基于时均流场的湍流边界层内壁面压力脉动功率谱计算方法研究

针对湍流边界层内壁面压力脉动功率谱的计算问题,该文结合Grasso修订的TNO-Blake解析模型、RANS(Reynolds average Navier-Stokes)时均流场解,发展一种脉动压力计算方法,近壁面附近采用RANS数值解,对于壁面附近湍流各向异性特性,流向和横向异性模型参数采用Stalnov推荐数值,法向异性模型参数采用试验参数,对某平板上一点处的压力脉动功率谱进行了计算,分析了湍流能谱模型、迁移速度等影响,并与Goody模型结果进行对比。研究表明,该文计算方法合理可行,能快速获取壁面压力脉动功率谱,可为工程装备设计的振动噪声分析提供输入。

非均匀采样的功率谱反演大气湍流相位屏的快速模拟

对大气湍流功率谱非均匀采样可以有效改善传统功率谱反演法低频采样严重不足的缺陷,实现高精度的大气湍流相位屏的模拟.但采用的直接求和运算计算复杂度高,相位屏的模拟速度极慢.将非均匀快速傅里叶变换(NUFFT)引入到大气湍流相位屏的模拟,可以实现相位屏的快速模拟.从随机过程的谱分解出发,将大气湍流相位随机过程表示为有限谐波分量叠加和的均方极限.通过一个高斯核函数的卷积,将非均匀分布的谐波复振幅映射到均匀网格空间,进而利用快速傅里叶变换,降低计算复杂度,加快大气湍流相位屏的模拟速度.以大气湍流的Kolmogorov谱为例,利用NUFFT仿真得到大气湍流相位屏,并对相位屏的模拟精度、模拟速度和误差进行统计分析.结果表明,NUFFT的引入可以实现快速、高精度的大气湍流相位屏的模拟.

基于功率谱反演法的大气湍流相位屏数值模拟

研究激光大气传输效应一直是激光应用领域的重点,数值模拟是研究大气湍流效应常用的手段。利用功率谱反演法对满足Kolmogorov统计规律的大气湍流相位屏进行了数值模拟研究。结果表明,受其固有局限性,基于功率谱反演法的相位屏,需要通过次谐波对其低频部分进行补偿,才能更好模拟大气湍流效应。

分数维空间中湍流的功率谱分析

根据湍流在统计上的自相似性,推导了分数维空间中湍流功率谱的表达式,探讨了湍流随机性与规则性之间的联系.在此基础上研究了通过分形维数求取湍流功率谱的新方法,并对2英寸水流道中的湍流进行了能谱分析,与已有实验结果的比较证明了该法的可行性和优越性.

声波扰动对大气湍流内外尺度与折射率功率谱函数的影响分析

声波是一种机械波,作为能量的载体,在大气湍流环境下传输会“扰动”湍流耗散率的变化,从而会影响湍流物理结构演化.本文基于声波能量和湍流能量平衡方程,结合湍流内外尺度和大气折射率功率谱函数,研究了在不同声波扰动下大气湍流的内外尺度和折射率功率谱函数的变化特征.结果表明:不同声波的传播会使得湍流的内外尺度发生变化,声源功率越大,对湍流尺度的影响越大,然而声源频率越大,对湍流尺度的影响并不是特别明显;不同声波的传播会使大气折射率功率谱函数发生改变,在惯性区内,考虑到声波对湍流内外尺度的影响,不同声源对大气折射率功率谱的影响程度不同,在耗散区内,大气折射率功率谱都出现随声波传输距离波动的情况.本文探索声波扰动对大气湍流折射率功率谱函数特征参数的变化规律,为激光在声波扰动大气湍流中传输特性以及声光耦合研究提供理论依据.

新疆达坂城风区顺风向脉动风功率谱

为研究新疆乌鲁木齐所处达坂城风区的复杂脉动风环境,基于实测风场风速数据分析并拟合了该风区的顺风向脉动风功率谱。结果表明:以反比例函数拟合山区峡谷地形平均风速与湍流强度的关系误差较小;山区峡谷地形湍流积分尺度分布较离散,但整体随平均风速的增大而增大;考虑地形系数的Kaimal修正谱在含能区和惯性子区间能较好地表征实测谱,在耗能区选用三参数拟合描述实测谱效果良好;选用过渡函数来描述惯性子区间与耗能区接触区域的功率谱,拟合效果较为理想。可见达坂城风区具有特殊顺风向脉动风特性,以修正谱和拟合谱分段构成的函数模型可用于表征该风区顺风向脉动风功率谱。

融合多工况功率谱密度函数的工作模态分析方法

频域分解(frequency domain decomposition,FDD)方法是开展环境激励下结构工作模态分析(operational modal analysis,OMA)的常用方法。但是,现有的FDD方法存在一些不足:①无法剔除非白激励及谐波激励引起的虚假模态;②无法区分结构密集模态与不相关非白激励产生的虚假模态。通过研究发现功率谱密度(power spectral density,PSD)矩阵的秩是FDD方法性能的决定性因素。在此基础上,提出一种新的工作模态识别OMA方法,该方法结合了不同激励工况下的响应PSD函数矩阵,并分别对单个激励工况下的响应PSD矩阵与多工况下的增广响应PSD矩阵进行奇异值分解,通过对比单工况PSD矩阵与增广PSD矩阵在奇异值峰值处秩的变化,识别出包括密集模态在内的结构模态参数,并消除由非白激励产生的虚假模态。采用桁架结构仿真算例和广州塔的工程数据集验证所提方法的有效性。

低频补偿功率谱反演法模拟大气湍流相位屏

在传统功率谱反演法和Zernike多项式法的基础上,将两种方法相结合提出一种低频补偿法,改善传统谱反演法数值模拟相位屏低频分量不足的现象。分别采用传统谱反演法、Zernike多项式法、低频补偿法仿真构建符合Kolmogorov功率谱模型的大气湍流相位屏。此外结合相位结构函数将低频补偿法与谱反演法、Zernike多项式法进行了比较分析。结果表明:低频补偿法构建的湍流相位屏低频、高频分量都比较丰富且其相位结构函数与Kolmogorov湍流相位结构函数理论值最为接近,准确性最好。

蒸汽发生器传热管湍流激励功率谱密度计算

湍流激励是核蒸汽发生器换热管发生流致振动的重要机理之一,也是微振磨损的重要诱因。为计算换热管的微振磨损速率,需要首先获得湍流激励功率谱密度(PSD),其此前只能通过试验的方法获取。为利用CFD方法获得换热管上的湍流激励功率谱密度,建立了蒸汽发生器换热管束流场的数值模型,基于LES方法计算得到了管束内部的流场分布,提取了传热管上所受流体力并计算得到了其功率谱密度,计算结果与试验结果吻合良好。结果显示,管束内部传热管所受流体力为具有尖峰特征的宽频信号,其能量集中在一定带宽内。其结果为利用CFD方法计算传热管微振磨损建立了基础。

用功率谱密度坍陷评价光学元件波前中频误差特性

扼要介绍了光学元件波前二维功率谱密度的计算方法,并引入功率谱密度坍陷的概念描述光学元件波前频谱特性。功率谱密度坍陷是对二维功率谱密度在不同角度上进行Radon变换得到的投影,它既利用了光学元件波前的所有有效数据,又沿袭了一维功率谱密度简明直观的特点。虽然功率谱密度坍陷在结果的表现形式和量纲方面与一维功率谱密度相同,但功率谱密度坍陷在评价光学元件波前频谱特性方面比用一维功率谱密度和二维功率谱密度更具优越性。

Matlab内建psd函数在工程随机振动谱分析中的修正方法

介绍了工程随机振动功率谱的计算过程,并对工程计算中应用广泛的Matlab软件的内建谱分析函数psd进行了详细分析,指出了该函数在进行随机振动谱分析中存在的问题,给出了修正方法,通过算例计算验证了该修正方法的正确性.

波前功率谱密度函数评价方法探讨

波前功率谱密度 PSD( Power Spectral Density)能定量给出波前畸变的空间频率分布、限定波纹度和粗糙度指标 ,全面反映 ICF驱动器对高功率激光光学元件加工质量的特殊要求。给出了波前功率谱密度 PSD的定义及计算方法 ,并使用大口径相移干涉仪作为波前检测仪器 ,对光学磷酸盐钕玻璃透射波前进行了测试实验 ,获得波前一维 PSD分布 ,证实功率谱密度为高功率激光光学元件波前参数的一种有效表征方式。同时 ,还对 PSD与均方根 RMS之间的关系进行了初步的讨论。

自适应光学系统控制效果分析的功率谱方法

用Ｈ－Ｓ波前探测器得到校正前后波前相位时间功率谱，分析了自适应光学控制系统对大气湍流扰动波前的时域校正效果。

强激光系统波前功率谱密度的数值计算研究

惯性约束聚变(ICF)系统中,影响激光聚焦性能的一个重要指标是波前功率谱密度(PSD),它所对应的空间周期为0.12～33mm。对PSD的数值计算所涉及到的关键技术进行了详细的理论及实验分析研究。通过对中频段的波前位相均方根值的分析表明,波前数据的空域处理采用Quad flip技术较为合适,对频域滤波器的选用需要综合考虑滤波的有效性及波前的失真。通过对二维PSD的分析表明,空域处理采用加窗技术较为合适。该项研究为ICF系统中的PSD指标的确定及检测算法奠定了基础。

非Kolmogorov大气湍流温度谱标度指数的测量与分析

阐述了非Kolmogorov湍流谱理论以及湍流谱标度指数的测量与计算方法。在近地面多个地点对大气湍流温度起伏进行了多次的实验观测,结果表明:实际大气湍流温度谱标度指数多数不等于-5/3,并且通常在-2到-1之间变化。分析了湍流温度谱标度指数与湍流发展程度的相关性,利用小波分析方法展现了不同湍流强度下湍流温度脉动能量在各尺度之间的分配状态,发现湍流温度谱标度指数的绝对值在一定程度上随湍流强度的增加而增大。

横掠管束的两相流湍流激振力的包络谱研究

蒸汽发生器等换热器中存在大量受两相流冲刷的管束结构。计算两相流湍流导致的管束振动响应时,需先确定流体激振力的功率谱密度(PSD)。由于缺乏有公认合理的两相流激振力的无量纲归一化方法,从而导致没有可供工程应用的两相流激振力的PSD包络谱。本文通过修改de Langre无量纲归一化方法中的混合物流速定义,获得1组新的两相流激振力PSD的包络谱。通过将本文包络谱与基于单相流的包络谱和de Langre包络谱的对比,并针对非均匀横向两相流作用下的蒸汽发生器U型传热管,计算了3种包络谱作用下的湍流激振响应。结果表明,基于单相流激振力PSD包络谱作为输入计算两相流湍流激振响应并不保守,而本文包络谱在保证安全性的前提下适当降低了de Langre包络谱过高的保守性。

利用功率谱密度评价离子束抛光光学元件表面粗糙度

利用功率谱密度(PSD)评价光学表面粗糙度具有传统评价手段(Ra)所不具备的优势。给出了功率谱密度的计算方法,以及抽样方向与一维PSD曲线的关系。在离子束抛光K9玻璃实验中引入PSD曲线,以评价抛光光学零件的光学表面粗糙度,结合PSD曲线与Ra值能够更全面的指导光学加工。

湍流边界层脉动压力波数-频率谱模型对比研究

湍流边界层噪声是舰船主要水动力噪声之一。湍流边界层噪声预报须选用适当的脉动压力波数—频率谱模型。引入6种常用的脉动压力波数-频率谱模型,在波数域和频域内进行对比;运用这些模型对槽道流边界层脉动压力自功率谱进行预报,并引入试验结果进行对比,为工程应用中选择适当的脉动压力波数—频率谱模型提供依据:Corcos模型物理意义明确,但预报精度稍差;Chase模型表达式复杂,经验性更强,物理意义不明晰,预报精度较高。

三维超声风速仪测量近地面湍流谱及C_n^2的初步研究

采用2011年1月在合肥地区复杂下垫面上使用超声风速计测得的风速三分量和温度分湍流实验观测数据,计算分析了合肥地区冬季的不同稳定度条件下的湍流谱特征。并和其他实验进行对比,得到了湍流特征量在不同稳定度下能量谱的曲线拟合公式以及谱峰的位置变化情况,温度谱尾部上翘的现象。另外,比对了超声风速计和温度脉动仪(即单点和双点温度测量法)测得的C_n^2,发现二者符合较好。

功率谱噪声改正和斑点全息术象复原

简要地介绍了斑点全息术的原理 ,分析了存在于实际数据中的各种噪声对功率谱造成的严重影响 ,讨论了消除噪声偏差的方法 ,最后报导了用斑点全息术对两双星的高分辨率象复原结果。