探空湿度传感器太阳辐射误差流体动力学分析与实验研究

针对太阳辐射导致的探空湿度测量偏干问题,本文采用模拟仿真和实验进行相关研究。首先采用流体动力学（CFD）方法模拟仿真了湿度传感器在探空过程中由于太阳辐射导致的温升情况,为了验证仿真的准确性,设计湿度测量电路并搭建实验平台,研究了各种不同条件下的湿度传感器的温升误差,对比结果表明仿真值与实验值吻合度较好,最大相对误差为7.5%。其次,研究了海拔高度、太阳辐射强度、气流流速和防护罩对湿度传感器温升误差的影响,结果表明影响较大的是海拔高度,温度误差随海拔高度明显增加,防护罩的影响较小,此外温度误差与太阳辐射强度呈正相关,与气流流速呈负相关。最后以韩国RSG-20A的湿度测量系统为模型,同时以阳江比对中的一次探空数据记录作为仿真条件,模拟仿真了太阳辐射下的温度误差,再结合饱和水汽压公式计算相对误差,结果表明,32km的高空由于辐射导致的温度差值达13℃,湿度的相对误差达到70%以上。该研究为探空湿度垂直廓线的辐射误差修正提供一定依据。     

双加热湿度传感器的CFD分析与加热策略设计

探空气象观测中湿度传感器表面结冰、结霜等污染物会降低其测量精度,双加热湿度传感器为该问题的解决提供了可能。为了实现对双加热湿度传感器加热策略进行优化设计,必须研究其稳态及瞬态工作状况。本文采用计算流体动力学(CFD)方法针对测量周期的四个阶段进行了优化设计。利用稳态分析模拟出两个湿度传感器不同间距下的相互影响情况。利用瞬态分析模拟出升温时间和冷却时间特性。传感器测量周期随气压不同在45 s～145 s之间变化。在探空仪上升速度为6 m/s的条件下,两个传感器之间的距离不小于3 mm时,两者互不影响。提出高空和低空两种模式加热策略,分别采用温度降幅为40℃和46℃的测量周期。     

聚酰亚胺电容式湿度传感器的制备工艺研究

改变传统丝网印刷制作电极的方法,采用正胶反刻、干湿结合的CMOS工艺研制出了以聚酰亚胺为感湿介质的相对电容式湿度传感器。并对其结构进行了理论分析,确定了湿度传感器的工艺步骤和版图设计。对其测量范围、湿滞和响应时间进行了测试。通过实验结果与模拟结果的对比分析,给出了该实验中存在的问题和改进意见。     

基于单片机的湿度测量比较研究

介绍了几种湿度测量法的测湿原理、特点和适用场合．提出一种适用于干湿球测湿法的计算方法、在产品开友过程中．对湿度一时间转换测量法进行深入研究后的结论是：如软件校正得当，本测量法具有实用性。     

双加热探空仪湿度传感器的加热控制研究

利用双加热探空仪电容湿度传感器加热前后相对湿度和温度、露点、饱和水汽压间的关系,分析和建立了去除加热器影响的实际相对湿度的计算方法。采用模糊RBF神经网络PID控制方法对加热器进行控制,从而避免了繁琐的依靠人工实验整定PID参数的过程。Matlab仿真结果表明:同采用Niegler-Nichols经验公式的传统PID控制器相比,模糊RBFPID控制器具有更好的稳定性和更快的响应速度,其阶跃响应超调分别为15.1%,4.3%,允许误差为2%的调节时间分别为7.12,3.8 s。     

基于Fluent的双加热湿度传感器传热性能分析

双加热湿度传感器可实现大气湿度连续探测.液滴、冰晶等水凝物覆盖在双加热湿度传感器表面,容易导致其测量精度和响应速度降低.为了提高测量精度和响应速度,有必要对双加热湿度传感器进行除湿处理.采用Pro/E建立4种尺寸的双加热湿度传感器三维模型;利用ICEM CFD中模块化的方法对模型进行分网,得到了较高的网格质量,降低了计算时间,提高了计算精度;利用Fluent稳态分析模拟出2只湿度传感器不同间距下的相互影响情况,瞬态分析模拟出升温时间和降温时间特性.根据仿真结果,提出高空和低空2种模式加热策略.     

湿度对光散射颗粒物传感器的影响研究

近年来,基于光散射原理的传感器在大气环境监测上已经有大量的应用。通过对光散射传感器的研究发现,相对湿度是影响传感器结果高估的重要因素。通过在北京和上海两个地区分别开展对比实验,以震荡天平(TEOM法)的测量方法为标准,对比分析光散射传感器测定的结果。结果表明,不同季节光散射传感器测定细颗粒物PM_2.5产生的误差不同,在相对湿度小于60%的环境中,传感器测定值和标准方法测定值的相对偏差小于10%。但是在相对湿度大于60%的情况下,相对湿度越高,差异越大。该研究对光散射传感器在环保监测中的应用,以及传感器在实际监测中的使用校准提供了基础的科学指导。     

基于CFD仿真的切向涡轮流量传感器结构优化

为降低切向涡轮流量计的测量下限,以25 mm口径机械式热量表为例,利用计算流体动力学（ CFD）仿真软件对传感器内部三维流场进行研究,提出了提高传感器性能的10种结构改进方案,并通过CFD仿真对优化后的传感器性能进行预测,选择出最佳方案。结果表明：结构参数改进后,测量下限由0.07 m3/h降为0.035 m3/h。     

基于CFD的锥管浮子流量计结构优化

针对量程上限为100m3/h的DN100金属锥管浮子流量计存在的压力损失大、稳定性差、加工难度大、造价高等问题,应用计算流体动力学(CFD)方法,设计并优化浮子流量计的结构参数.利用GAM-BIT的Size Function功能加密网格,提高计算精度,利用"浮子受力平衡度误差分析法"逐步调整入口流速,对浮子流量计的三维...     

高空湿度探测用加热式湿度传感器的研制

为实现高空高湿环境下对湿度的准确测量,本文设计和研究了集成加热功能的湿度传感器,在探空仪进行高空湿度探过程中利用两只加热式湿度传感器进行轮流加热除湿和湿度测量。通过对聚酰亚胺湿敏材料进行改性和合成,设计和制作了加热式的电容型湿度传感器,其灵敏度为0.2195 pF/%RH、响应时间小于1 s、湿滞为4.8%RH、半年漂移量在±0.3%RH以内。通过分析不同温度下的加热恢复时间,制定了加热式湿度传感器轮流工作的机制,轮流加热时间和周期分别为2s和120 s。并利用数据采集电路以及GPS探空仪对加热式湿度传感器进行了地面静态性能和高空动态性能测试,其高空湿度探测结果与VA SALA RS92的显示出较好的一致性和较低的湿度误差。本文研制的加热式湿度传感器能具有良好的地面性能,实现了交替加热除湿和湿度测量的功能,具有高空湿度探测的应用潜力。     

面向CFD应用的Intel持久内存性能评估

在科学计算领域,数据规模随着数值模拟精度要求的提高而快速增长,以DRAM为主存的传统方案由于成本高而难以扩展容量,近年来越来越被关注的持久内存技术有望解决这一问题。持久内存是在DRAM和SSD之间的补充,相比DRAM,持久内存具有容量大、性价比高的优点,但是性能也相对较低。为测试持久内存的应用性能,面向科学计算的一个重要领域——计算流体力学(CFD),对Intel持久内存进行性能评估。实验中,持久内存采用了最易于使用的内存模式,源码不需要任何修改,测试程序涵盖内存基准测试和3种常见的CFD算法,实验结果表明,在内存模式下,对不同CFD算法,相比纯DRAM的配置,持久内存的引入会带来一定的性能损失,且该损失随数据规模的增加而增大;另一方面,持久内存的部署使单服务器能支撑超大数据规模的数值模拟。     

基于流体动力学的探空温度传感器太阳辐射误差研究

针对太阳辐射加热导致的误差显著限制了温度测量的准确度的问题,提出了基于流体动力学的太阳辐射误差的修正方法--数值分析法.建立从地面到32 km高空不同气压条件下珠状热敏电阻器探空温度传感器的误差热分析模型,通过计算流体动力学对其进行太阳辐射误差数值模拟分析.着重研究了太阳辐射方向、传感器表面涂层反射率、传感器尺寸等物理参数对太阳辐射误差的影响.研究结果表明:太阳辐射引起的温度测量误差随海拔高度的上升呈现非线性单调递增的变化趋势.当太阳辐射方向垂直于传感器正面时误差最大,增大传感器表面涂层反射率、减小传感器尺寸都能有效降低太阳辐射误差.     

Modelling immunomagnetic cell capture in CFD

The separation of cells from a complex sample by immunomagnetic capture has recently obtained increased attention for microfluidic applications. Here, we present a simulation approach for immunomagnetic separation in a flow-through microfluidic environment that for the first time takes binding kinetics of beads to target cells as well as binding of multiple beads per cell into account. The approach is implemented into a computational fluid dynamics code and facilitates the tailored design of microfluidic magnetophoretic devices with an optimised separation performance. Although the specific computational model under study is constrained to a 2D geometry, appropriate parameter sets that allow for a continuous separation of cell/bead complexes from non-magnetic particles could be derived. In addition, based on magnetophoretic mobilities, a critical threshold value of beads per cell is revealed, where further binding is considerably reduced or the reaction cascade ceases.     

一种基于TiO2纳米棒阵列的快速响应湿度传感器研究

通过水热法使TiO2纳米棒阵列直接生长在叉指电极之间,并制备成湿度传感器.纳米棒疏松多孔,直径大约20 nm,长度1μm.在相对湿度6％～97％RH的范围内传感器的电阻变化达3个数量级,感湿曲线的线性较好,湿滞较小.由于纳米棒生长方向一致,形成了许多有利于水分子进出的水汽通道,有效提高了传感器的响应特性,该传感器的响应时间为2s,恢复时间为6s.     

CFD网格应用平台研究

CFD网格应用平台是ChinaGrid5大应用平台之一,它为各种不同的CFD应用提供了网格基础设施。平台采用了两层架构：上层基于WSRF服务,下层基于并行计算。为了无缝整合各种CFD应用,平台定义了一组包括CFD工作流模板和CFD分类码的重要概念,使用了一系列如CGNS数据可视化工具GVisual的关键技术。目前基于Service Domain的平台原型系统已经开发完成,性能测试表明CFD应用移植其到平台上后性能获得提高。