大口径闪烁仪的数据采集与处理

地气间热通量是近年来生态环境研究的热点。介绍了利用大口径闪烁仪测量显热通量和径向风速的软件。为满足大口径闪烁仪在测量显热通量和横向风速的数据采集与处理的需要,采用PCI-8340数据采集卡,在Windows平台上用VC++6.0编程开发了对大口径闪烁仪的数据进行实时采集、处理与显示的软件,方便实验人员及时准确得到实验结果。通过软件的数据有效监测,可以完成无人值守的自动化工作。     

基于光闪烁法的区域平均显热通量测量系统

获取区域的平均显热通量对水文、气象、农业有着非常重要的意义,光学仪器相比传统的仪器在测量结果代表性上有很大的优势。基于大气折射率结构常数与显热通量的关系,设计了测量大气折射率结构常数的大口径闪烁仪和反演显热通量的软件系统。用闪烁仪测量的结构常数和其他标准的气象观测（空气温度、风速、大气压力）联合起来反演地表显热通量。该仪器由一个调制的光源发射端,两个接收端组成,包括调制解调、电路滤波、数据采集、数据处理和显示单元。通过在中科院封丘农业生态站的外场实验,与传统标准仪器涡动相关仪所测显热通量对比,白天的数据相关性达到0.9以上,很好的证明该光学测量方法的科学性和可靠性,在水文、气象和农业等领域有很好的应用前景。     

大气吸收闪烁测量

大孔径闪烁仪(1arge aperture scintillometer,LAS)的使用,提供了大气近地面层区域平均热通量测量的手段,但区域平均水汽通量的测量还是一个没有解决的重要问题.用LAS测量到的闪烁低频频谱和大气水汽起伏有关,和Nieveen的测量结果不同,在频谱的低端还测量到一个和吸收介质外尺度对应的拐角频率...     

测量大气折射率结构常数的大口径激光闪烁仪

基于光闪烁的孔径平均效应,研制了测量大气折射率结构常数的大口径激光闪烁仪(LALS)。该仪器在一定程度上实现了闪烁饱和现象的抑制。仪器采用对称式结构布局,同时采用调制解调方法提高信噪比,并以嵌入式控制单元完成对数据的采集、处理、显示和存储。与传统仪器设备的测量结果相比,在1000m的水平传输路径上两者的线性拟合系数为1.01,相关系数为0.92;进一步分析表明,大气湍流内尺度会对闪烁方差的测量产生影响,从而导致大气折射率结构常数的测量结果略显离散。     

基于Shack-Hartmann波前传感器的湍流大气光闪烁测量

根据CCD探测器的输出信号在动态测量范围内与入射光通量成线性的特点,提出了将Shack-Hartmann波前传感器用于湍流大气光闪烁效应测量的方法,并在1 km的水平湍流大气传输路径上开展了光强闪烁的初步测量.结果表明,测量的光强起伏方差随时间的变化基本符合近地面湍流起伏特征,在统计光强起伏过程中采用了将时间和空间序列的数据相融合的方法,大大增加了统计样本数;将传感器与大口径闪烁仪测量的折射率结构常数进行了对比,发现两者在变化趋势上具有较好的一致性,相关系数达到0.84;最后,通过不同子孔径内光强起伏的功率谱分析,进一步证明了Shack-Hanmann传感器用于光闪烁效应测量的可靠性.     

应用大口径闪烁仪测量近地表横向风速的研究

研究了两种光闪烁法测量近地表风速的方法,给出横向风速的计算公式.根据计算方法,在330m的距离上进行风速反演实验,与超声风速计测量结果对比表明,两种反演方法都能准确可靠地获取区域横向风速,但在大气稳定度过渡期,斜率法精度更高.测量平均时间越长,结果一致性越好.结果表明,在一个较大区域里,大口径闪烁仪能同时给出显热和横向风速,可以很好地应用于边界层物质交换评价.     

基于干涉测量的Ф1.3 m非球面反射镜定心

Ф1.3 m凹椭球面反射镜是某遥感器光学系统的主镜,其定心精度要求苛刻。由于该反射镜口径大、顶点曲率半径长,利用定心仪法进行定心的实现难度大,精度低。通过分析非球面的两种偏心之间的补偿现象,可知激光跟踪仪接触测量定心的精度仅为0.15°。三坐标仪接触测量定心的精度能够达到0.005°,不过其量程受限,且在光学加工时的反复搬运会造成不便。利用Offner零位补偿检验光路进行干涉法定心,干涉法将反射镜偏心转换为检测系统波前的初级像差,同样可以达到0.005°的精度。该检测方法的误差来源主要是干涉仪焦点位置误差,是系统误差,可以通过旋转反射镜进行多次定心测量的方法予以消除。完成了该反射镜的定心,其结果与三坐标仪的测量结果对比,两种偏心的最大偏差仅为0.023 mm和0.002°。实现了大口径凹非球面反射镜的原位定心测量。     

一种用于涡度相关系统的新型开路红外气体分析仪的研制

涡度相关系统是测量水、热和痕量气体通量最直接和最可靠的仪器。基于可调谐半导体激光吸收光谱原理,设计了一种用于测量大气边界层痕量气体通量的新型开路式气体分析仪。通过选择不同的吸收线,可以测量不同痕量气体通量。以4990cm-1二氧化碳吸收线为例,实验表明,该气体分析仪的采样频率可以达到10Hz以上,与基于非分散红外原理的涡度相关系统气体分析仪Li-7500对比,测量精度相当,可以达到5×10-7。该分析仪的频率和精度满足构建涡度相关系统的仪器要求,可以用于边界层痕量气体通量的测量。     

光源闪烁对眩光评价的影响

本文分析了眩光测量过程中,光源闪烁对眩光测量结果的影响.针对光源部分的测量,分别采用了高动态模式和闪烁光源分析模式分析了在不同曝光时间对眩光测量结果标准偏差和重复性的影响.当曝光时间远小于光源的闪烁周期时,虽然可以避免眩光亮度计过曝对光源亮度测量结果的影响.但是眩光测量结果的重复性较差,无法给出准确的眩光测量结果.而当曝光时间大于光源闪烁周期时,测量结果的偏差和重复性有着极大的提高.当曝光时间达到光源闪烁周期的10倍时,可以避免光源闪烁对眩光测量结果的影响.     

大口径平面和非球面光学表面的纳米和纳弧度精度的测量——长行程外形仪的原理应用和发展

由于同步辐射光学发展的需要,发展了长行程外形仪.长行程外形仪是一个可以达到纳米和纳弧度灵敏度和精度的小角度和表面外形的测量仪器,适用于大口径光学表面的高精度测量.可测量的面形除了平面、球面外,还有所有非球面,如圆柱面、圆锥面、抛物面、椭球面、双曲面、超环面、各种旋转面和其他非标准非球面.介绍了长行程外形仪的原理、应用和各种不同用途的长行程外形仪,包括实验室专用长行程外形仪、扫描五角棱镜长行程外形仪、在线测量长行程外形仪和便携式长行程外形仪、垂直扫瞄长行程外形仪、多功能长行程外形仪和纳米光学机.还介绍了长行程外形仪的精度和最新发展趋向,如提高测量精度的方法,大幅度地增加外形仪的测量范围和方便地进行二维零件测量等.     

夏热冬冷地区排风热回收的技术经济分析研究

在分析显热/全热回收装置的使用条件基础上,通过设置夏热冬冷地区民用建筑和工业建筑的典型使用工况,采用全年逐时动态模拟计算方法,得出年净回收热量;并在投资静态回收年限的基础上,评价典型城市的显热/全热回收装置的经济节能性.     

Flow and heat transfer in porous micro heat sink for thermal management of high power LEDs

A novel porous micro heat sink system is presented for thermal management of high power LEDs, which has high heat transport capability. The operational principle and heat transfer characteristics of porous micro heat sink are analyzed. Numerical model for the micro heat sink is developed to describe liquid flow and heat transfer based on the local thermal equilibrium of porous media, and it is solved with SIMPLE algorithm. The numerical results show that the heated surface temperature of porous micro heat sink is low at high heat fluxes and is much less than the bearable temperature level of LED chips. The heat transfer coefficient of heat sink is very high, and increasing the liquid velocity can enhance the average heat transfer coefficient. The overall pressure loss of heat sink system increases with the increasing the inlet velocity, but the overall pressure drop is much less than the pumping pressure provided by micro pump. The micro heat sink has good performance for thermal management of high power LEDs, and it can improve the reliability and life of LEDs.     

地磁坐标系下变姿态空间相机的外热流计算

为了提供准确的空间相机外热流数据,提出一种在地磁坐标系下进行频繁姿态变换的空间相机瞬态外热流计算方法。首先,确定了在J2000坐标系下太阳地球的相对位置及太阳辐照强度;其次,计算相机不同位置的地磁纬度,并采用二分法得到相机在轨运行时进出高磁纬地区(|L|60)的轨道时间;然后,依据其地磁纬度,确定相机不同时刻下的在轨姿态。最后,采用蒙特卡洛法(MCM)计算相机的各环境映射面的轨道视角系数,进而得出整轨周期内各环境映射面接受的瞬时外热流。此方法与IDEAS/TMG软件的外热流结果能够较好的吻合。与姿态稳定的相机相比,空间相机姿态频繁变化会导致外热流数值的明显波动。尤其是入光口所在的+Z面,其波动范围为0~1 245.4 W/m2。     

圆筒内壁热流密度和对流换热系数的红外热诊断研究

利用红外测温技术,结合导热反问题求解,给出了一种根据圆筒外壁温度数据红外监测做为一强加边界条件反推圆筒内壁热流密度分布和对流换热系数分布的红外热诊断方案,得到了二维稳态圆筒内壁热流密度分布和对流换热系数分布的普适解析级数解,从而为这一类热设备内壁热流密度和对流换热系数分布的红外诊断提供了充分的理论依据.     

太阳同步轨道二维变姿态空间相机的外热流计算

为了得到准确的二维变姿态空间相机外热流数据,提出了一种在J2000坐标系下进行二维变姿态空间相机的外热流算法。首先,在J2000坐标系下确定了相机的位置、太阳的位置及其辐射强度;其次,根据空间相机的视轴始终指向太阳的工作特点及太阳的位置,计算出其在极端情况下的二维姿态角;然后,根据得到的姿态角计算出姿态变换矩阵。最后,利用Matlab编程计算出一个轨道周期内的不变姿态以及二维变姿态条件下的复杂外热流。该方法计算得到的不变姿态外热流与I-deas/TMG软件得到的结果能够很好地吻合。与姿态不变的相机相比,相机二维姿态的变化会导致其外热流发生较大的变化,尤其是入光口所在的-Y面,其太阳直射热流的波动范围为0~1 394 W/m2。得到的姿态角为热仿真模型姿态的调整提供了重要参考。由变姿态外热流数据可以看出,-Z面的外热流最小,其最大平均外热流小于4 W/m2。另外X面和+Y面的外热流也较小,X面最大平均外热流小于80 W/m2,+Y面最大平均外热流小于110 W/m2。在实际应用中,由于卫星平台的遮挡,X面和+Y面的外热流会更小,因此可以将-Z面,X面和+Y面作为散热面,为热设计工作提拱了很好的指导。     

弧形微型散热片的流动和换热特性

建立了弧形微槽道散热片的三维稳态模型,对不同雷诺数、不同热流密度的弧形槽道层流的流动和换热特性进行了数值模拟和实验研究,并与换热面积相同的直矩形槽道进行比较。结果表明:弧形槽道散热片相对于直矩形槽道散热片冷却效果更好,并且温度分布更均匀;弧形槽道散热片的换热系数,进出口压降和努赛尔数随着雷诺数的增加而增大。     

太阳能热利用储热材料的研究与应用

储热材料在太阳能热利用过程中发挥着重要作用,本文综述了各类储热材料的研究与应用。从显热储热和相变储热两个方面分别介绍了低温和中高温储热材料的研究进展,分析了各类储热材料的特点,并展望了今后太阳能热利用储热材料的应用前景及研究方向。     

芯片冷却用分形微管道散热器内的压降与传热

受到哺乳动物消化系统和血液循环系统中物质运输与分配网络所具有的分形特征启发,文中设计、加工出了一种电子芯片冷却用的硅制分形微管道网络散热器.在给出分形微管道网络构造过程的基础上,探讨了分形微管道网络内部微流体的换热与压力降特性.针对利用多路感应耦合等离子蚀刻工艺制造出的硅制分形微管道网络散热器,理论计算所得结论与流动与传热实验数据均证明:当热传递面积、温差、努谢尔特数均相同的情况下,分形微管道网络散热器比传统的平行微管道阵列散热器具有更高的热传递效率;而在具有相同流速、热传递率的要求下,分形微管道网络散热器所需的泵送功率远低于平行微管道阵列散热器所需的泵送功率;分形维数越高,分形微管道网络散热器的热传递效率将越高,且所需的泵送功率将越低.