Simulation of Kelvin-Helmholtz Instability with Flux-Corrected Transport Method

第六顺序的精确阶段错误改正流动的运输数字算法被介绍，并且过去常模仿绝对温标 Helmholtz 不稳定性。模拟的线性生长率同意绝对温标 Helmholtz 不稳定性的线性理论。它显示这个模拟方法的有效性和精确性。方法也有不稳定性接口变丑的好捕获的能力。

一种球形光度计等价光谱透射比的测量方法

本文提出一种球形光度计等价光谱透射比的原位测量方法。使用球形光度计测试光源总光通量,因标准灯与被测灯的光谱差异进行光谱失配修正,等价光谱透射比是计算该修正的输入参数之一。为避免对积分球上的毛玻璃和球壁上的涂层样品拆卸安装,使用原位方式,通过比较毛玻璃漫透射出口处和积分球中心标准灯的光谱差异,计算等价光谱透射比的值。应用该方法,使用球形光度计测试白、红、绿、蓝四色LED样品的总光通量,与分布光度计的测试结果比较,实验数据显示两者在不确定度内一致,验证了所提出的等价光谱透射比测量方法可行性。

能够校正相位误差的感应电机全阶磁链观测器

感应电机的传统全阶磁链观测器,采用预估校正法进行离散时转子磁链估计相位的误差较小。但是电机高速运行时,随着载波比的减小,估计相位误差会随之增大,进而引起电机控制性能下降。有鉴于此,通过分析磁链相位误差的影响以及电机控制变量之间的相互作用关系,推导出一种具有相位误差自校正功能的改进全阶磁链观测器。最后在感应电机实验平台上验证了改进全阶观测器的有效性。

垂直管内高质量流速超临界CO_(2)换热特性

利用已有的流动传热实验数据,对不同湍流模型预测超临界CO_(2)(S-CO_(2))传热能力进行了评价及选取,确定了SST k-ω湍流模型为最优模型。分析了入口温度、热流密度、质量流速、浮升力和流动加速效应对内径为10mm的垂直加热管内S-CO_(2)的对流传热特性的影响。结果表明:在一些工况条件下Bu<10^(-5)、Bu^(*)<5.6×10^(-7)和K_(v)<3×10^(-6)并不满足,表明浮升力和流动加速度效应并不能解释高质量流速下的数值模拟结果。基于超临界类沸腾理论,建立了垂直加热管内S-CO_(2)类沸腾传热模型,并阐述了S-CO_(2)传热恶化现象,径向方向上S-CO_(2)热物性和湍流的详细分布表明超临界传热受类气膜的厚度、类气膜的热性质和近壁区湍流动能的影响很大,成功解释了SCO_(2)在高质量流速下的传热机理。最后引入超临界沸腾数SBO,提出了适用高质量流速的传热关联式。

稻麦轮作农田近地层湍流通量计算方案对比研究

稻麦轮作农田是我国典型农田类型,其模拟效果对我国农田气候模拟具有重要参考价值。气候中尺度模拟结果对近地层通量极为敏感,选择合适的通量计算方案对模拟效果至关重要。因此,对比分析稻麦轮作农田下不同的通量计算方案具有重要意义。本文选取了8种具有代表性的近地层湍流通量计算方案,采用寿县国家气候观象台实测资料对比分析了各方案在稻麦轮作农田的计算特征和差异。结果表明,在不同稳定度和不同风速情况下,各方案的误差特征各异。本文基于归一化标准差综合评价了各方案的准确度,总体而言,所有方案的动量通量总体平均归一化平均差为0.536,其中SS14(Sharan和Srivastava, 2014年)方案最大为0.575,SS20(Sharan和Srivastava等,2020年)方案最小为0.517;所有方案的感热通量总体平均归一化标准差为0.638,其中GLGS20(Gryanik等,2020年)方案最大为0.871,SS14方案最小为0.476。此外,本研究还给出了稻麦轮作农田不同稳定层结和不同风速情况下各通量计算方案的误差特征。本文的研究结论,可为准确计算近地层湍流通量提供支撑。

异步电机精准磁场定向控制策略研究

针对传统的矢量控制方法存在参数易漂移、磁场定向不准的问题,提出了一种基于电机转子磁链位置角的磁场定向校正方法,实现异步电机精准磁场定向控制。具体实现方法为在原有的矢量控制模型下,加入前馈解耦,由解耦后的电机模型推算出转子磁链位置角用以补偿转子时间常数,使电机能够保证精准的磁场定向。仿真和实验结果表明:提出的基于转子磁链位置角的磁场定向校正算法能准确地辨识出转子时间常数,实现异步电机精准磁场定向控制,改善电机的控制性能。

大气中短空气间隙流注放电过程数值仿真

介绍了气体放电过程的流体数值模型,并将有限元(finite element,FE)和通量校正传输(flux-corrected-transport,FCT)法结合求解该模型。针对求解时间过长的问题,引入网格自适应剖分法和并行计算方法,提高了计算精度和效率。采用所提出方法仿真了棒板间隙流注放电过程,与实验结果吻合较好。基于仿真方法研究了电压大小、电极形状对放电的影响。基于气体放电现象的物理本质,从微观上研究了气体放电过程,得到了流注过程中空间电荷、电场分布等难以直接测量的微观参量。

红外焦平面探测器测试数据的校正

针对红外焦平面探测器现有测试方法的不足,讨论了像元辐射通量的校正方法,推导的校正公式具有相当高的精度,适用于不同规格的圆形冷屏探测器。介绍了凝视红外焦平面探测器测试数据的校正研究,对Sofradir中波320×256探测器的输出信号数据进行了校正,并对校正结果进行了讨论。校正因子与真实解(数值解)十分接近,66个数据的平均相对误差为0.04%。校正后的曲线十分平直,信号的非均匀性有较大改善,由校正前的3.27%下降到1.33%,响应信号的平均值有所提高。为了真实地反映探测器的性能参数,特别是非均匀性,需要对像元辐射通量进行校正。

均匀场中SF6二维流注放电模型的动态仿真

为了对SF6气体的放电过程进行深入研究,使用含电子、正离子、负离子的连续方程对SF6气体的放电过程建模,通过耦合泊松方程进行了解决空间电荷对电场的畸变影响的研究。使用通量校正传输法(Flux-Corrected Transport)求解连续方程,并首次实现了二维情况下的SF6放电过程的动态仿真。模拟过程考虑了带电粒子及中性气体分子的电离、吸附、复合、扩散以及光电离等过程。从仿真结果可见,SF6放电时的电子崩转化成了正、负流注,并且光电离过程加速了流注的发展。通过仿真使得SF6流注放电机制的研究从定性变为定量,这对于进一步研究SF6及相关气体的放电机理具有重要意义。

SF_6/N_2混合气体电击穿特性仿真及实验

通过求解两项近似Boltzmann方程,得到SF_6/N_2的放电参数,并将该参数引入流体模型。结合有限元法和通量校正传输法对SF_6/N_2的流注放电过程进行循环迭代求解,计算其击穿电压。以均匀电场中压强0.1~0.6MPa、间隙5mm为例进行数值模拟,通过气体放电实验对计算结果进行验证。根据计算及实验结果得到不同混合比、压强下SF_6/N_2的协同效应系数,分析采用上述计算方法研究混合气体协同效应的准确性。为更全面地反映混合气体应用条件,进一步开展压强低于0.1MPa的SF_6/N_2击穿特性实验研究。研究表明:随着电子崩不断向前发展,放电间隙的空间电子数密度快速增长,SF_6放电过程中的空间电子数密度增长速度低于SF_6/N_2。0.1MPa下20%SF_6/80%N_2放电5ns时的电子数密度峰值达到4.6×1014m^(-3),而SF_6中该值仅为3.7×1012m^(-3)。当气压为0.1~0.6MPa时,SF_6/N_2击穿电压计算值与实测值的最大误差为9.23%,协同效应系数计算值随压强、混合比的变化趋势与实验结果相符,误差均值为5%。0.02~0.08MPa下SF_6/N2击穿电压、协同效应系数随压强、混合比的变化趋势与0.1~0.6MPa下的基本相同。

均匀电场下SF_6气体击穿电压的数值计算及光谱实验研究

根据流注理论建立反映SF_6气体放电过程中微观粒子动力学特性的流体动力学模型,将有限单元法（finite element method,FEM）与通量校正传输法（flux corrected transport,FCT）相结合,通过循环迭代求解气体的放电过程,得到其击穿电压及空间电子数密度分布。为了证明上述方法的正确性,以均匀电场中气体间隙5mm为例进行数值计算,并通过搭建气体放电光谱实验平台,测量其击穿电压以及导电通道内的等离子体谱线信息,采用Stark展宽法及光强比值法对谱线进行分析,得到电子数密度等参量。在此基础上,分析气体压强对击穿电压及等离子体导电通道内电子温度、电子数密度的影响,建立宏观参量与微观参量的对应关系。研究结果表明：当气压为0.1~0.4 MPa时,SF_6的击穿电压与压强基本呈线性关系,计算结果与实验值随气压的变化趋势一致,但存在一定误差,最大误差为15.51%。电子温度随气压的升高而逐渐下降,0.4 MPa时降低到3.68×10~4K。等离子体导电通道形成时,空间电子数密度分布均匀,计算得到的平均值与实测数据均随压强的升高而增大,其最大误差为17.02%。所得的实验数据能够在一定程度上验证计算方法的正确性。

针-板电极下SF_6的电晕放电特性分析

为研究SF_6气体在针-板电极下电晕放电特性,通过建立SF_6气体电晕放电的流体模型,采用有限元-通量校正传输法(finite element method-flux corrected transport,FEM-FCT)对其进行仿真计算,得到负针-正板电极下电晕放电过程中的电子数密度分布以及空间电荷对电场的畸变作用。在此基础上,提出一种SF_6气体电晕起始电压的数值计算方法,对放电过程进行循环迭代求解,计算SF_6气体在不同气体压强、电极间距下的电晕起始电压。通过脉冲电流法开展SF_6电晕放电特性研究,测量负针-正板电极下电晕起始电压,对计算结果进行验证。研究表明:随着电子崩不断向前发展,其头部的电子数密度迅速增长,当气压为0.1 MPa、5 mm绝缘间隙放电4 ns时的电子数密度峰值达到4.85×1015 m–3;放电过程产生的空间电荷将导致外电场畸变,气压为0.1 MPa、5 mm间隙放电4.4 ns时电场强度最大值为30.7 kV/mm;SF_6电晕起始电压随气体压强升高基本呈线性增长、随间距增大而增长缓慢;针板间距5 mm时,计算值由0.1 MPa时19 kV上升到0.6 MPa时的71.4 kV,实验测量值略低于仿真计算值。

二阶弹性波动方程高精度交错网格波场分离数值模拟

给出了一种等价的二阶弹性波动方程,以解决弹性波场中完全弹性波动方程不能完全分离耦合的纵、横波波场问题。应用高阶交错网格有限差分法求解该波动方程,并使用通量校正技术(FCT)进一步压制频散,采用均匀介质模型和层状介质模型进行波场分离数值试验,精确得到了混合波场、完全分离的纯纵波及纯横波波场。数值结果分析表明,本文方法在均匀介质情况下准确可靠,在分离后的纯纵、横波波场中可观察到较为丰富的能量转换信息,这对认识复杂弹性波的传播规律及弹性波理论具有重要意义。

核电厂核仪表系统功率量程中子注量率变化率校正系数的仿真研究

核电厂核仪表系统功率量程中子注量率变化率是重要的保护参数,对该参数的计算进行正确的校正,既可以保证在发生弹棒和落棒事故时正常执行停堆功能,又可以在寿期初和寿期末发生甩负荷至厂用电运行工况时避免停堆而影响核电厂的经济性。依据功率量程中子注量率变化率校正的基本原理,以岭澳核电站二期和秦山核电厂二期扩建工程为例,论述了利用仿真分析工具,开展中子注量率变化率校正系数仿真研究的基本方法,相关研究结果已成功应用于现场调试。

基于分形理论的SF_6/N_2混合气体放电仿真

为了研究SF_6/N_2混合气体电介质击穿现象,利用编写的Matlab程序对放电通道发展过程进行数值模拟,并结合分形几何原理计算放电树枝的分形维数。基于分形理论,建立了考虑空间电荷分布和引入物理时间的棒-板分形放电仿真模型,通过有限元方法(FEM)计算空间电场,并首次结合通量校正传输(FCT)法求解带电粒子连续性方程,研究了不同发展概率指数、不同放电阈值和SF_6含量变化下分形放电特性。结果表明:概率指数越大,SF_6含量越高,则分形维数越小,放电树枝分叉也越少;体积含量50%/50%的SF_6/N_2混合气体放电分形维数D=1.219 2,整个放电过程流注发展平均速度为1.15Mm/s,并得到了不同时刻空间电荷及轴向电场与电子浓度的分布。

流动沙丘涡度相关通量的坐标旋转订正与对比研究

复杂下垫面导致近地面大气运动具有特殊的动力学和热力学特征,进而影响物质和能量的交换过程。以科尔沁流动沙丘7月份涡度数据为例,分析由于地形引起的风速、旋转角度β的变化,采用二次旋转法(DR)和平面拟合法(PF)对水热通量、数据质量对比分析,结果表明:(1)地形平缓区(180°~330°)垂直风速>0,β在1.677 3°左右;地形陡峭区(330°~180°)垂直风速<0,β在-1.648 6°左右。(2)DR法和PF法对潜热通量影响很大,分别增加17%和减小15%,DR法订正前后水热通量相关性均高于PF法。(3)DR法和PF法订正后的数据分别有89.6%和89.3%通过湍流发展的充分性检验;DR法订正前后摩擦风速相关性高于PF法;能量闭合率分别提高了3.47%和2.78%。(4)整个生长季中,6、8月订正后涡度数据质量有较好的提高。因此,DR法更适用于起伏较大的流动沙丘。研究结果充分考虑地形对涡度数据影响,为科尔沁沙地及具有相似地形的地区涡度数据的合理使用提供参考。

一种快速实用的灰度校正算法

介绍了光学成像系统灰度衰减模型 ,提出了一种快速的灰度不均图象校正方法 .该方法不需要其他的外部参数 ,也不需要模型 ,仅通过对灰度不均的图象自身进行运算来加以校正 ,它基于通过原图象减去背景图象来消除不均的策略 ,根据图象特性 ,直接从原图象中取出属于背景上的点 ,再通过插值或曲面拟合等方法得到整个背景图象 .该方法不但保持了原图象上的目标 ,而且效果明显 ,简单快速 ,并具有很好的通用性 .高速公路路面病害检测实验结果验证了该方法的有效性 .

热带季节雨林林冠碳通量不同校正方法的比较分析

利用西双版纳热带季节雨林2003年3月1～9日的CO2和水汽通量数据,比较了不同校正方法的差异.结果表明,对季节雨林林冠碳通量观测数据进行校正是必要的,但不同校正方法所起的作用有所差异;昼间WPL校正的作用最大,虚温校正的作用最小;t检验证明,经WPL修正后的碳通量值与基准值、无显著差异;聚类分析表明,进行自然风3次旋转校正有利于数值精度的提高.夜间是自然风旋转校正的贡献最大、虚温校正贡献最小;t检验表明,经过WPL修正和平面旋转校正及其组合得到的碳通量值与基准值均有显著差异;而经包含有自然风旋转校正处理后的碳通量值与基准值均无显著差异;聚类分析表明,经过自然风坐标旋转后,再进行WPL修正,有利于数值精度的提高.

海上粘弹介质FCT有限差分正演模拟

高阶有限差分正演模拟将时间和空间离散,以差分代替微分,其求解精度受子波主频、网格大小以及有限差分精度的影响,不当的话会引起数值频散。海上勘探采用的气枪震源子波频带较宽,主频高,波长短,数值频散现象严重,而减小空间网格大小和提高有限差分精度需要较大的计算量和较长的计算时间。针对这一特点,采用通量校正传输(FCT)技术与有限差分相结合的方法来减少数值频散。在分析气枪震源子波的特征及该子波在粘弹介质中传播频谱特征的基础上,采用FCT有限差分模拟对粘弹介质盐丘模型进行了正演模拟。结果表明,FCT有限差分能够有效地压制数值频散,可以提高模拟的精度和运算效率。

SF_6/N_2混合气体流注放电二维动力学模型的计算机仿真

使用流体连续方程对SF6/N2混合气体放电过程进行建模,并采用通量校正传输法(Flux-Corrected Transport,FCT)首次实现了低SF6含量的SF6/N2二维流体模型的求解。结果表明,SF6/N2放电过程可分为电子崩和流注两个阶段;正负电荷分离后使得间隙电场发生了畸变,并导致等离子体更快地向两极发展;光电离对负流注的形成与发展造成了很大的影响。