的探测效果,在飞机设计阶段往往要耗费巨大的工作量来确定合适结冰传感器安装的位置。本文提出了一种高效确定结冰传感器安装位置的方法,其基本思路是采用数值计算的手段,获得不安装结冰传感器飞机流场的水滴容积分数分布;再根据水滴收集率的定义,得到传感器拟安装区域不同位置的水滴收集率,并与机翼表面的水滴收集率对比;从保证传感器可以起到预警作用的角度出发,进而给出传感器的安装位置。采用该方法对某型民航客机进行了分析,给出了该型飞机适合安装传感器的区域。在此基础上,将传感器加载到对应位置进行数值仿真验证。仿真结果显示:传感器探头处的水滴收集率与不加载传感器时该位置的水滴收集率基本一致,均大于同等条件机翼上的最大水滴收集率,符合飞机的结冰防护需求。本文方法可普遍应用于运输类飞机设计,有效提高结冰防护系统设计的效率。