微幅振荡流体表面波图谱显示方法

本文介绍一种能够清晰显示微幅高频振荡的流体表面波图谱结构的方法和产生高达１００Ｈｚ频率、波幅为毫米以下的流体表面波的实验装置，即改进了ＦＡＲＡ－ＤＡＹ实验装置。用本实验装置和显示方法获得了精美的波幅图，并就几种波图作了简要说明。

改进的各向异性核快速高效重构流体表面

针对在SPH(Smoothed Particle Hydrodynamics)方法模拟流体过程中,采用传统各向异性核构造流体表面速度慢的缺陷,提出了简化的各向异性核构造流体表面的方法,通过在流体内部粒子采用各向同性核,边缘粒子采用各向异性核,从而提高了流体表面绘制速度;针对采用传统方法确定粒子各向异性后,粒子体积有所变化的现象,对流体模拟中粒子各向异性的确定方法做了改进,使流体粒子体积趋于一致.实验结果表明,采用本文提出的简化各向异性核方法构造流体表面,不仅使流体的绘制速度有了明显提高,流体表面绘制效果也优于采用传统各向异性核构造的流体表面.

一种新的流体自由表面张力模拟方法

在流体模拟中,为了真实、有效地捕捉流体自由表面的微观特征,表面张力的真实模拟十分重要。针对现有的处理表面张力的粒子间相互作用力(inter-particle interaction force,IIF)方法模拟流体表面张力存在的流体自由表面不光滑、计算效率低、模拟效果不稳定等问题,文章提出一种新的流体自由表面张力模拟方法。首先提出一种快速准确检测流体自由表面粒子方法;然后构造新的粒子间作用力模型和表面面积最小化修正项,对检测出的自由表面粒子进行表面张力模拟,减少不必要的计算量;最后对临近自由表面处的流体粒子进行密度修正,提高自由表面附近流体粒子密度的计算精度。仿真结果表明,与已有的方法相比,该文方法对表面张力的模拟效率更高、效果更好。

再入飞行器表面磁流体发电装置数值模拟

提出了钝锥型再入飞行器上的表面磁流体发电装置方案,采用低磁雷诺数近似下的磁流体力学模型对其进行了流动与静电场耦合的数值模拟,由此建立了表面磁流体发电装置中的物理图像.数值模拟结果表明,在典型再入条件(飞行高度46 km,速度7 km/s)下,所提出表面磁流体发电装置方案能够实现兆瓦级(电功率1.28MW)能量输出,电能提取导致再入飞行器阻力增大13.7%,对飞行器壁面总热流值的影响并不显著,但发电区域及其下游壁面的热流密度分布发生明显变化,该区域内热流密度峰值发生于电极的前、后缘.

球凸板对磁场中导电流体自由表面流动的传热强化

在许多工业应用和能源工程的磁流体流动传热中,外部磁场抑制导电流体的湍流脉动,降低了其对流传热系数。基于涡流发生的球凸板是一种高效的强化换热手段,其主要特点是传热强度大、流动阻力小、综合传热性能高,本文数值研究了利用球凸板强化磁场中导电流体自由表面流动换热的性能。计算采用磁场作用下的修正湍流模型和诱导磁场方程,并利用标量输运方程的求解器对它们进行求解。结果表明,在中等Hartmann数(30～70)下,球凸板的换热增强因子达到1.3～2.3,而阻力损失仅为光滑平板的1.34～1.45倍。在获得较高强化传热效果的同时,球凸板的阻力损失增加相对较小,因而获得了较高的综合传热性能。

自由表面磁流体射流不稳定性分析(II)

用微分解析方法分析了自由表面磁流体射流在两个非均匀、相互垂直的横向磁场中的稳定性行为。获得了在给定射流初始速度分布和磁场分布条件下射流的速度空间分布表达式;分析了射流扭转及向外溅射的位置。

表面活性剂流体弹性应力对颗粒沉降的影响

颗粒在粘弹性表面活性剂流体中的沉降问题是复杂固液两相流研究的基础问题。采用实验和数值模拟的方法研究了单颗粒在粘弹性表面活性剂流体中的沉降过程。实验结果表明,粘弹性表面活性剂流体的粘弹性会引起颗粒的终端速度随时间产生波动。Giesekus本构方程可以描述颗粒在表面活性剂流体中沉降的非线性剪切变稀行为和弹性导致的拉伸变形。颗粒在粘弹性表面活性剂流体中沉降时其尾部会出现负尾迹现象,负尾迹区随着松弛时间的增大向下游延伸,表征流体弹性的松弛时间越大,负尾迹区越长。颗粒表面剪切速率大于临界剪切速率时,负尾迹的出现使颗粒在粘弹性表面活性剂流体中沉降所受曳力减小,沉降速度增加;颗粒表面剪切速率小于临界剪切速率时,粘弹性表面活性剂流体负尾迹区的拉伸效应与颗粒表面的弹性应力的共同作用,导致颗粒终端速度随着松弛时间的增加先增大后减小。

流体自由表面模拟的一种改进算法

基于光滑粒子流体动力学(smoothed particle hydrodynamics,SPH)方法的流体自由表面的模拟需要在流体自由表面附近生成空气粒子来保证模拟精度,传统方法生成的空气粒子分布不够均匀平滑,影响模拟效果,而且计算量较大。文章对传统的连续表面力(continuum surface force,CSF)模型流体自由表面模拟添加空气粒子的方法进行改进,首先在流体自由表面的法向上动态生成双层空气粒子,然后对生成的空气粒子施加切向力,使得空气粒子均匀分布,从而提高流体自由表面的模拟精度。考虑到一般模拟的时间步长很短,空气粒子的位置在单位时间步长下变化很小,可以近似认为短时间内上一时间步的空气粒子还是下一时间步的空气粒子,因此文中提出自适应间隔时间步长重新生成空气粒子的的方法,减少了计算量,提高了模拟效率。

一种视频数据驱动的水体表面模型生成方法

针对视频数据噪声及计算误差造成重建流体高度场时域跳变的问题,提出一种视频数据驱动的流体表面模型生成方法。首先,在折射的流体表面重建算法基础上,利用水下场景视频数据生成初始流体表面高度场;其次,为了提高模型的时间连贯性,用数据驱动方式获取浅水波模拟关键参数的最优值;最后改进了浅水波模拟的计算求解过程,并将其作为物理约束来修正初始模型。基于真实数据的实验结果表明,该方法能够有效平滑流体模型高度场的跳变,使水体表面重建结果更加准确和连贯。

21世纪的表面处理新技术(待续)

表面处理技术不仅是产品的美容术,也是许多产品的制造技术,产品性能的改良技术和高科技的最新纳米材料的制造技术。面对21世纪环境保护新法规的出台以及高新技术发展的新需求,表面处理将如何适应这种新需求呢?评述了适应新环保新法规要求的印制板无铅表面终饰技术,如化学镀镍/置换镀金、置换镀银、置换镀锡、有机保焊剂(OSP)以及电镀镍/电镀金等工艺的优缺点。电镀、化学镀和复合镀是获得纳米膜层的最简便方法,介绍了许多纳米新镀层的性质、晶粒尺寸大小的控制以及纳米镀层在表面处理上的应用。还介绍了信息产业的表面处理新技术,如芯片铜线路的湿法工艺,印制板的二阶盲孔镀铜、细线芯片的单槽镀铜系统以及超细线挠性印制板的置换镀银和置换镀锡。最后还介绍了21世纪最新的超临界流体(SCF)表面处理新技术的特点及其在信息和印制板产业上的应用。

共面薄膜电极表面放电冷却技术

为研究一种可用于雷达领域的新型冷却技术,本文研究了高电压下共面薄膜电极之间的DC表面放电现象。设计制作了一系列具有不同参数且带有一个阳极针尖以及两个对称布置阴极的样机,通过改变基底表面粗糙度以及不同的结构参数(如凹槽深度、凹槽宽度以及阴极长度等)进行实验测试。结果表明:主要受到基底表面离子迁移率的影响,凹槽深度对于共面薄膜平面电极的表面放电现象影响最大;表面放电的电流稳定性随着深度的增加而增加;而放电起始电压则随着深度的增加而减小;离子与平面基底之间的流体阻力影响相对较小。共面薄膜电极表面放电的研究对于推动电冷却技术在雷达技术领域的应用具有重要意义。

一种基于视频的水下场景复原算法

为了从由水面波动引起严重失真的视频中快速恢复出真实的水下场景图像,提出了一种结合序列图像配准和最优图像块选择的复原算法。首先通过一种迭代的序列图像配准算法消除视频帧中严重的几何畸变,并获得任意时刻水表面的三维形状,然后利用最优图像块选择算法从校正后的图像序列中合成出无失真的水下场景图像。实验结果表明,与主流的图像配准结合稀疏噪声去除的方法相比,算法能够获得更加准确清晰的视觉效果,同时具有更高的计算效率。

小孔流速和流量率分析

本文从理想流体伯努利方程和连续性方程导出小孔流速的一般表达式,并作一、二级近似处理和分析.然后计算了理想流体实际流动的流量率和不同容器的液面下降时间.

圆柱薄壳与横向绕流场的流固耦合模型

针对弹性圆柱薄壳与横向绕流场的流固耦合问题.采用相容拉格朗日-欧拉法,建立了问题的模型及理论分析方程组,着重求解壳体发生弯曲大变形时的法向位移和流体表面压力系数.结果表明:在横向绕流场作用下,壳体横截面由圆形变形为近似椭圆形,同时,壳体变形也对壳体表面流场压力产生了影响.通过算例,讨论有关参数对壳体法向位移和表面流体压力系数的影响.研究成果可供利用相容拉格朗日-欧拉法解决弹性弹性圆柱薄壳与粘性流体相互作用问题时参考.

表面活性剂虫状胶束流体中颗粒沉降负尾迹模拟

颗粒在剪切稀释黏弹性表面活性剂形成的蠕虫状胶束流体中沉降时会产生负尾迹,负尾迹的形成对该种复杂流体与固体颗粒之间的相互作用具有重要影响。基于Giesekus本构方程,采用POLYFLOW软件模拟了黏弹性表面活性剂(Viscoelastic Surfactant,VES)蠕虫状胶束流体中单颗粒的沉降过程,分析了流体松弛时间和迁移因子对颗粒周围速度场及应力场的影响,重点研究了颗粒尾部速度负尾迹的产生原因及其对颗粒曳力的影响。结果表明,Giesekus本构方程能够描述VES流体的非线性剪切变稀行为和弹性导致的拉伸变形。流体弹性导致颗粒尾部产生较大的拉伸变形,剪切稀化和流体弹性的共同作用使颗粒尾部产生拉伸变形,导致负尾迹出现。表征流体弹性的De(黛博拉数)越大,流体拉伸黏度的Tr(特劳顿数)越小,负尾迹越长。负尾迹的出现使VES流体中颗粒所受曳力减小,沉降速度开始增加。模拟结果为此种流体的进一步应用提供了一定的研究基础。

X光可视化测井技术

在石油测井领域,油井性能不佳和井下故障不仅导致测井耗时,而且对经营者的盈利能力有显著影响。归根结底,其主要原因在于缺乏关于井下设备现状的可靠信息。为获取更丰富、更准确的井下信息,提高油井的产油、节约人力物力等成本,可视化测井技术开拓了石油测井新领域。可视化测井技术因具有所见即所得、直观,对于井内套管及装置表面形态、结构的检测具有其他检测方法难以比拟的优势,因此被广泛应用于石油测井相关领域。而一种基于可视化测井技术的优化技术——X光可视化测井技术,不但具有可视化测井技术的"直观、实时"的优点,而且利用X光具有良好的穿透性的特点,能穿透井中各种介质,很适用于油、气、水以及泥浆等混浊井液,该技术对我国的石油测井工作具有十分重大的现实意义。但由于国外X光可视化测井技术是保密的,国内还未有商业化的X光可视化测井仪。因此,对X光可视化测井关键技术的研究是十分必要的。本文主要介绍一种X光可视化测井技术,以及X光可视化测井仪——Visurayvr 90。

应用SPH方法实现海面孤立波运动的模拟

首先介绍孤立波的Kd V方程,继而讨论了孤立波SPH方法的数值求解过程,选择SPH光滑核函数作为正则化高斯核函数。分析了数值求解过程的时间积分方法,给出了具体计算公式,最后给出相应程序中的具体参数下孤立波运动模拟效果。

基于气液两相流数据凝聚层次聚类的气泡形态重构（英文）

气泡形态对气液两相流中的传热、传质等动力学过程的影响重大,基于计算流体力学(CFD)的流动模拟结果中包含有此类信息。为了提取该信息,提出一种改进的凝聚层次聚类算法,并据此构建了气泡形态重构方法。该方法具有三个重要特征:1)聚类阈值自适应调整,适用于离散尺度不均一的两相流数据;2)空间软分割,降低了算法的计算复杂度;3)纯气相单元、混合相单元分步聚类的执行策略,可以准确识别和重构识毗邻的气泡/气泡群。基于两组预定义的两相流数据和一组基于CFD 的两相流模拟数据,展示了所提出方法的实现过程并对相关功能进行了测试。测试结果表明,提出的方法易于实现,需要人为设置的参数少,即使在离散网格尺度不均一、部分网格单元有一定扭曲的条件下,仍可高效地识别气液和重构两相流中的气体的聚集形态(气泡/气泡群)。

三维修正SPH方法实现的海水运动效果模拟

围绕SPH的标准控制方程,对SPH的标准核函数使用了所谓的线性再生核近似方法进行修正,这种方式所取得的梯度效果令人满意。修正的SPH方法模型用来模拟流体自由表面运动。仿真效果展现了水平面上波的形成和传播过程。最后在Open GL环境下实现了的逼真模拟效果。

基于物理的海洋场景模拟技术综述

系统阐述海洋场景模拟的发展历程以及当前基于物理的海洋场景模拟热点问题和前沿理论,并对浪花的动态仿真、流体表面重建以及流固耦合等细节增强策略进行详细分析和总结,就实时模拟问题中的加速策略进行了简要论述.