风雨环境下汽车空气动力学性能分析

为了研究风雨环境对汽车空气动力学性能的影响，本文基于Euler-Lagrange方法建立风雨环境下汽车空气动力学模型，采用M-P(Marshall-Palmer)雨滴谱对雨滴降落进行数值模拟。基于风-雨双向耦合算法进行风场和雨滴迭代模拟，开展不同侧偏角，不同降雨强度条件下汽车空气动力学特性研究。计算结果表明，当侧偏角相同时，车身迎风侧所受正压、车身表面的雨滴浓度及单位时间内降落至车身的雨滴质量均随着降雨强度的增大而增大，且雨滴降落位置主要位于前车窗附近，汽车的气动阻力系数随降雨强度的增大而增大；当降雨强度相同时，汽车的气动阻力系数随侧偏角的增大先增大后减小，而侧偏角的增大或降雨强度的增大，均会导致汽车的气动性能恶化。该研究为车辆安全行驶提供了理论依据。     

一种大场景环境下实时降雨模拟的新方法

在分析已有的降雨模拟方法的基础上,提出了一种大场景环境下降雨模拟的新方法.该方法是使用一张纹理,以降低性能开销,采用与视点相关技术雾化场景,真实再现了雨的三维视觉效果.基于牛顿动力学控制雨点粒子的运动,以模拟风力作用的效果;同时简化了雨滴的泼溅效果.与传统的雨模拟算法相比,该算法既正确模拟了雨的运动行为,又降低了性能开销.在满足实时漫游的前提下表现出较强的真实感,实验结果表明了改进方法的实用性.     

离散元模拟离心超重力场下的斜槽颗粒流

以非稳态斜槽颗粒流为切入点,利用离散元方法再现颗粒流在离心超重力场中的运动机制,以量化科里奥利效应对岩土体动力过程的影响.利用已发表的离心试验数据验证数值模型的可靠性;从宏观和细观尺度系统量化非稳态流中模型布置方向、斜槽倾角、超重力、斜槽底面粗糙度等试验参数对科里奥利效应的影响规律. 结果表明,在不同模型布置方向下,科里奥利力会大幅改变颗粒流的流态,科里奥利效应与斜槽倾角以及斜槽底面粗糙度正相关,但是科里奥利效应对超重力不敏感.研发抵消科里奥利效应的试验手段是岩土体动力灾变超重力离心模拟领域亟须解决的技术瓶颈之一.     

离心超重力环境下流体中物体浮力与运动

为了表征离心超重力环境下物体在流体中的运动规律,基于旋转非惯性系,考虑吊篮摆动遗留角的影响,推导由地球常重力和离心超重力共同产生的试验超重力场的重力势、静止流体压力及流体中物体承受流体浮力的表达式.基于Newton第二定律建立离心模型试验中静止流体内物体运动的控制方程,编制并验证了数值求解程序.流体中圆球运动的数值分析结果表明,当离心加速度较大时,吊篮摆动遗留角的影响可以忽略.试验超重力等势面是以离心机主轴为轴线的旋转抛物面,随着离心加速度的增大,等势面形态受地球重力的影响逐渐减小,趋于圆柱面.物体在流体中所受的浮力具有向心性和非均匀性.物体在流体中运动时,科氏力的影响不可忽略.     

雾流降雨粒径及其在坡面上生成流动的深化研究

雾化水流是水利枢纽高速泄流时所形成的一种非自然降雨与水雾弥漫现象,其对高水头、大流量、复杂地质条件的水利枢纽安全运行的潜在威胁很大.通过实验研究及数值模拟对雾流降雨雨滴的粒径分布进行了探讨;采用基于水深平均的平面二维数学模型对雾流降雨在坡面上生成的流动进行了数值模拟,并特别关注了雾流降雨局域分布对坡面径流的影响.研究成果表明:1)雾流降雨雨滴中值粒径沿水舌风方向具有先沿程增大,达到最大值后再沿程逐渐减小的变化趋势,且其达到最大值的纵向位置与降雨强度达到最大值的纵向位置并不重合;雾流降雨雨滴中值粒径沿垂直于水舌风方向呈单调递减的趋势.2)雾流降雨因集中在局部区域,与自然降雨形成的坡面径流相比,其产流达到稳定的历时要高于自然降雨;水深与流速沿纵、横向变化的幅度要高于自然降雨,降雨强度大的区域水深与流速也大.     

离心超重力实验：探索多相介质演变的革命性手段

正地球表面和上地壳中所有物质都受到地球质量引起的引力及地球自转引起的离心力作用,这两个作用的合力形成了物质承受的重力.地球表面的重力场是常重力场,用重力加速度g表达其强度.当重力场的强度小于g时为微重力场,存在于宇宙中质量小于地球的星体表面,如月球.当重力场的强度大于g时为超重力场,如一些红矮星表面重力加速度可以达到300g.人类一直渴望利用超重力探索自然界物质运动规律. 1869年法国科学家Phillips提出利用离心力在地球上模拟超重力的设想[1]. 1968年瑞典乌     

一种基于物理特性的雨滴飞溅模拟算法

对雨水飞溅现象的模拟一直是计算机图形学中具有挑战性的问题之一.基于粒子系统建立雨场模型,考虑空气阻力和水平风力对雨滴运动的影响,提出一种基于物理过程及硬件加速的雨滴飞溅算法来模拟在不同雨量下雨滴溅落地面的效果,同时对雨滴在飞溅过程中的传播路径进行跟踪计算.该方法已经使用OpenGL在NVIDIA GeForce3图形硬件上实现.结果表明:该方法不仅能逼真模拟雨滴的运动行为,还可以形象地描述雨滴溅落的整个过程.     

降雨条件下飞机尾流雷达特性研究

鉴于飞机尾流具有独特的多普勒及空间分布特性和较强的雷达可探测性,对降雨条件下飞机尾流的雷达特性进行了研究．基于雨滴参数和尾流速度场模型,建立尾流中雨滴的运动方程,然后数值求解该方程得到了尾流中雨滴数密度分布特性．在此基础上,基于某典型W波段雷达参数,通过信号处理得到了降雨条件下飞机尾流的雷达回波,并发现了其独特的多普勒特性．这为航空安全和反隐身中尾流探测方法研究提供了重要的理论指导．     

舰载导弹未正常点火下落砸中舰体概率研究

为了对弹射升空后未能正常点火的导弹下落砸中舰体的概率进行研究,应用三维预报方法对某舰在波浪中航行的运动响应特性进行了计算,在此基础上建立了未能正常点火导弹运动轨迹的数学模型,根据蒙特卡洛法建立了用于计算导弹砸中舰体概率的数学模型.模拟舰船实际作战海况,进行计算分析,探讨了导弹发射角度、舰船姿态与发射导弹未能正常点火下落砸中舰体概率的关系,发现采用准垂直发射方式可以降低发生危险的概率.     

风-雨荷载下大型冷却塔内压作用

为了探讨暴风雨气候下降雨对大型冷却塔的影响,本文展开了风雨两相流模拟以及内表面气动力研究。以某210 m高超大型冷却塔为研究对象,以风-雨耦合算法为核心,基于计算流体动力学方法分别采用连续相和离散相计算模型展开风场和雨场的数值模拟。在此基础上,研究9种不同风速-雨强组合对塔筒内表面雨量、雨荷载和等效内压系数等的影响规律,揭示风-雨耦合作用下塔筒内部速度流线和雨滴轨迹的作用机理,最终提炼出最不利组合工况并分析其等效内压系数分布特性。研究表明:风-雨荷载下冷却塔塔顶内表面背风区的雨致压力系数不能忽略,最大数值可达0. 003 8。结论可为此类冷却塔在极端天气下的内表面压力取值提供参考。     

风雨联合作用下的桥梁主梁静力特性

针对风雨联合作用下的大跨度桥梁风雨致静力作用问题,以开槽双箱梁桥梁主梁节段模型为研究对象,利用在大气边界层风洞中搭建的风雨联合作用试验系统,完成节段模型在风雨耦合作用环境下的静力特性试验。通过分析桥梁主梁风雨致静力相对纯风作用下风致静力增量,进而获取降雨对桥梁主梁风致静力作用影响的相关规律。试验结果显示:流场的改变以及水膜作用对桥梁主梁风致阻力影响较大,雨的冲击力有一定贡献。雨的质量、冲击力以及流场改变和水膜作用对桥梁主梁风致升力均有一定贡献;流场改变和水膜作用相对于雨的质量、冲击力对桥梁主梁风致扭矩贡献较大。试验结果表明:流场的改变以及水膜作用对桥梁结构的静力特性影响突出。     

基于通径分析和灰色关联理论的坡面产流产沙影响因子分析

基于坡面不同植被措施下多场室外人工模拟降雨试验,采用通径分析和灰色关联理论研究了植被、降雨及下垫面等因素对坡面次降雨径流总量和泥沙总量的不同影响作用。结果表明:1)通径分析与灰色关联分析结果基本一致;2)降雨强度、植被覆盖度和土壤前期含水量是影响坡面次降雨径流总量的3个最重要因子,其次分别为植被类型、降雨历时、植被生长阶段和坡度;3)植被覆盖度和降雨强度是影响次降雨泥沙总量最重要的两个因子,降雨历时对泥沙总量的影响作用最小。     

生草覆盖条件下不同降雨强度对紫色土坡面侵蚀产沙的影响

造林种草,增加植被覆盖度是防止土壤侵蚀的重要措施.通过人工模拟降雨试验,探讨生草覆盖下紫色土坡面侵蚀产沙的动态变化.结果表明,有生草覆盖的坡面径流含沙量较裸地的径流含沙量更快达到稳定状态;坡面侵蚀产沙率随覆盖度增加呈指数型递减,且坡下种草的减沙效果最好;覆盖度与降雨强度对坡面侵蚀产沙量的影响存在对比消长关系,但生草覆盖度对产沙量的影响小于降雨强度的变化对产沙量的影响.     

植被对红壤坡面侵蚀影响的试验研究

考虑种植草本植被时红壤坡面的侵蚀情况,采用室内人工模拟降雨的方法,在强降雨(雨强2.0 mm/min)、短历时(30 min)情况下,研究不同坡度、不同植被覆盖度下红壤坡面抗侵蚀效应。结果表明:当植被覆盖度40%时,随着植被覆盖度的增加,侵蚀量迅速降低,当植被覆盖度60%时,侵蚀量减小趋于平缓,故本研究的临界植被覆盖度为40%~60%;对于不同植被覆盖度的红壤坡面,其临界坡度也发生了变化,当植被覆盖度40%时,临界坡度较裸露坡面逐渐减小,当植被覆盖度60%时,随着坡度的增加侵蚀量缓慢递增,试验中没有出现临界坡度。分析其原因,指出临界坡度是土壤内在性质、植被特性、降雨等因素综合作用的结果,并不是一个常数。     

土工离心机技术在山区地质灾害研究中的应用

土工离心机是地质灾害模型实验研究中的重要装备,它通过高速旋转产生离心加速度模拟超重力环境。应用离心机进行山区地质灾害模型实验时,对模型缩尺比要求各不相同。总结了滑坡、降雨、泥石流模型实验的研究现状和实验缩尺比要求,归纳了国内外离心机技术的进展和未来发展方向。     

考虑轴倾斜的滑动轴承流固耦合瞬态分析

考虑轴受力产生变形引起的轴倾斜,采用流固耦合方法,直接求解Navier-Stokes方程,对滑动轴承系统中轴和润滑油膜进行三维瞬态分析,同时求解流场和固体域,得到油膜动态压力分布、轴心的运动轨迹和不同转速下油膜厚度分布.结果表明,轴倾斜使油膜压力分布和轴心轨迹变化明显,最小油膜厚度减小,流场压力峰值增大.通过对滑动轴承的三维瞬态分析可以预测轴承工作过程中实时的轴心轨迹、压力分布、油膜厚度等润滑特性,为滑动轴承的优化设计提供参考.     

大气电场仪观测结果的修订

大气电场仪是测量大气电场的重要设备,其测量结果受多种因素影响.通过一系列对比试验表明:电场仪采用探头正置或倒置结构时的观测结果基本一致,倒置结构有利于避免雨水带来的影响.不同的安装环境对测量结果的影响很大,为了消除这种影响,提出了对观测数据进行地面修订的方法,得到不同天气条件下的修订系数.所得结果对于实现多站电场仪联网观测的数据一致性有重要实际意义.     

感应磁场对金属液电磁净化的影响

解析了矩形管道电金属液的感应磁场，数值计算了金属液电磁净化时的二维诱生流场，并追踪了夹杂物颗粒在流场中的运动轨迹，结果表明，直流电的感应磁场会诱生二次流，对“直流电＋稳恒磁场”的电磁净化模式形成干扰，另一方面，这个弱对流对“单电流”电磁净化模式是有益的。     

Coverage-based cooperative target acquisition for hypersonic interceptions

This paper presents a novel coverage-based cooperative target acquisition algorithm for hypersonic interceptions. Firstly, the difficulties in the hypersonic trajectory prediction are introduced which invalidate the conventionally used predicted impact point based mid-course guidance and seeker acquisition. Secondly, in order to optimally estimate and predict the target trajectory information, the interacting multiple model (IMM) algorithm is used with the constant velocity (CV) model, the constant acceleration (CA) model and the Singer model serving as the model set. The target states are described with the probability density function (PDF) based on the IMM prediction. Thirdly, the interceptor seeker target acquisition model is established which considers the blur edge region of the field of view. The cooperative target acquisition algorithm is designed by maximizing the interceptor seekers cooperative coverage of the target high probability region (HPR). Finally, digital simulations prove the effectiveness of the proposed method and reveal that the real challenge in the hypersonic target acquisition is the poor trajectory prediction accuracy which may further result to the unsteadiness of the interceptor trajectories.