污染扩散流场数字图像量测系统

为在环境风洞实验中模拟污染物的扩散流场及变化情况,基于光学粒子散射理论和数字图像处理技术,并利用粒子图像测速(particle image velocimetry,PIV)技术,研制了一套具有全流场量测、非接触及低成本等特征的瞬态流场定量光学测量系统。将系统用于环境风洞模拟中,可对城市小区、街道峡谷及交通高架污染物等的扩散状况进行定性观察,还可对污染物的流场进行定量量测。可为污染物流场的理论研究、数值计算及环境规划提供参考。     

基于片状激光-CCD浓度测试系统研究屋顶形状对街谷内污染物扩散的影响

基于风洞实验平台,利用研发的片状激光-CCD浓度测试系统结合数值模拟,研究不同屋顶形状对街道峡谷内线源污染物扩散分布的影响。结果表明,采用的浓度测试系统可以在不影响流场的情况下清晰再现街道峡谷内部污染物分布的特征,并且测试结果与数值仿真结果有较好的一致性。当迎风建筑屋顶低于背风建筑屋顶时,街谷内为一顺时针主涡,污染物主要聚集在街谷背风侧;迎风建筑屋顶高于背风建筑时,街谷内形成顺时针旋涡在上、逆时针旋涡在下的两个耦合旋涡,此时污染物在街谷迎风侧聚集。     

基于TDLAS的同轴扩散火焰温度与CO_2浓度测量

温度与组分浓度的空间分布对火焰中多环芳烃和碳烟生成机理的研究非常重要。本文基于可调谐二极管激光吸收光谱(TDLAS)技术对甲烷同轴扩散火焰温度与CO_2浓度的空间分布进行测量。针对轴对称的同轴扩散火焰,本实验采用4.2μm的中红外带间级联激光器测量了不同火焰高度上路径积分的吸光度谱线,并通过傅里叶分析Abel逆变换方法重建出各点的光谱吸收率谱线。结合HITEMP数据库,通过最小二乘法拟合实验数据得到火焰温度与CO_2浓度,并将TDLAS测量结果同CFD仿真进行比较。发现TDLAS温度与CO_2浓度测量结果与CFD仿真吻合良好,但由于未能全面考虑辐射效应,CFD仿真高估了最大火焰温度,计算的最大CO_2浓度和火焰面高度偏低。     

空气净化器的流场模拟与模型优化

以硫化氢为目标污染物,运用CFD数值模拟对空气净化器内部气流进行模拟与分析。建立系统内部气流组织的网格模型,对滤网阻力特性进行实验研究与分析,采用Fluent软件对系统内部流场进行仿真,在空气流量340m³/h的工况下,得到不同进出口模型的速度场、压力场与出口污染物浓度。仿真结果：流速与压降均随着进出口尺寸的增大而减小,在Y=150mm截面上气流速度变化最大。与矩形进出口相比较,圆形进出口内部气流较为稳定,出口污染物浓度更低。为了使系统内部气流稳定,减少涡流效应与气流叠加现象,应使进出口尽可能地覆盖风道主体。根据模拟仿真结果,可以对空气净化器结构与净化模块进行合理的优化设计。     

基于LabVIEW的风洞湍流场风速的计算机仿真研究

介绍了一种基于LabVIEW的风洞控制系统中湍流场风速的计算机仿真方法。以Von-Karman谱作为湍流风场的功率谱,建立数学模型,推导出湍流场风速时程的计算表达式。在此基础上利用LabVIEW软件开发设计了风洞湍流场风速的发生程序,并对湍流场风速进行了频域分析和时域分析以及作为主动控制风洞系统的输入信号的仿真与处理。研究分析表明计算机仿真结果符合风洞控制系统的模拟自然风湍流场的要求。     

激光粉尘浓度测量系统中关键参数的分析设计

介绍了基于光透射理论的激光浓度测试系统,对其关键参数的选取和计算进行了研究,并着重分析了光源波长和吸收层厚度对浓度测量范围的影响,利用计算机仿真,给出了激光浓度测量系统光源波长、吸收层厚度等关键参数的参考值。最后通过实际测量,对其进行了验证。     

基于光纤耦合的激光引信测试设备

为实现激光引信发射光功率和灵敏度的准确测量,将光纤耦合技术应用到激光引信测试设备的研制中,开展了激光引信原理和激光耦合光纤特性的分析,提出了一种基于光纤耦合半实物仿真的设计方案。采用带调整机构的激光耦合光纤装置设计,提高了光纤的耦合效率;采用基于衰减片组合的光学衰减机构设计和基于分光棱镜的光学系统设计,实现了激光引信回波的实时调整和准确测量;采用基于总线的实时测控系统设计和LabVIEW模块化软件设计,实现了良好的人机交互界面,最后用测量系统分析法对测量设备的精度、重现性和一致性进行了评估分析。研究结果表明,该系统能够准确测量激光引信的光功率和灵敏度,且测量精度和测量误差均满足要求。     

激光角度欺骗干扰内场仿真系统精度分析

针对激光角度欺骗干扰设备的外场试验条件要求高,费用耗费大等问题,讨论了激光角度欺骗干扰内场仿真试验的实现技术.通过对外场试验环境进行等效模拟,在内场构造了一个对激光角度欺骗干扰装备进行检测的仿真试验系统.介绍了系统的组成原理,推导了弹目角与摆镜转角、设备距离以及设备基线与漫反射屏距离关系,并在此基础之上对弹目角的精度进行了分析.最后,用莱卡经纬仪实际测量得到弹目角,从而得到弹目角误差.测量结果与理论分析显示,方位最大误差为17″,俯仰最大误差为13″.得到的结果证明了激光角度欺骗内场试验方法的正确性和可行性.     

基于热电偶的低速风洞气流温度误差补偿方法

低速风洞气流温度数据质量是影响风洞流场品质的关键,针对热电偶测量导热误差和辐射误差补偿方法开展了专项研究。具体基于传热学基本原理,开展了基于热电偶丝浸入长度定值导热误差补偿方法、周围温度相对变化率定值辐射误差补偿方法研究,得到了热电偶浸入长度和周围温度相对变化率与温度测试误差之间定量关系的仿真结果。为了对于误差机理分析和仿真结果进行验证,开展了风洞验证试验。试验结果表明：热电偶浸入误差实测结果与理论仿真结果基本一致,周围温度相对变化率ω<1,可以降低温度测量辐射误差对于温度均匀性影响7.12倍。所提方法对于气体介质条件下热电偶工程应用提供了有益探索和技术依据。     

空调器室外机流场和噪声特性

针对分体空调室外机空气侧流场和声场的特点,采用计算流体动力学(CFD)的方法对该系统的气体流动进行数值模拟。详细分析了轴流风扇流道内部和出口的速度分布,并利用激光微粒图像测速(PIV)手段,验证数值模拟结果,模拟结果与PIV测量值吻合较好。在CFD数值模拟的基础上,运用Lowson模型预估系统的离散频率噪声,预估值与测量值吻合较好。CFD技术能够有效地分析室外机空气侧流场特性,并为进行气动声学分析提供依据。     

亚音速可调气流温度风洞试验台设计

设计研究的气流模拟试验台是一座小型开口高速风洞,可以对试验段温度进行调节。在气动热力方案设计和计算的基础上,采用软件Fluent对风洞收缩段设计参数进行优化设计并进行了试验段流场的模拟计算,模拟计算流场及温度场结果表明设计合理。在优化设计的基础上加工制作了一座风洞,实际测量表明该风洞的流场品质优良,试验段温度符合设计要求。     

Pollutant dispersion over two-dimensional hilly terrain

Numerical prediction of the wind flow and pollutant dispersion over two-dimensional hilly terrain is presented. The wind tunnel experiments are conducted to validate the numerical results of the flow field. Measured mean velocity profiles, turbulence characteristics, and surface pressure distributions show good agreement with the numerical predictions. The hypothesis of Reynolds number independency for an atmospheric boundary layer flow over aerodynamically rough terrain is numerically confirmed. The linear theory provides generally good prediction of speed-up characteristics for gently sloped low hills. The effect of two-dimensional double hills on the dispersion of pollutants from continuously or temporally released line source of different emission heights and locations is also investigated. The ground-level concentrations are considerably reduced as emission heights are increased. The variances of ground-level concentration with respect to time from a temporally released source are strongly influenced by the flow separation.     

基于Fluent的传热风洞流场品质研究

基于计算流体动力学分析软件Fluent对一台吸入式直流传热风洞内部流场进行了数值模拟,分析了风洞主要部件(整流段、收缩段和实验段)的长度对风洞流场品质的影响,得出实验段两种雷诺数下的速度曲线,发现Re=500时实验段气流发展并保持得更均匀平稳;而Re=104时,实验段气流速度有明显下降,对试验的结果将会产生一定影响。本研究对该类风洞的优化设计有一定参考价值。     

基于激光差分探测技术的悬浮物质量浓度测量方法

提出了一种基于激光差分探测技术的悬浮物质量浓度测量方法,用于测量烟雾、粉尘等空气悬浮颗粒的含量。利用悬浮颗粒对光的散射,可以在不影响悬浮物颗粒特性的前提下,对其实现实时在线监测。另外,借助于参考光与测试光的直接差分放大,可以消除激光能量起伏以及其他扰动对测量的干扰。通过对激光在悬浮物颗粒中传播时衰减原理的研究,获取悬浮物颗粒质量浓度与光强衰减的关系,搭建了一套激光差分探测悬浮物质量浓度的实验系统,进行烟雾质量浓度的实际测量,验证了该测量方法的可行性。     

城市隧道竖井送排式通风优化

为了更有效地发挥送排风竖井在城市隧道中的通风作用,选择合理的送排风组合是一个重要的途径。本文采用CFD方法,对5种排风速度与5种送风速度的25种送排风组合进行了模拟,分析了不同送排风组合隧道内的通风效果。模拟结果表明:当送排比大于1时,隧道内会出现回流,且送排比越大,隧道回流效应越强,经济效益越低。隧道内气流分布和污染物浓度都与送排风组合有关,较大的排风速度虽有利于降低污染物浓度,但能耗也较大,过大或者过小的送风速度都会使隧道局部污染物浓度过高,降低通风作用。因此,综合考虑隧道通风经济性和实用性,确定排风速度为5~6m/s和送风速为8~12m/s为最优组合。选择合理的送排风组合,不仅能有效控制隧道污染物浓度,还能减少能量损失,对城市隧道的建设具有指导意义。     

基于光辐射压力的激光功率测量技术

随着激光应用领域的快速拓展,超高峰值功率、超窄脉宽逐渐成为未来激光行业的重点研究方向之一,这种激光的超高电场能量给高精度的激光功率测量提出了挑战。传统的激光功率测量方法,如光电法、热释电法、量热法等逐渐显露出不适用于上述激光功率测量的缺点,此外上述方法都难以实现实时、在线测量。为了克服以上困难,需要一种新型激光功率测量原理与方法。以美国国家标准与技术研究院为代表的机构提出了一种光辐射压力测量法,该方法使激光作用在高反射率的反射镜上,激光动量形成了光辐射压力,这个力可以采用多种力学传感方式进行计量。该方法不但能实现激光功率快速、准确测量,而且不影响激光能量传输,可以实现实时、在线的激光功率测量。系统回顾了国内外通过光辐射压力测量激光功率的基本原理和系统组成,光辐射压力测量激光功率的研究现状,并对该方法的发展方向进行了展望。     

小型风洞实验实时检测研究

小型风洞实验装置是流体力学、传热学和检测技术等学科进行科学实验和教学实验的重要设备。本文论述了将传统的小风洞实验装置改造为现代化的自动实时检测系统的设计过程。这一工作极大地提高了其性能价格比 ,对实验设备的建设和改造具有大的参考价值。     

1Cr13不锈钢板激光弯曲数值模拟

在综合分析了材料的热物理性能和力学性能随温度变化影响的基础上,建立了板料激光弯曲成形的三维热力耦合模型.对1Cr13不锈钢钢板的激光单次扫描弯曲过程进行了数值模拟,得到了形变场、温度场以及应力场模拟结果,并对其变形过程和变形机理进行了分析.     

超音速光学导引头整流罩优化

导引头整流罩形状既影响导引头内光学系统成像质量,同时也影响导弹总体飞行阻力,进而影响导弹射程。整流罩形状分外曲线与内曲线两部分,以优化导引头整流罩内外曲线为目的,本文通过空气动力学仿真得到整流罩外曲线长径比与阻力的关系函数,采用光程差的评价方法得到整流罩外曲线长径比与成像质量的关系函数,在确定空气动力性能与成像质量权重后,得到优化后的整流罩外曲线,外曲线为ε=2的椭圆。在获得外曲线形状的基础上,以光线经过整流罩后偏折最小为优化目标,运用光线追迹方法,建立优化函数,最终得到优化的整流罩内曲线,内曲线为R=33.31,c=-0.78的二次曲线。