多层反膜系反射特性的计算机模拟计算及其应用

根据薄膜光学与膜系设计的原理,对非四分之一波长的多层反射膜系的反射特性进行了计算,总结出高折射率薄膜的光学厚度与膜系的倍频反射带之间的关系,并以此指导设计出特殊要求的多层反射膜系.     

液力变矩器仿生叶片压降性能试验

为了提高液力变矩器的性能和效率,在改变叶轮和叶片常规参数的基础上,将仿生学技术融入到叶片设计和试验当中.首先介绍了仿生植物叶片表面和仿生动物皮肤表面设计叶片的思想,然后给出了仿生叶片的制造过程,最后利用研制的试验台对设计的仿生叶片进行了压降性能测试.试验表明,该仿生叶片的减阻特性优于光滑叶片,进而可减小液力变矩器的内部流动损失,提高液力变矩器的整体效率.该试验设计思路和实施过程还可为如何利用仿生学的思想解决工程实践中遇到的问题提供借鉴.     

基于偏振散射特性的仿生植被识别方法研究

为了研究仿生植被涂层的检测问题,从电磁波的偏振特性出发,研究了平面单色波的斯托克斯矢量与空间几何参数和相位参数之间的几何含义,利用偏振椭圆及其几何参数建立了物理模型,结合电场矢量方程,得到了被测量样品表面的振幅比(K)、相位延迟(δ)和偏振度(P)。分别通过7个不同的测量角度对樟树树叶和3种绿色仿生涂层进行实验,利用测量数据分析了4种物质表面的偏振散射特征,最后应用菲涅尔方程验证理论模型。     

水田叶轮仿生增力叶片

根据水牛蹄适于水田等松软地面行走的特性,运用逆向工程技术提取其低行走阻力的外形几何特征,设计了水田叶轮仿生叶片,并确定了水田叶轮仿生叶片的3个关键设计参数。运用试验优化技术得到了影响因素的主次排序和最优水平。试验室土槽对比试验结果表明,仿生叶片提高了叶轮轮叶的牵引和驱动性能,与目前常用的平板叶片相比,产生的最大推进力提高37.8%,轮叶效率极值提高38.3%。水田土壤田间试验结果表明,装配仿生叶片的叶轮在泥脚深度为300 mm的水田具有较好的适应性。     

冬小麦根系生长二维仿生模拟

以实际冬小麦根系生长试验的观测值为限制性条件,从生命进化的观念出发,把水分含量、水分梯度和温度分布等环境因素作为影响植物根系生长的环境因子,建立根系生长准则,结合非饱和多孔介质中传热传质的数学模型,对不同生长期的根系生长进行了二维仿生模拟,分析了根量分布规律,再现了冬小麦地下根系部分的动态生长过程。结果表明:小麦根系生长呈现出明显的"向水性"。     

光回归反射织物的研究中粘合剂的选择

为了得到高反射率的回归反射涂层产品，本项目通过大量实验，生产出最佳的粘合剂及优选出其用量，并利用扫描电镜照片进行了分析。     

光从晶体到各向同性介质界面的反射和透射

为了分析光在晶体界面的能量损失,给出了一种求解反射率和透射率的方法。分析了光从单轴晶体入射到各向同性介质表面时的折射和反射,根据在界面处电磁场的边界条件和位相匹配条件,得到了在晶体界面的菲涅耳公式。在晶体光轴取向任意的条件下,给出了反射的o光、e光以及折射光的偏振状态和振幅以及表明各光束间能量关系的折射率和反射率的理论表达式,为晶体器件特性的研究提供了有力的理论工具。数值模拟表明,所得结果满足能量守恒;射入各向同性介质中光的电场(或磁场)与原入射光的电场(或磁场)不再平行;光轴的取向和入射角的大小对折射光的偏振方向和能量有重大影响。     

光可变材料碎膜的光性定量研究

针对光可变材料碎膜具较强的反射性且透射率近于零的特点 ,使用既简捷又准确的检测方法评价了碎膜样品的质量 ;利用显微分析方法研究了其色散光性 (即反射率光谱 ,40 0～70 0 nm) ,描述了其特有的单色性 ;再使用作者所设计的软件自动计算出颜色指数 ,从而可定量地评价其光性 .结果表明 :碎膜样品的色调主要集中在绿色 ,其中 3号样品的饱和度、亮度最高 ,但其色调偏黄 ;1 ,2号样品的色调一致 ,其中 1号样品颜色饱和度高、亮度稍低 ,最适合用作防伪标志的材料 .     

光反馈光腔衰荡技术同时测量高反膜S和P偏振反射率

提出采用光反馈光腔衰荡技术同时测量高反膜的S（垂直于入射平面）和P（在入射平面内）偏振反射率的方法,通过将一束具有一定偏振比、光强方波调制的偏振光入射到衰荡腔中,在调制方波下降沿记录从衰荡腔腔镜透射的光腔衰荡信号,通过双指数拟合得到S、P相应的衰荡时间,从而计算得到高反膜S、P偏振光的反射率。与采用纯S（P）光测量得到的偏振反射率相比,S和P偏振反射率偏差分别仅为1 ppm和15 ppm,证明了同时测量结果的正确性。与传统光腔衰荡测量高反膜偏振反射率方法相比,该测量方法装置简单,操作方便,测量更快速。     

金属颗粒的光散射模拟

以Mie理论为基础,用数值计算方法分析了金属球型颗粒的光散射特性,给出了金属颗粒对平行入射光的散射强度函数和散射偏振度的数值计算方法。利用Matlab软件模拟得到了散射光强度函数和偏振度随散射角和尺度参量变化的三维图。模拟结果表明:偏振峰个数随尺度参量的增大而增多,偏振峰之间的距离随尺度参量的增大而缩小。这种变化趋势可以作为检测金属颗粒粒径的理论依据。     

仿生导流叶片管路降噪特性研究

本文基于仿生技术对导流叶片进行再设计,研究其降噪特性。基于水管路系统实验平台,对带导流叶片管路进行实验研究和仿真计算,验证了LES/Lighthill的混合计算方法的可靠性;采用混合计算方法对不同流速下带仿生导流叶片的管路进行流场及声场计算,揭示导流叶片仿生设计对管路流场及声场的影响机理。结果表明：仿生设计后的导流叶片可以有效抑制尾部及壁面涡的产生,从而抑制流噪声;不同流速下的降噪效果不同,其中在2 m/s流速下效果最佳;在计算频段内,2 m/s流速下降噪效果最稳定。这些发现为导流叶片的仿生设计在噪音控制领域的应用提供了重要的参考和指导。     

模拟海豚滴答声的仿生换能器设计

海豚回声定位信号具有宽带窄脉冲特性,能够精确分辨水中目标,为了使换能器模拟海豚发射回声定位信号,本文采用等效电路法分析了匹配层参数对换能器谐振频率和对应模态强弱的影响,并建立有限元模型进行仿真验证,同时从频域和时域对换能器展开优化设计,根据海豚回声定位信号的特点,设计了一款能模拟海豚发声的双匹配层宽带仿生换能器。该换能器工作频带为50～145 kHz,基本覆盖了海豚回声定位信号的频率范围,单个脉冲发射持续时间不超过22μs,时域波形与频谱能量分布与海豚滴答声信号一致。     

多孔仿生射流表面减阻特性数值模拟

利用RNGk-ε湍流模型对流体在多孔仿生射流表面上的流动特性进行了数值模拟。结果表明:减阻率和流速比呈线性关系,流速比越大减阻效果越好,最大减阻率为59.02%;单孔射流表面中心线上的摩擦阻力系数先减小后增大,局部减阻率最大为111.8%;射流孔越多,减阻效果越好。探讨了仿生射流表面减阻机理:射流通过改变其表面附近的流场结构,使得边界层黏性底层的厚度增加,垂直于壁面的法向速度梯度减小,达到了显著的减阻效果;同时产生稳定的流向涡结构,并在壁面处形成小的二次涡,抑制了流体间的动量交换,减小了摩擦阻力。     

水热法制备海绵钛负载二氧化钛膜及性能研究

以多孔海绵钛为载体,2 mol/L H2O2为氧化剂,0.15 mol/L KOH为矿化剂,在水热条件下一步合成了颗粒大小约为0.5 μm的四方状锐钛矿海绵钛负载TiO2膜.以XRD、SEM观察海绵钛负载TiO2膜晶型、形貌,以亚甲基蓝为目标降解物研究了其光化性能催化,并探讨了水热时间对产物TiO2膜晶型、形貌及光催化性能的影响.结果表明,12 h为最佳水热时间,海绵钛负载TiO2膜有着最佳的光催化性能:光催化反应60 min,亚甲基蓝溶液的降解率达99%.采用该法制备的TiO2光催化剂回收简单,反复利用后,其光催化性能无明显下降.     

聚丙烯光膜

安徽铜峰电子股份有限公司生产的MPP／SPP型电容器用聚丙烯薄膜，采用进口超高纯度电工级均聚聚丙烯树脂，经平膜法双向拉伸而成。这种光膜具有厚薄均匀性好，耐压强度高。机械强度高等特点，用其卷制的电容器介质损耗小，绝缘电阻高，主要用于金属化膜电容器和膜、纸复合介质电容器。     

基于典型鸟类翅膀特征的小型轴流风机叶片仿生设计与试验

基于提取的雀鹰、长耳鸮翅膀的表面特征对小型轴流风机的叶片进行仿生优化,以求提高风机的气动性能。设计出8种仿生风机模型,通过CFD计算选出最优的仿生风机模型进行性能试验验证,并与原型风机进行了对比。对比试验流量-静压曲线发现,仿生风机气动性能明显好于原型风机,最大质量流量提高了6.1%,最大静压提高了7.0%,并发现V型截面好于圆弧型截面。本研究为叶片仿生参数的进一步优化提供了前期基础。     

动物运动仿生的反思与出路

提出了一种结构简单的不对称转动机构一半转机构。空中、水里、陆上运动的动物具有不同的运动方式,因此半转机构也必须用不同的方式去实现它们的运动效果。用半转机构实现飞行仿生的可能性可以借助Weis—Fogh机构的原理得到确认。用半转机构实现水中与陆地上的动物运动效果仿生也是可能的。     

Si/SiO2周期性多层膜反射特性的FDTD数值模拟

Si/SiO2周期性多层膜是一种电介质型频率选择表面,它与金属型频率选择表面相比具有较小的吸收损耗。从介质波导理论出发,可以分析电介质型频率选择表面的反射与透射机理。与均匀介质层相比,介电常数呈周期变化的电介质层可能会激发出满足相位匹配条件k0sinθ=βg的导波模,从而在介质板的上表面与下表面辐射出与导波模具有相同波数的平面波。介质层上再辐射的平面波与上表面直接产生的反射波叠加便形成了总的反射场。当两种波相位相同时,就会增强总反射,否则反射将会减弱,并且透射波也会有相同的规律。采用周期结构时域有限差分方法可对一种Si/SiO2周期性多层膜的反射特性进行数值模拟,并计算出波长在1~100 mm微波波段的反射系数。计算结果表明,当入射角为45°时,入射波长在5,9,20 mm处具有很高的反射系数(均达到0.88以上)。因此,通过调整相关参数可以获得所需的频率选择表面。