声-流耦合空化场观测与量化表征探索*

该文利用搭建的高速摄影和空化噪声同步观测的声-流耦合空化实验平台,观察分析了声-流耦合场中空化云的演化规律及相应的空化噪声特征。通过引入空化状态变量,给出了空化强度的一种新的明确表述,并提出了一种基于高速摄影图像分析来测量和表征空化状态变量及空化强度的方法。利用该方法进一步对声-流耦合空化时间演化周期性和空间强度分布进行了定量计算。结果表明,声-流耦合空化强度和作用范围相比单独声空化和单独水力空化有显著的提升。     

大气湍流环境下光斑中心定位算法研究

以提高通信链路的稳定性为目标,针对传统算法如形心法、质心法等在大气激光通信中定位稳定性较差的问题,提出了一种滑动加权质心定位算法.改进了自适应阈值分割方法,提高光斑定位的精度;对光斑进行去背景噪声处理和中心噪声补偿,最大程度保留光斑有效灰度范围;通过非线性权重质心定位算法进行粗定位,加入滑动补偿机制后实现光斑中心的精定...     

Bessel驻波对椭球形液滴的声辐射转矩

在实际的声操控中,由于声辐射力、表面张力和重力的共同作用,液滴往往呈现出椭球的形状,在螺旋声场中会受到力矩的作用而发生转动。从声波的散射理论出发,根据部分波展开法求解得到了椭球形液滴在Bessel驻波场中的声散射系数,并给出了其受到的声辐射转矩的解析式。在此基础上,对椭球形不可压缩液滴和椭球形可压缩液滴分别进行数值计算。仿真结果表明,不可压缩液滴的声辐射转矩与声束半锥角的关系更密切,而可压缩液滴则更依赖于特定的频率;提升Bessel驻波场的阶数有利于增强声辐射转矩的峰值,但在中低频处较难对可压缩液滴产生明显的力矩。该研究结果预期对利用螺旋声场进行液滴的操控具有理论指导作用。      

具有因病死亡且输人为Berverton-Holt函数的离散SIS传染病模型分析

引入相应的概率建立了考虑因病死亡且输入为Berverton-Holt的离散SIS传染病模型,确定了决定其动力性态的阈值,在阈值之下模型仅存在无病平衡点,且无病平衡点是全局渐近稳定的;在阈值之上模型是一致持续的,有唯一的地方病平衡点存在,且可以猜想地方病平衡点是全局渐近稳定的.     

自由空间中球形粒子的负向声辐射力

针对一定声场作用下自由空间中的球形粒子,首先分析了声散射过程中的吸收声功率、散射声功率和损失声功率以及三者之间的关系,并通过计算发现了由于参数选取不当导致的负吸收现象。接着从动量守恒定律出发推导了声辐射力的一般表达式,阐释了声辐射力与声能流之间的关系,并从理论和计算两方面验证了负向声辐射力的存在。当负向声辐射力产生时,声波的背向散射被抑制。在此基础上,进一步研究了粒子的偏心特性和流体的黏度这两种常见因素对负向声辐射力的影响。利用球函数的加法公式推导了偏心球的散射系数和声辐射力公式,结果显示偏心距离、粒子的材料等都会显著改变负向声辐射力的产生条件。在低频近似下,由于流体黏度附加的正向声辐射力是否能完全抵消原来的负向声辐射力将决定最终的声辐射力方向。该结果对利用负向声辐射力制成单行波声学镊子来实现对特定粒子的操控有着理论指导意义。      

Acoustic radiation force on a rigid cylinder near rigid corner boundaries exerted by a Gaussian beam field

Acoustic manipulation is one of the well-known technologies of particle control and a top research in acoustic field. Calculation of acoustic radiation force on a particle nearby boundaries is one of the critical tasks, as it approximates realistic applications. Nevertheless, it is quite difficult to solve the problem by theoretical method when the boundary conditions are intricate. In this study, we present a finite element method numerical model for the acoustic radiation force exerting on a rigid cylindrical particle immersed in fluid near a rigid corner. The effects of the boundaries on acoustic radiation force of a rigid cylinder are analyzed with particular emphasis on the non-dimensional frequency and the distance from the center of cylinder to each boundary. The results reveal that these parameters play important roles in acoustic manipulation for particle-nearby complicated rigid boundaries. This study verifies the feasibility of numerical analysis on the issue of acoustic radiation force calculation close to complex boundaries, which may provide a new idea on analyzing the acoustic particle manipulation in confined space.     

声悬浮高温小球轴向稳定性研究

针对驻波声悬浮高温小球的轴向稳定性,建立了声-热-流-重力场耦合的物理模型,采用有限元方法计算了高温小球周围空间的不均匀温度场和声场,分析了驻波声场中直径2 mm的氮化硅小球在300～2000 K温度区间的轴向悬浮稳定性,并通过常温下声悬浮实验验证了仿真模型的准确性。结果表明在初始悬浮间距满足谐振并保持不变的条件下,随着悬浮小球的温度升高,小球的平衡位置降低,并且存在能保持稳定悬浮状态的温度最大值。在小球升温的过程中,通过反馈调节发射端-反射端间距和发射端激励电压,可以在一定程度上保持高温小球的轴向悬浮稳定性。     

板壳式换热器波纹倾角对换热和阻力性能影响

研究了波纹倾角（α=45°，60°，75°）对板壳式换热器单流道内单相流动与换热过程的影响，分析了波纹流道内的速度分布、湍动能分布、压力分布和温度分布；基于范宁摩擦阻力因子f和Nu与Re的关系，提出了板壳式换热器不同波纹倾角下换热特性和流动阻力特性的预测关联式；通过计算不同波纹倾角下的综合性能评价指标（performance evaluation criteria,PEC）和面积质量因子（j/f）综合评价了流动与换热性能。结果表明：波纹倾角是影响圆形板间流体流动形态的因素之一，随着波纹倾角增大，会出现“十字交叉流”向“曲折流”转变；所提出的关联式能够很好地预测板壳式换热器内阻力与换热性能，阻力特性偏差在±14%范围内，换热特性偏差在±7%范围内；α为45°时，j/f较大，流道内阻力相对小；α为60°时，PEC较大，流道内换热性能相对强。