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关键词： 二元液滴碰撞   聚并破碎模型   尺寸分布模型   圆柱绕流   耦合场  

摘要： 本研究基于电流体动力学理论,通过数值模拟方法建立了液滴二元碰撞模型和液滴尺寸分布模型,阐明了绕流湍流和电场条件下液滴发生聚并与破碎的总约束条件,拓展了电破乳过程中流体湍流特性与液滴聚并破碎行为的双向耦合特性研究,考察电场参数、流场参数、物性参数等对液滴破碎聚并的影响机制,建立具有一般化形式的液滴聚并破碎速率和子尺寸分布理论模型,对原油脱水技术的进一步的提高和创新提供理论支撑,为实际工程应用提供理论指导。主要的研究内容和相关结论如下: 首先,基于流体动力学和碰撞动力学的原理,构建了二元液滴碰撞的动力学模型,利用计算流体力学（CFD）软件进行数值模拟,分析了不同参数下二元液滴碰撞的动力学过程。研究发现:液滴碰撞后在惯性力、表面张力和粘性力的共同作用下会发生形变,随着We数的增大,液滴的形变逐渐增大,依次表现出聚并、分离、破碎三种结果,且碰撞结果之间存在临界韦伯数。 然后探究了不同参数对临界韦伯数的影响,结果表明临界韦伯数的大小受流场参数、物性参数、碰撞参数的影响。具体表现为聚并和分离的临界韦伯数We1以及分离和破碎的临界韦伯数We2均随着液滴尺寸D的增大而减小,随尺寸比γ的增加而增加,随界面张力系数σ的增大而减小,随着场强E的增加先增加后减小。与对心碰撞相比,偏心碰撞结果要复杂的多,且不同碰撞结果间的临界韦伯数没有明显的函数关系。为研究偏心率B对碰撞结果的影响,绘制了碰撞结果关于偏心率B和We数的诺谟图,可用于判断不同偏心率下在不同韦伯数时的碰撞结果。最终得到了考虑各种影响因素的聚并和分离的临界韦伯数We1以及分离和破碎的临界韦伯数We2的函数表达式。 其次,基于相场模型,建立了液滴粘性剪切破碎模型和电场破碎模型,分析了不同参数下的不同破碎过程。研究发现,粘性剪切破碎与Ca数有关,当大于临界Ca数时液滴破碎。临界Ca数随液滴尺寸D的增大而减小,随连续相粘度μc的增大而增大,随界面张力系数σ的增大而减小,并求得了临界Ca数随各参数变化的函数表达式。研究还发现,电场破碎与Su数有关,当大于临界Su数时液滴破碎。临界Su数随液滴尺寸D的增大而减小,随界面张力系数σ的增大而减小,并求得了临界Su数随各参数变化的函数表达式。 在液滴二元碰撞和单液滴破碎研究的基础上,建立了具有普适性的液滴尺寸分布模型—CPT（collision and phase transfer）模型。CPT模型系统地考虑了碰撞聚并、粘性剪切破碎、电场破碎和碰撞破碎对分散相液滴的影响。通过验证发现该模型具有很好的准确性,能够预测液滴尺寸分布,并且具有良好的普适性,能够适用于不同的物理场以及耦合场。 最后,利用CPT模型,对绕流场和脉冲电场耦合作用下的液滴聚并特性开展研究。研究表明绕流场可以促进分散相液滴的聚并,聚并效率与流速和圆柱直径有关。且绕流场中存在促进液滴聚并的最优圆柱直径,为0.03m;存在促进液滴聚并的最优流速,为2m/s。在绕流场的基础上,将脉冲电场与绕流场进行耦合,可以进一步提高聚并效率,聚并效率与电场幅值和频率有关。存在促进液滴聚并的最优场强幅值,为4k V/cm;存在促进液滴聚并的最优频率,为120Hz。将相关结果与实验结论进行对比,进一步验证了CPT模型的准确性。

关键词： 退化图像复原   大气湍流   深度学习   生成对抗网络   网格网络   注意力机制  

摘要： 大气湍流是日常生活中常见的现象。例如,沙漠中的物体或通过热介质观察到的场景,喷气发动机或房屋烟囱附近的区域,都表现出大气湍流。大气湍流的成因复杂,在光波的传输路径中,大气湍流的随机运动和大气折射率的随机变化导致目标图像的几何畸变和模糊效应,严重降低了图像质量,影响了目标图像的特征识别和信息提取。从降级后的图像中无法获得有效的信息,使得不能达到目标识别、精确定位和目标跟踪的目的,包括远程行星观测、天气预报、远程安全监测和高分辨率实时地球观测。因此,为了满足军事和民事应用的基本要求,必须找到可靠的湍流缓解方法。在过去的几十年里,大量的学者和研究人员对湍流缓解方法做出了贡献。近年来,深度学习以惊人的速度发展,越来越多的研究人员使用神经网络来修复湍流图像。围绕这一课题,本文对大气湍流退化图像复原方法进行了研究,所做的创新性研究工作如下: 1.基于生成对抗网络,提出了一种新的大气湍流退化图像复原方法。该方法主干网络中的DA-Net模块负责对大气湍流退化图像进行去畸变,该模块由两个子网络构成:分别是配准和色彩还原网络。其中配准网络对几何畸变图像进行校正,校正后的图像额外采用色彩还原网络进行细节还原,同时在该模块中添加亚像素机制和自注意力机制。主干网络中另一个模块DB-Net采用特征金字塔作为框架,负责对细节还原后的图像进行去模糊。设计的网络在整体对比实验以及消融实验中表现良好,能够有效地对中低度大气湍流影响的退化图像进行复原。 2.针对受强大气湍流影响的退化图像,提出了基于网格网络的大气湍流退化图像复原方法。为了实现局部和深层次的多尺度特征提取,在主干模块中采用空洞卷积扩大模型感受野,同时在后处理模块中加入空间注意力模块,使得更好地处理复原图像的白斑和伪影,提升像质。实验结果表明:所提网络不仅对中低度大气湍流引起的退化图像具有复原效果,对受强湍流影响的退化图像也有一定的效果。所提网络平均在0.29 s快速输出复原结果,动态场景下模拟数据的平均PSNR和SSIM相比其他方法,最大提升高达9.44 d B和0.1173,同时也适用于真实场景下的大气湍流复原。 本文基于深度学习,设计不同的网络对不同层次湍流影响的退化图像进行复原研究。复原效果不仅在指标上有所提升,针对静动态场景也具有泛化能力。

关键词： 讨论式教学   初中物理   浮力  

摘要： 文章以初中物理“压强和浮力”章节中的“浮力”为例，通过实施讨论式教学，探讨其在提升学生理解能力和思维能力方面的有效性。研究结果显示，相较于常规教学模式，讨论式教学能显著提升学生的参与度，加深其对物理概念的理解，并有效促进其思维能力的提升。

关键词： 黏性剪切热   流体动压效应   流体膜   密封性能  

摘要： 针对高工况参数下机械密封的性能问题，特别是黏性剪切热引起的温度升高对密封性能的影响，本研究建立了一个考虑热流体动力润滑（THD）的模型，并与传统的流体动力润滑（HD）模型进行了对比分析。研究结果表明，两种模型在压力分布上大致一致，但在THD模型中，由于动静环端面的相对运动产生的大量摩擦热，导致流体膜的黏度降低，流体动压效应减弱，进而使得流体膜的压力峰值、液膜开启力以及刚度都低于HD润滑状态。此外，考虑热流体动压作用时，泄漏量增加，这主要是因为流体膜在动压作用下具有更高的黏度。

关键词： 机电一体化   煤矿自动化控制   分布式控制系统   生产优化  

摘要： 本文针对煤矿生产自动化控制的需求,提出了基于机电一体化技术的煤矿生产自动化控制系统解决方案。系统通过整合机械设备、电气控制和计算机监控技术,实现了煤矿生产流程的自动化控制和优化。系统采用分布式控制架构,集成了多种先进的传感器、执行器和通信网络,可实时监测生产运行状态,自动调节各环节参数,提高生产效率和安全性。实践数据表明,该系统显著降低了人工操作风险,提高了生产效率和产量,取得了良好的自动化控制效果。

关键词： 小系统   亥姆霍兹定理   φ4平均场   相变   负热容   负压缩率  

摘要： 小系统的热力学行为在近年来成为一个热门的研究课题,众多学者通过各种实验和分子动力学模拟研究了小系统独有的反常热力学行为,比较有代表性的如相变、负热容等。对于这类由少量数目甚至单个粒子组成的系统,已经不能用传统的热力学概念定义它们的熵、温度、压强等热力学量,因此需要将适用于宏观系统的热力学理论进行修改或扩充以运用到小系统中。亥姆霍兹定理很好地解决了这一问题,它用一种简洁的方式体现出了质点力学和热力学的关系。本文目的在于研究如何将亥姆霍兹定理这一鲜为人知的理论用来处理少粒子体系。 本文首先以一维弹簧振子简单体系为例,结合亥姆霍兹定理用力学量的时间平均值定义了该体系的热力学量,其中熵被定义为粒子相空间轨道所包围面积的对数。然后分别从数学求解全微分和熵的定义这两个角度出发,证明了该体系存在热力学关系。说明在一维单循环系统中,即便不存在传统的概率统计行为,热力学关系在力学上也是成立的。 其次本文利用亥姆霍兹定理对一维φ4平均场中单粒子系统的热力学行为进行研究,分析了粒子的运动特征和系统的能量与温度、熵等物理量之间的依赖关系,并对系统发生的热力学行为进行讨论。结果表明:作为一个简单的动力学体系,一维φ4单粒子系统同样可定义宏观体系所具有的热力学量,并满足核心热力学关系式。在此热力学含义的基础上,该小体系存在相变和特有的负热容、负压缩率等宏观热力学体系不具有的反常热力学行为。这些独特的现象来源于在临界能量处体系能量微小的增加所引起的相轨道空间的突变。该模型中负热容的产生机理,可以很好用在Na、Ar、Cu等原子团簇中出现的负热容现象的解释上。