层流脉动流中平行圆柱体对流换热的实验研究

为研究脉动流中圆柱体的对流换热特性,搭建了脉动流强化传热实验台架,研究不同雷诺数(Re=563 1689)、脉动频率(f=15 59 Hz)和压力振幅(prms=25～150 Pa)的脉动流中平行圆柱体的对流换热问题,获得了相对努塞尔数的经验公式Nur(f,prms,Re)。结果揭示了低频脉动流能显著增大平行圆柱体的对流换热系数,最大相对努塞尔数可达4.5以上。此外,固定雷诺数和脉动频率时,圆柱体表面平均温度随压力振幅的增大而非线性下降,但相对努塞尔数随压力振幅的增大而线性增加;固定压力振幅和脉动频率时,相对努塞尔数随雷诺数的增大而降低。     

典型紊流模型对于圆柱绕流模拟的适用性研究

紊流模型对于圆柱绕流现象模拟精度具有决定性影响。基于CFD软件平台,在雷诺数Re=3900条件下评估了6种典型紊流模型对于单圆柱绕流数值模拟的适用性。将圆柱绕流受力特性(如升力系数、阻力系数、斯特劳哈尔数等)和流场结构的数值模拟结果和物理模型实验结果进行对比,发现k-ε和Reynolds Stress紊流模型对圆柱周边压力系数模拟精度很高;在平均阻力系数和流场结构模拟方面,k-ε紊流模型具有明显的优势;Reynolds Stress紊流模型对回流区时均速度的模拟效果较好,SST k-ω紊流模型对非回流区时均速度模拟效果较好,为圆柱绕流数值模拟的紊流模型选取提供了参考依据。     

恒定有压扩散流局部非稳态现象数值模拟研究

三维数值模拟采用大涡模拟(LES)方法,小尺度涡的影响采用RNG亚格子模型。通过瞬时流场结构分析,发现在恒定流状态下扩散段内存在流动的局部非稳态(流动)现象。结合速度历时过程及其频谱分析,探讨了此现象产生的原因,指出扩散段内水流运动由低频摆动运动和高频脉动运动组成,主流的低频摆动是由分离区漩涡的横向振荡诱发的。基于不同雷诺数(Re=500~56000)及边壁扩散角度(5~10度)扩散段内水流运动局部非稳态现象的统计特征,指出对称边界条件下主流在扩散段内做准周期摆动,高雷诺数(Re7000)时其摆动的统计特征不受雷诺数影响;水平扩散段不产此现象的极限扩散角为7度。壁面压强历时过程的频谱分析表明,对称边界条件下扩散段内产生局部非稳态现象时,边壁压强的时域过程并不对称,但频域过程基本对称。计算结果和试验结果基本吻合。     

基于灰度共生矩阵纹理特征的输电导线识别

分析了输电线路图像的特点,利用图像的灰度共生矩阵纹理特征,对导线的提取进行了研究。首先,选取合适的窗口大小分析输电图像的灰度共生矩阵纹理特征,选取分辨率较高的特征进行导线提取;其次,利用上述纹理特征遍历整幅图像提取导线;最后,利用图像区域分割技术去除图像中非导线区域的像素点,并且利用最小二乘法拟合得到完整的输电导线。     

基于时频分布图像纹理特征的局部放电特高频信号的特征参数提取方法

针对局部放电特高频(ultra-high frequency,UHF)信号畸变导致模式识别准确率下降的问题,提出了基于时频分布图像纹理特征的特征参数提取方法。首先对局部放电UHF信号进行s变换得到时频分布图像,然后采用灰度共生矩阵(gray-level co-occurrence matrix,CLCM)算法,从时频分布图像中提取出纹理特征参数。采用主成分分析(principal component analysis,PCA)法对由纹理特征参数构成的特征向量进行降维处理,得到局部放电UHF信号特征参数及特征向量,并输入到支持向量机(support vector machine,SVM)分类器中进行模式识别。结果表明,该特征参数可以有效识别4种典型变压器内部局部放电UHF信号,识别准确率最高达到97.50%。     

线板型静电除尘器的电场、流场与颗粒浓度分布的数值模拟

为了深入研究颗粒在静电除尘器内的传输行为,采用开源软件OpenFOAM计算了Maxwell方程组、连续方程、动量方程、颗粒荷电和输运方程,分析线板型静电除尘器内电场、流场和颗粒浓度分布的特点.结果 表明,电势、流场和收尘效率的预测值与实验数据符合良好.在线板型静电除尘器内,电势和电荷密度以电晕线为中心呈对称分布,流场和颗粒浓度场以电晕线连线为对称轴基本呈对称分布.静电除尘器的收尘率随板间距的增加而减小,随电晕线间距的增加先增加后减小.当表示电场力与惯性力之比的无量纲准数MEHD和表示惯性力与黏性力之比的雷诺数Re的平方之比NEHD/Re2＜ 1.31×10-8时,静电除尘器内漩涡几乎消失,一次流占主导地位.当NEHD/Re2＞3.35×10-6时,静电除尘器内流场出现多个大尺度漩涡,电子风占主导地位.当NEHD/Re2＞ 3.35×10-6或NEHD/Re2 ＜3.35×10-8时,大涡模拟和k-ε湍流模型预测的收尘效率相同;当1.31×10-8＜NEHD/Re2＜3.35×10-6之间时,大涡模拟和k-ε湍流模型预测的收尘效率存在较大差异.     

充分发展尾流中粒子运动机制的研究

运用直接数值模拟方法(谱元)对圆柱尾流(Re￡175)进行计算，计算结果与实验结果吻合良好。在获得精确流场基础上，运用拉哥朗日法对充分发展尾流中的粒子(St=4)运动进行研究，同时考虑粒子之间的相互作用。研究发现，粒子在充分发展尾流中集聚于相邻涡团之间区域，该现象很大程度上决定于流场的横向速度分布。此外，粒子扩散分布清晰显示涡团轮廓。从粒子与当地流场相对速度的分布分析中可以得到粒子在尾流中的运动规律：在相邻涡团反向旋转作用下粒子围绕涡团做往复运动。因此粒子在充分发展尾流中的运动可以描述为：一边绕涡团运动，一边随涡团向尾部运动。     

气固两相圆柱绕流近场特性的实验研究

采用PIV实验技术对气固两相圆柱绕流的近场特性进行了研究。通过对图像进行数据处理，发现Stokes数为0.97的颗粒与涡结构的相互作用最为强烈，在尾迹中心区流向平均速度较低，且变化幅度较大，但脉动速度和湍动能较高。而较大Stokes数的颗粒不易受涡结构的影响，流向平均速度在尾迹中心区的分布也较平缓，但脉动速度和湍动能在两侧的剪切层区较高。各种颗粒在圆柱绕流回流区的脉动速度和湍动能都要高于近尾迹区的相应值，这为颗粒的混合和稳定燃烧等提供了有利的条件。 关键词：；；；     

基于箱体振型特征的油浸式电抗器绕组松动识别方法

通过分析高压并联电抗器油箱表面振动加速度信号可以得到电抗器内部机械状态信息,从而有利于避免电抗器事故的发生。本文针对一台500 kV油浸式铁心电抗器搭建了振动实验平台,首先对油箱表面均匀分布测点的振动加速度信号进行相位校准并获取运行变形振型(ODS)图像,通过升压实验分析了电抗器表面振型分布与电压之间的关系,借助灰度共生矩阵提取电抗器在不同机械状态下的ODS图像纹理特征并进行对比分析。研究结果表明：运行电压下电抗器ODS分布不变,当绕组发生松动时,电抗器表面ODS图像的纹理特征发生变化,其灰度共生矩阵的能量增大,相关性减小,逆差距增大,从而验证了本文绕组松动识别方法的有效性,为高压并联电抗器故障诊断提供了参考。     

单/多狭缝射流冲击柱状凸形表面流动和换热特性

为分析单狭缝、双狭缝和四狭缝射流冲击柱状凸形表面的流动换热特性,应用Realizable k-模型对其展开数值研究。通过与实验数据对比验证了数学模型的适用性,比较探讨了单、多狭缝冲击射流的流场分布、边界层分离现象和冲击换热特点。结果表明:单、多狭缝射流冲击柱状凸形表面,气体分别在流动阻力和相邻狭缝射流逆向相遇阻力形成的逆压梯度作用下,发生边界层分离;随流动发展,多狭缝射流在相邻射流逆向相遇作用下,Nu迅速下降至最低值,随后在逆流作用下有所回升;每狭缝具有相同雷诺数Re条件下,当狭缝数目增加时,Re的增加对提高平均努塞尔数Num的效果相对较小,当无量纲曲率半径(D/B)增大时,Num对Re的变化更加敏感,增大Re将有效地增加表面Num;狭缝射流总流量一定时,狭缝数目越多,Num越小,局部努塞尔数Nu分布越均匀。     

阻力型水平轴水轮机水动力及尾流特性分析

水轮机是水能利用与水力发电的核心技术装备。传统的升力型水平轴水轮机需满足一定流速条件才可获得既定的效率,因此该型水轮机并不适用于流速较低的区域。为了拓展水平轴水轮机的适用范围,依据阿基米德螺旋线原理,设计了两种具有不同旋叶倾角的新型阻力型水平轴水轮机,并采用计算流体力学方法对二者的水动力及尾流特性进行了三维数值模拟研究。结果表明,变角水轮机在尖速比为0.5～2.0的范围内具有更高的功率系数,且其峰值功率系数相比定角水轮机提升了16%。此外,与一些文献中所报道的升力型水轮机在尖速比为0.5～2.0的范围内相比,变角水轮机也具有较高的功率系数。以尖速比为1.5为例,其功率系数相比至少提升了60%以上。与此同时,变角水轮机在全尖速比范围内具有更低的推力系数,但其性能波动比定角水轮机要明显。流场分析显示,两种阻力型水平轴水轮机的后方均出现了呈环状螺旋形的叶尖涡带和呈条状的毂涡带,而变角水轮机的叶尖涡带和毂涡带的连续性更强,向下游发展的轨迹也更长。此外,变角水轮机的尾流恢复比定角水轮机更快。研究结果揭示了阻力型水平轴水轮机的水动力及尾流特性,为其优化设计和推广应用提供了一定的参考依据。     

偏流条件下潮流能水轮机的熵产特性评估北大核心CSCD

部署在开阔水域的潮流能水平轴水轮机经常不可避免处于偏流中并造成一定的负面影响,为了研究其在偏流条件下的熵产及水力特点,通过求解雷诺平均(RANS)方程并结合熵产理论对一水平轴潮流能水轮机进行了三维数值模拟研究。结果表明,随着偏流角的增大,涡轮机的输出功率及推力逐渐减小,最高点所对应的尖速比(TSR)逐渐向低位移动,同时输出功率及推力的波动幅度变大。在相同的偏流角下,熵产随TSR的增大而增大。在不同的偏流角下,熵产在较低的TSR下随偏流角的增大而减小,而在较高的TSR下随偏流角的增大而增大。增加偏流角同样也会导致熵产波动幅度的变大。此外,流场分析表明偏流角决定了下游尾迹的偏转方向并显著改变了尾迹形状。大部分的熵产出现在水轮机的叶尖和轮毂后方,这是因为此处形成了较大范围的流动分离和涡流,这也是导致水轮机出现高熵产的主要诱因。研究结果揭示了水平轴水轮机在偏流条件下的熵产和水力特点并准确定位了熵产集中区域,为水平轴水轮机的优化设计提供了一定的参考依据。     

基于直方图加权HCBP的人脸表情识别

针对局部二值模式(Local binary pattern,LBP)及其改进算法所提取的特征维数过长、局部特征描述不够充分的缺点,提出了一种基于直方图加权HCBP(Haar-like centralized binary pattern,HCBP)的人脸表情识别方法。首先将人脸图像分成大小均匀的若干子块,利用HCBP算子提取各子块的纹理特征;然后通过信息熵的计算求得各子图像的权值,将加权子块HCBP特征直方图和原图像的HCBP直方图进行联合作为表情特征;最后,使用最近邻分类器对特征进行分类。Haar型特征与CBP相结合使得本文特征提取算法对局部特征的描述更为充分,信息熵的引入区分了人脸不同部位对表情的贡献程度。通过在JAFFE和Cohn-Kanade人脸表情库的实验证明:本文方法具有更高的识别率和识别效率。     

Estimation of wake propagation behind the rotors of wind-powered generators

The objectives of this work are to develop the experimental model of wake behind the wind-power generator rotor to estimate its propagation distance and the impact on the average and pulsation characteristics of incident flow with the possibility of further use of these data in the calculation models of wind and climate changes in the regions and to determine the optimal operation of wind turbines. For experimental modeling, the laboratory model of wind-powered generator with a horizontal axis was used that operated as wind turbine in optimal mode. The kinematic characteristics of flow and changes in the wake structure in the distance of more than 40 rotor diameters downstream with a slight level of turbulent pulsations (less than 2%) of free flow were investigated. A significant impact of external intense pulsations typical for natural atmospheric conditions was purposely excluded in the experimental research in order to define the degree of self-damping of perturbations generated by oneself wind-powered generator. The obtained experimental data for the wake dynamics behind the model of wind-powered generator allowed ascertaining its impact on slowing down of incident vortex flow and determining the distance at which its impact on the stream disappears, and the deceleration values are comparable to the level of pulsations of incident flow. This experimental model with the same degree of damping its velocity and pulsations can be used to adjust the theoretical approximation of the far wake. It is shown that the recovery of velocity of incident flow is faster than has been previously defined in the models of calculating the impact of wind electric power plants on the regional climate changes. Thus, existing wind loss calculated on the model of wake behind the wind-powered generator, adjusted in this study can be even less significant.     

Fast texture‐preserving bilateral filtering

A new method for fast bilateral filtering with texture‐preserving properties is presented. In general, the texture area is composed of several tiny regions that have almost similar intensity, and therefore bilateral filtering combines similar gray scales of the texture area to form a smooth region. Adaptive boundary filtering solves this problem by using image segmentation to define a new weighting boundary at each pixel filtering. With the new type of boundary, the output image is smoothed while preserving both edges and textures details. The drawback of this algorithm is that it is time consuming. In this paper, a histogram‐based filtering is proposed to improve the speed of this algorithm. However, as texture details are blurred when a small number of bins are used, it is unable to increase speed by using a small number of bins. Deciles‐based algorithm is therefore applied to overcome this limitation, as it can increase the speed while preserving the texture details. The new algorithm, named fast adaptive boundary filtering, increases the speed by more than 40% when compared with adaptive boundary filtering at a boundary threshold T = 40. The output image of new algorithm shows that it is similar to the output of adaptive boundary filtering. Moreover, the speed of new algorithm is compared with the normal 256‐bin histogram‐based bilateral filtering. From the experimental results, it is seen that the new algorithm has higher speed when it is processed with a small to moderate radius window. In addition, a better output image can be obtained from the new algorithm as it preserves both edges and textures. © 2015 Institute of Electrical Engineers of Japan. Published by John Wiley & Sons, Inc.     

改进型多项式匹配图像去噪算法的研究与应用

为进一步改善常规多项式匹配算法的去噪能力,针对常规多项式匹配算法容易模糊图像边缘/纹理等细节问题,提出一种基于边缘保护的改进多项式匹配滤波的算法。该方法在常规多项式匹配算法基础上,改进滤波窗口的选择方式,沿着图像纹理走向方向提取自适应滑动滤波窗口,选择具有最小匹配误差的窗口进行匹配滤波并作为最终输出结果。然后分别在灰度图像和实际CT图像进行测试,经数据验证表明,该方法在有效压制噪声的前提下能够保持边缘/纹理信息,峰值信噪比平均提升80%以上,均方根误差减少80%以上。认为和常规多项式滤波方法、中值滤波方法、双边滤波方法、边缘保持滤波方法、三维块匹配去噪算法和去噪卷积神经网络方法相比,改进方法能够有效提升图像视觉效果,满足图像应用要求,具有良好的应用前景。     

多孔横向紊动射流涡量场的数值分析

应用realizable k-ε紊流模型并结合SIMPLEC算法，分别对单圆孔、双圆孔和四个圆孔的涡量场进行了数值模拟，近壁区流动的处理采用两层模型的壁面函数法，计算得出了不同工况下的剪切层涡、马蹄形涡和反向涡旋对(CVP)。结果表明：在多孔射流中，由于前面射流的遮挡作用，使得后面射流剪切层涡发生的位置升高；在多孔射流中，当多股射流合并为一股新的射流之后，才出现马蹄形涡的雏形，并最终发展成为马蹄形涡；剪切层涡的破裂导致CVP的形成，马蹄形涡和尾迹涡都影响CVP的发展。当多股射流合并为一个新的射流之后，CVP的形状才逐渐发生变化并趋于规则。     

一种多特征融合的图像检索新方法

如何提高基于内容的图像检索的准确率是图像检索领域中的一大难题,其关键在于特征提取方法。针对单一特征检索效果的不足,从图像的多特征入手,先使用颜色和边缘的方向性描述符提取图像的颜色和纹理特征,再使用分层梯度方向直方图提取图像的形状特征,最后采用图像底层特征串行关联的方法将3种特征结合进行检索。使用Corel标准图像集进行测试,结果表明本文方法的查准率和AvgP值比两种原算法均有提高,是一种有效的多特征融合的图像检索方法。     

大型电站锅炉多组小屏绕流的数学模型

引入“旋涡层”概念，炉深方向沿前屏分布着旋涡层，薄板翼导流，炉内右半部分的旋涡层削弱网格涡的速度环量。旋转上升气流绕流前屏，在其表面和尾部分别形成附着涡和分离涡；采用镜像法处理炉膛固壁对涡运动的影响。考虑炉内大残旋网格涡的切向速度；附着涡、分离涡及镜像涡的诱导速度，首次建立了多组小屏绕流的数学模型，并对HG-2008/18．2-YM2型锅炉等温模型进行理论计算。计算表明：后屏入口的速度右侧高左侧低，右侧镜像附着涡和分离涡诱导的速度，使后屏入口右侧速度升高。六线涡量探针所测涡量场表明：炉内螺旋上升气流绕流薄板翼，在前屏尾部，确实产生了分离涡；且后屏入口速度场，也表现为右侧高左侧低，试验结果和理论计算定性吻合，验证了所建数学模型的合理性，为分析小屏尾部分离涡对水平烟道左右侧速度偏差的影响，提供了理论依据。