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关键词： 横向射流   超声速来流   一次雾化   射流孔型   入射角度   脉冲射流  

摘要： 超声速横向射流主要应用于高超声速飞行器的超燃冲压发动机中,在超燃冲压发动机的燃烧室内,液态燃料以横向射流的形式进入超声速气流中,射流与横流相互作用进而完成雾化,燃油的雾化作为燃烧过程的初始阶段,其性能对发动机的燃烧效率和燃烧稳定性有重大影响,研究液态燃料在超声速气流中的雾化和涡环流动特性对发动机设计具有重要意义。 本文同时采用耦合水平集与流体体积法(CLSVOF)、大涡模拟(LES)、自适应网格加密(AMR)对超声速横向射流进行数值仿真。分别研究了2.85Ma的超声速横流中的射流雾化特性与机理,不同射流孔型的雾化特性,不同入射角度射流雾化特性,以及脉冲射流雾化特性。 研究了煤油液体射流在2.85Ma横流中的破碎过程与雾化机理,详细地呈现了在当前横流条件下精细的液体射流演化过程与射流表面波的发展趋势,揭示了超声速横向射流表面波的存在形式,即纵向与展向表面波同时存在的二维形式;此外,发现了超声速横向射流的流场中激波的形态与射流液柱形态密切相关且是随时间变化的。这对于进一步深入研究横向射流雾化特性与机理具有指导性意义。 探究了相同质量流量的圆孔、不同长宽比的椭圆孔、扇形孔以及正方形孔的液体射流的雾化特性,发现了低长宽比的椭圆孔射流与扇形射流都具有较强的抗偏转能力,较大的穿透深度,较密集的表面波,较坚挺的弓形波,以及较小的回流区域。但低长宽比椭圆射流展向跨度较大而扇形射流展向跨度较小,且低长宽比椭圆射流涡分布稀疏而扇形射流涡分布密集。高长宽比射流与方形孔射流易于偏转,穿透深度小,表面波稀疏,弓形波弯曲,回流区域大,涡密集程度与圆孔接近,但低长宽比椭圆射流展向跨度更大。这一发现对于超声速横向射流雾化的增强具有指导性的意义。 揭示了超声速横流中不同入射角度的液体射流雾化特性,通过仿真总结出了射流入射角对于射流雾化的影响规律,研究发现顺流入射工况整体雾化水平较低,垂直工况与135°工况和150°工况雾化水平差距较小,在本文研究的工况中,120°工况各项指标均为最优,120°入射射流从穿透深度、展向宽度、表面波幅值、激波强度、以及涡结构分布情况等方面均是效果最好的。 获得了脉冲射流频率以及脉冲射流速度幅值对于射流雾化的影响规律,脉冲射流的速度脉动可为射流的雾化带来额外的不稳定性,这种不稳定性可强化射流的雾化效果,相较于稳态射流,脉冲射流雾化情况整体提升明显。脉冲射流频率对射流雾化影响整体不大,而脉冲射流幅值的增大对射流表面波强度以及流场激波强度有明显提升。综合所有工况,100k Hz频率0.5倍幅值工况从穿透深度,表面波状态,以及涡结构的分布情况等各个方面上都有较好的表现。 从入射孔、入射角度、脉冲射流等三个方面探究了射流的雾化表现,进而总结出这三种变量的相关雾化特性,进而为超声速横向射流雾化的增强以及发动机构型设计提供指导性意义。

关键词： 学业倦怠   父母教育卷入   学业浮力   希望感   初中生  

摘要： 初中时期是青少年积累知识与身心发展的重要阶段。根据资源保存理论,长期超负荷的学业任务使个体出现资源损耗,使初中生表现为学业倦怠。父母作为子女学业生涯中的重要陪伴者,父母教育卷入是指在学业方面父母对子女智力、行为、情感三方面的参与情况,已有大量研究表明,父母教育卷入对子女的身心发展起着至关重要的作用。因此,为深入考察初中生学业倦怠的现状,明确父母教育卷入对初中生学业倦怠的作用机制,本研究构建有调节的中介模型,重点考察学业浮力的中介作用和希望感的调节作用。 本研究采用《父母教育卷入量表》、《学业倦怠量表》、《学业浮力量表》、《希望感量表》为测量工具,对山东省泰安市某所中学的643名初中生进行问卷调查,使用SPSS 26.0和AMOS 24.0对数据进行统计分析,得出以下结论: (1)初中生学业倦怠、学业浮力和希望感存在显著的性别差异;初中生父母教育卷入、学业倦怠、希望感存在显著的年级差异;初中生父母教育卷入在是否班干部方面不存在显著差异。 (2)初中生父母教育卷入、学业浮力、希望感与学业倦怠呈显著负相关,父母教育卷入、学业浮力和希望感两两之间呈显著正相关。 (3)初中生父母教育卷入对学业倦怠具有负向预测作用。 (4)初中生学业浮力在父母教育卷入、情感卷入和行为卷入对学业倦怠的影响中均起到中介作用;学业浮力在父母教育卷入、父母情感卷入对学业倦怠的影响中起部分中介作用,在父母行为卷入对学业倦怠的影响中起完全中介作用。 (5)希望感在父母教育卷入对初中生学业倦怠影响的后半路径起调节作用,即相对于希望感水平较高的初中生,希望感水平较低的初中生,其学业浮力更能显著降低初中生的学业倦怠水平。 (6)基于本研究结果,为初中生学业倦怠的预防和干预提供实质性的支持,同时为学校心理健康教育工作者提供理论指导。家长可以通过对子女学业的关心和支持,使初中生通过增加外部积极资源来弥补已经消耗的资源,从而具备良好的学业浮力和希望感,达到需求和资源供给平衡,降低学业倦怠的发生。

关键词： 分布阶Maxwell流体   磁场   纳米颗粒   分布阶Cattaneo-Christov双扩散模型   数值求解  

摘要： 在实际的生产与生活中,水凝胶已被广泛应用于储能装置和柔性电子设备中。非稳态边界层流动、传热和磁扩散的研究为提高水凝胶的性能和质量提供了理论指导。本文主要基于时间分布阶Maxwell流体的本构关系,研究了在感应磁场作用下粘弹性导电水凝胶在拉伸板上的流动与传热问题,非均匀磁场下纳米流体的拉伸流动、传热传质与磁扩散问题,以及在收缩通道内粘弹性流体流动的数值模拟问题。 首先,讨论了线性拉伸板上非稳态粘弹性水凝胶边界层内的流动、传热与磁扩散问题。基于分布阶Maxwell流体的本构方程,考虑边界层中高磁雷诺数的感应磁场分布,以及速度滑移和热辐射的影响,建立了振荡磁场作用下的流动传热模型,并利用有限差分法数值求解该模型。已有的实验数据验证了模型的有效性。结果表明:流体速度随磁参数的增大而减小,而磁参数的增大导致感应磁场增大;速度和温度松弛时间参数的增大使得速度、感应磁场和热边界层的厚度减小,符合应力松弛现象;不同的速度权重分布系数得到了不同的速度、温度和感应磁场,在数值上分数阶本构方程的结果大于分布阶本构方程的结果。 其次,研究了粘弹性磁纳米流体的非稳态拉伸流动、磁扩散与传热传质问题。基于时间分布阶Maxwell流体的本构方程和分布阶Cattaneo-Christov双扩散模型,建立了二维不可压缩磁纳米流体的流动传热传质模型。利用有限差分-谱方法获得数值解,并验证了数值方法的收敛性。研究发现:在熔融聚合物内添加的Fe3O4纳米颗粒体积分数的增加,加快了流体的流动和传热速率,但减弱了磁扩散效应;不同的磁性纳米颗粒具有不同的物性参数,发现加入Fe3O4和Fe2O3纳米颗粒时速度达到最大,磁边界层的厚度在添加CuO和Fe2O3纳米颗粒时最厚,而添加CuO纳米颗粒的流体温度最高;磁参数的增加导致速度边界层厚度减小、磁边界层厚度增大,跳跃参数的增加阻碍了流体的热量和质量扩散。 最后,分析了二维收缩通道内的非稳态粘弹性流体的流动问题。基于分布阶Maxwell本构关系,建立了速度控制方程,结合有限差分-谱方法和Caputo快速算法获得了模型的数值解,计算节省了成本和储存空间。结果表明,高雷诺数下的流体流速加快,而收缩比率的增大会减缓流体的流动。

关键词： 大气湍流强度反演   神经网络   深度学习   模型泛化性   目标识别  

摘要： 大气湍流会引起空气折射率的随机波动,导致在大气湍流中传输的光束产生一系列的湍流效应,如光强闪烁、到达角波动和光束漂移等,对观测目标的高精度识别带来了困难.大气湍流强度是影响这些湍流效应的重要因素,对大气湍流强度的准确反演有助于提高湍流目标的识别精度.另外,大气环境存在各向同性和各向异性两种状态的湍流,并且湍流环境类型会影响光束畸变的程度.由于湍流环境是复杂多变的,很难轻易确定当前的湍流环境,因此这对大气湍流强度的精确反演是一个挑战.针对以上问题,本文研究了基于深度学习的大气湍流强度反演技术,并将反演得到的大气湍流强度信息用于辅助湍流目标识别,主要工作和成果如下: 对多种激光光束和大气湍流理论进行了研究,基于修正Von Karman谱和广义修正Non-Kolmogorov谱,通过功率谱反演法分别生成了各向同性和各向异性湍流环境下的随机相位屏,并数值仿真了高斯光束和不同模态值的拉盖尔高斯光束在两种大气湍流环境中的传输过程,并分析了湍流环境类型、激光光束的种类和传输距离对传输光束的影响. 针对基于光斑图像的大气湍流强度反演问题进行实验研究,提出了一种由卷积和池化模块组成的神经网络方法,并利用反演得到的大气湍流强度信息辅助湍流目标识别.实验分析了激光光束种类、湍流环境类别和湍流尺度对大气湍流强度反演的影响,并利用迁移学习的思想对训练数据集进行了重组,以提高网络对不同湍流环境的泛化能力.研究结果表明了本文提出方法的有效性. 针对基于湍流退化图像的大气湍流强度反演问题进行实验研究,提出了一种基于混合域注意力机制的神经网络方法.混合域注意力机制由空间注意力和通道注意力组成,其中空间注意力机制用于加强退化图像中受大气湍流影响明显区域的特征,通道注意力用于加强退化图像中受大气湍流影响的特征,减轻非大气湍流影响的特征.研究结果表明本文提出的方法的有效性.

关键词： RMHD问题   单位分解技术   回溯技术   欧拉方法   全离散格式  

摘要： 本文利用局部并行有限元算法研究低电磁雷诺数磁流体力学(RMHD)问题.RMHD问题刻画电磁雷诺数8)较小的MHD问题,即忽略移动的导电流体产生感应磁场对原磁场影响.由于RMHD问题是流体动力学和磁流体力学的耦合方程,所以直接求解会造成计算量大、耗时长等问题.为实现更快的计算效率,我们给出局部并行有限元算法.算法基于双重网格思想,在较粗网格求解耦合问题得到低频分量,在较细网格并行求解局部子问题得到高频分量. 对于定常RMHD问题提出并研究了改进的局部并行算法.首先在全局粗网格求粗解,并在局部并行细网格上修正残差.其次利用单位分解技术,得到全局连续解.再次利用回溯技术,在全局粗网格上校正,得到最优解.最后算法的误差和收敛阶数证明了该算法不仅能够提高计算效率,还能够优化计算结果. 对于非定常RMHD问题提出了全离散局部并行算法.基于双重网格技术,先是利用有限元方法离散空间,得到半离散局部有限元算法.再利用欧拉方法离散时间得到全离散局部方法和全离散局部并行方法,并给出理论分析.最后数值算例的误差与收敛阶数证明了全离散算法的准确性.

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摘要： Using time-resolved volumetric three-dimensional measurements, we study the evolution of turbulent velocity, vorticity r.m.s, and coherent structures in turbulent flow advecting through a set of three 4:1 2-D contractions with different contraction lengths, as well as within a much more rapid 16:1 3-D contraction. Visualization using the vorticity magnitude criterion shows the emergence of long, stretched cylindrical vortices aligned with the mean flow near the exit of the 3- D contraction. This alignment is quantified by the probability density function (PDFs) of the direction cosines. We propose two measures to quantify the alignment, the peak height in the probability and a coefficient from the moment of the PDF, both of which reaffirm the strong streamwise alignment of the coherent structures. We first compare the statistics and the alignment of coherent structures for the three 2-D contractions, which have different streamwise lengths and thereby different mean strain-rates. It is found that, for the 2-D contractions, the alignment of these structures with the mean flow direction is most prominent for the intermediate-length contraction. In the 3-D contraction, having the largest contraction ratio, we identify long, stretched vortical structures with the strongest alignment with the mean flow. The r.m.s. of the streamwise vorticty grows within the contraction to become 4.5 times larger than the transverse component, at the downstream location where the contraction ratio is C = 11. The characteristic vortices become as long as the measurement volume, or more than 4 times the integral scale of the turbulence at the entrance to the contraction. We characterize the vorticity enhancement along individual coherent vortices, measuring 65% strengthening over the streamwise distance along the vortex, where C goes from 4 to 11. The prevalence of these coherent structures is estimated from 700,000 measured volumes, showing that near the outlet it is more likely to have 1