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3D Effects on Vortex-Shedding Flow and Hydrodynamic Coefficients of A Vertically Oscillating Cylinder with A Bottom-Attached Disk
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作者 WANG Quan KOU Yu-feng +1 位作者 ZHU Ren-qing CHEN Hong 《China Ocean Engineering》 SCIE EI CSCD 2017年第4期428-437,共10页
Vortex-shedding flow induced by the vertical oscillation of a cylinder with bottom-attached disks of different diameter ratio Dd/Dc and thickness ratio td/Dc is studied by a 3D (three-dimensional) numerical model de... Vortex-shedding flow induced by the vertical oscillation of a cylinder with bottom-attached disks of different diameter ratio Dd/Dc and thickness ratio td/Dc is studied by a 3D (three-dimensional) numerical model developed in this paper, and compared with the results obtained through 2D (two-dimensional) numerical model. The high-order upwind scheme is applied to stabilize the computation, and convergence is accelerated by the multi-grid method. Qualitative and quantitative analyses of the differences between the 2D and 3D simulation results reveal the 3D effect on the flow field characteristics and hydrodynamic coefficients of the vertically oscillating cylinder with a bottom-attached disk. The 3D effect on the fluid field is mainly reflected in the significance of three vortex-shedding patterns: ωx has a greater effect on the flow fields around the sharp edges relative to the vortices generated in the 2D simulation. In the slice along the axial orientation, the vortex effect of ωy along the radial axis is smaller than that of ωx along the circumferential direction, indicating the radial effect on the velocity more pronounced than the circumferential effect around the sharp edges of the disk. The rotational interaction ωz of the fluid in the horizontal plane during the heave motion is insignificant. Based on the 2D and 3D simulation results, the turning points that separate the increasing regimes of the added mass coefficient and damping ratio are identified. The dependence of the turning point on the diameter ratio Dd/Dc and thickness ratio td/Dc are discussed in detail. 展开更多
关键词 3D effect vortex-shedding pattern added mass coefficient damping ratio vertical oscillation
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Study on the Wake Shape behind a Wing in Ground Effect Using an Unsteady Discrete Vortex Panel Method
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作者 Cheolheui Han Spyros A. Kinnas 《Open Journal of Fluid Dynamics》 2013年第4期261-265,共5页
The unsteady evolution of trailing vortex sheets behind a wing in ground effect is simulated using an unsteady discrete vortex panel method. The ground effect is included by image method. The present method is validat... The unsteady evolution of trailing vortex sheets behind a wing in ground effect is simulated using an unsteady discrete vortex panel method. The ground effect is included by image method. The present method is validated by comparing the simulated wake roll-up shapes to published numerical results. When a wing is flying in a very close proximity to the ground, the optimal wing loading is parabolic rather than elliptic. Thus, a theoretical model of wing load distributions is suggested, and unsteady vortex evolutions behind lifting lines with both elliptic and parabolic load distributions are simulated for several ground heights. For a lifting line with elliptic and parabolic loading, the ground has the effect of moving the wingtip vortices laterally outward and suppressing the development of the vortex. When the wing is in a very close proximity to the ground, the types of wing load distributions does not affect much on the overall wake shapes, but parabolic load distributions make the wingtip vortices move more laterally outward than the elliptic load distributions. 展开更多
关键词 WAKE SHAPE WING in Ground effect UNSTEADY DISCRETE vortex Method
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用于抑制涡激振动的低气动阻力斜拉索纵向肋条参数的试验研究
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作者 刘庆宽 常幸 +3 位作者 韩鹏 邵林媛 褚泽楷 孙一飞 《工程力学》 北大核心 2025年第7期66-79,共14页
设置纵向肋条作为斜拉索抑制风雨振的气动抑制措施之一,可通过防止水线的形成起到抑制振动的效果。然而实际工程中发现,除了风雨振外,斜拉索在低风速下经常发生涡激振动现象,容易引起结构的疲劳破坏,而用于抑制风雨振的纵向肋条是否能... 设置纵向肋条作为斜拉索抑制风雨振的气动抑制措施之一,可通过防止水线的形成起到抑制振动的效果。然而实际工程中发现,除了风雨振外,斜拉索在低风速下经常发生涡激振动现象,容易引起结构的疲劳破坏,而用于抑制风雨振的纵向肋条是否能抑制涡激振动、附加纵向肋条斜拉索的气动力特性如何变化,是抗风设计中十分关注的问题。通过风洞试验,研究了设置2根、3根、4根、6根、8根和12根肋条的斜拉索在不同风攻角(风的方向与模型水平方向的夹角)下气动力和涡激振动特性的变化,结果表明:对于环向平均风压分布,2根肋条和3根肋条的斜拉索在小风攻角下,环向平均风压系数不对称分布状态对应的雷诺数减小,在大风攻角下,与4根、6根、8根和12根肋条斜拉索变化情况一致,雷诺数的增大对环向平均风压分布基本没有影响。对于平均阻力系数,2根肋条和3根肋条的斜拉索在小风攻角下,率先出现平均阻力系数随雷诺数的增大而减小的现象;在大风攻角下,与4根、6根、8根和12根肋条斜拉索变化情况一致,雷诺数的增大对平均阻力系数基本没有影响。对于涡激振动,与无肋条索相比,2根肋条和3根肋条的斜拉索,肋条均可减小最大振幅,4根、6根、和8根肋条的斜拉索,最大振幅的改变并不明显,12根肋条的斜拉索在15°风攻角下抑制效果最好,减小了约35%。因此在实际工程应用时,应从抑振效果和气动力两个方面进行综合考虑。 展开更多
关键词 风洞试验 纵向肋条 涡激振动 雷诺数效应 气动力特性
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甘肃“7·22”区域性特大暴雨特征及中尺度成因初探
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作者 黄玉霞 沙宏娥 +6 位作者 叶培龙 黄武斌 张君霞 谢鸿飞 董宏昌 马莉 秦豪君 《暴雨灾害》 2025年第3期289-299,共11页
2024年7月22—24日甘肃河东地区出现1961年以来最强区域性暴雨过程。利用地面自动气象观测站、探空、双偏振雷达等资料、融合降水产品和ERA5再分析资料对此次过程的降水实况、中尺度对流系统(MCS)的演变特征、环流形势和局地极端暴雨的... 2024年7月22—24日甘肃河东地区出现1961年以来最强区域性暴雨过程。利用地面自动气象观测站、探空、双偏振雷达等资料、融合降水产品和ERA5再分析资料对此次过程的降水实况、中尺度对流系统(MCS)的演变特征、环流形势和局地极端暴雨的中尺度成因进行了初步探讨。结果表明:(1)此次过程强降雨范围广、持续时间长、累计降水量大,有显著极端性。MCS具有后向传播和列车效应,生命史长,雷达回波呈低质心、高效率的暖云降水特征。(2)受较强且稳定的西太平洋副热带高压和台风“派比安”共同影响,南海洋面至甘肃暴雨区形成一条强劲持久的水汽输送通道,使该地区大气可降水量极端正异常,标准化距平超过4σ;另外对流层低层中尺度低涡和高层南亚高压的强度异常形成了有利于上升运动发展的形势。(3)位于陇山西、东两侧的定西通渭和平凉崇信两个特大暴雨中心因地形差异造成水汽输送、MCS触发和维持机制不同。通渭特大暴雨主要由喇叭口地形和对流层低层低涡系统相叠加造成的水汽强烈辐合抬升所致,水汽辐合集中在800 hPa,对流系统整体发展高度不高;崇信特大暴雨出现在低空急流发展越过陇山后,由低空急流左侧风速切变、急流轴风速脉动及低空急流与高低空系统耦合动力抬升共同作用形成的深厚对流系统维持造成,水汽辐合集中在700 hPa。在两个特大暴雨中心强降水过程中,中等强度对流有效位能和对流不稳定为暴雨中尺度对流系统长时间维持提供有利的不稳定条件。 展开更多
关键词 特大暴雨 台风“派比安” 复杂地形区 中尺度低涡 低空急流 列车效应
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Viscous Effects on Wave Forces on A Submerged Horizontal Circular Cylinder 被引量:7
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作者 TENG Bin MAO Hong-fei LU Lin 《China Ocean Engineering》 SCIE EI CSCD 2018年第3期245-255,共11页
Numerical simulations are carried out for wave action on a submerged horizontal circular cylinder by means of a viscous fluid model, and it is focused on the examination of the discrepancies between the viscous fluid ... Numerical simulations are carried out for wave action on a submerged horizontal circular cylinder by means of a viscous fluid model, and it is focused on the examination of the discrepancies between the viscous fluid results and the potential flow solutions. It is found that the lift force resulted from rotational flow on the circular cylinder is always in anti-phase with the inertia force and induces the discrepancies between the results. The influence factors on the magnitude of the lift force, especially the correlation between the stagnation-point position and the wave amplitude, and the effect of the vortex shedding are investigated by further examination on the flow fields around the cylinder. The viscous numerical calculations at different wave frequencies showed that the wave frequency has also significant influence on the wave forces. Under higher frequency and larger amplitude wave action, vortex shedding from the circular cylinder will appear and influence the wave forces on the cylinder substantially. 展开更多
关键词 submerged horizontal circular cylinder wave force lift force vortex effect
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磁驱六足微米机器人及其粒子微操控应用
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作者 王富焱 牟方志 《功能材料》 北大核心 2025年第8期8001-8007,共7页
发展了一种可用于粒子微操控的磁驱六足微米机器人。这种微米机器人可以通过溶剂热法简易制备,采用SEM、亥姆霍兹线圈磁控系统和数值模拟等对六足微米机器人进行了结构与运动性能分析,探究了粒子微操控机理和能力。结果表明:六足微米机... 发展了一种可用于粒子微操控的磁驱六足微米机器人。这种微米机器人可以通过溶剂热法简易制备,采用SEM、亥姆霍兹线圈磁控系统和数值模拟等对六足微米机器人进行了结构与运动性能分析,探究了粒子微操控机理和能力。结果表明:六足微米机器人尺寸在5μm左右,通过控制聚乙烯吡咯烷酮K30的加入能够实现对其尺寸和二级枝晶的合成调控。六足微米机器人具备良好的磁响应性能,能够在较低场强的磁场驱动下保证在90 Hz及以下的交变磁场频率参数范围内,实现与控制设备的同步响应,并表现出在高粘溶液中的运动适应性和高效性。利用涡旋效应和尾流效应,六足微米机器人可通过旋转频率调整来控制周围流场的强度和稳态,实现了对聚苯乙烯微球的可控捕获、运输及卸载。该六足微米机器人提供了一种在微米尺度上进行粒子精准微操控的新型工具。 展开更多
关键词 微纳米机器人 粒子微操控 涡旋效应 尾流效应 磁场驱动
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涡流发生器对翼型气动性能影响的连续雷诺数效应分析 被引量:1
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作者 贾娅娅 赵佳诚 +2 位作者 曹万鹏 刘庆宽 吕善宁 《河北科技大学学报》 北大核心 2025年第4期464-472,共9页
为了有效提升大型风力机的发电效率,对风力机翼型气动性能的优化措施进行了探究。采用风洞试验的方法,系统地研究了连续大雷诺数范围内,涡流发生器对风力机翼型气动性能优化效果的雷诺数效应。结果表明:随着雷诺数的增大,翼型升力系数... 为了有效提升大型风力机的发电效率,对风力机翼型气动性能的优化措施进行了探究。采用风洞试验的方法,系统地研究了连续大雷诺数范围内,涡流发生器对风力机翼型气动性能优化效果的雷诺数效应。结果表明:随着雷诺数的增大,翼型升力系数呈现出显著的增长趋势,无论是否布置涡流发生器,均表现出明显的雷诺数效应,同时,涡流发生器对翼型气动性能优化效果的雷诺数效应也与其布置位置有关;当涡流发生器布置在距翼型前缘0.1c~0.2c范围内时,对翼型升力系数的提升效果显著优于其布置在距翼型前缘0.3c~0.4c范围内,且这种提升效果随雷诺数的增大而逐渐增强,但是这种增强趋势并非线性变化;当涡流发生器布置在距翼型前缘0.3c~0.4c处时,随着雷诺数的增大,其对翼型升力系数的提升幅度呈现出相反的变化趋势,存在一个临界雷诺数。拟合得到了表征不同雷诺数条件下涡流发生器对翼型气动性能优化效果的计算公式,可为工程应用提供参考。 展开更多
关键词 风能 风力机 翼型 风洞试验 涡流发生器 雷诺数效应
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增设倾斜侧板的新型人工鱼礁体流场效应研究
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作者 于定勇 陈雅林 +1 位作者 李忠勤 李玉峰 《中国海洋大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第S1期55-68,共14页
为更有效地改善和提升人工鱼礁的结构性能,本文提出了一种增设倾斜侧板的新型人工鱼礁体结构。本研究基于雷诺平均纳维-斯托克斯(Reynolds-averaged Navier-Stokes,RANS)方程和可实现的k-ε湍流模型,研究了该新型人工鱼礁体在4种来流速... 为更有效地改善和提升人工鱼礁的结构性能,本文提出了一种增设倾斜侧板的新型人工鱼礁体结构。本研究基于雷诺平均纳维-斯托克斯(Reynolds-averaged Navier-Stokes,RANS)方程和可实现的k-ε湍流模型,研究了该新型人工鱼礁体在4种来流速度(0.5、0.6、0.7和0.8 m/s)和6种迎流角度(0°、15°、30°、45°、60°和75°)下的流场效应,还计算了礁体在波浪作用下的受力和抗滑移安全系数,并对比了有无增设倾斜侧板的礁体周围流场变化情况。利用声学多普勒流速仪(Acoustic Doppler velocimeter,ADV)实测了迎流角度为0°时,不同来流速度下人工鱼礁体前、后共8个测点的流速,并将其与数值模拟结果对比分析。研究结果表明:数值模拟的流速值与实验模拟结果吻合较好,这说明数值模拟方法可行,结果可靠;在来流速度为0.8 m/s且增设倾斜侧板的新型人工鱼礁体的迎流角度为0°时,生成的上升流相对体积和背涡流相对体积比未增设倾斜侧板的人工鱼礁体分别提升了4.51和9.54倍;在一定范围内,单个礁体的上升流和背涡流相对体积随着来流速度的增大而增大,且当迎流角度为45°布设时,礁体流场效应最佳;当迎流角度为75°时,礁体所受最大波浪力最小,稳定性最优。该研究结果为人工鱼礁体结构设计提供了参考。 展开更多
关键词 人工鱼礁 来流速度 迎流角度 流场效应 数值模拟 稳定性 上升流 背涡流
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风-光互补取电装置性能及其清灰特性 被引量:1
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作者 袁权 吴义鹏 +2 位作者 沈心 刘建 周建华 《科学技术与工程》 北大核心 2025年第14期5862-5869,共8页
采用风光互补供电的小型传感器无需定期更换电源,可部署在各类人迹罕至地区,然而在实际应用中光伏组件容易受到污垢沉积导致发电功率降低,小型风力发电机的旋转部件也极易出现故障。设计了一种结构较为简单且具有自清洁功能的风-光互补... 采用风光互补供电的小型传感器无需定期更换电源,可部署在各类人迹罕至地区,然而在实际应用中光伏组件容易受到污垢沉积导致发电功率降低,小型风力发电机的旋转部件也极易出现故障。设计了一种结构较为简单且具有自清洁功能的风-光互补取电装置,结合气象统计数据对装置的太阳能和风能取电性能进行了实验测试,比较了不同灰尘覆盖量下光伏组件的振动清灰性能。研究结果表明该装置在模拟晴朗天气下(光照强度948.1 W/m^(2))下太阳能收集可产生77.28 mW的最大输出功率;基于压电效应的风致涡激振动取电启动风速在1.5 m/s左右,实验条件下4.3 m/s风速可以产生4.63 mW的输出功率;通过风致振动对不同灰尘覆盖量的光伏组件清灰后,太阳能收集输出功率能恢复到清洁状态下的84%以上。该研究为偏远地区无维护的小型微功率发电设备提出了新的技术方案。 展开更多
关键词 风光互补发电 涡激振动 压电效应 光伏组件清灰
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分布式电推进飞机动力偏航过程滑流效应建模与分析
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作者 田宇 寇鹏 +3 位作者 姚轩宇 郭瑞 梁博华 梁得亮 《航空动力学报》 北大核心 2025年第8期174-186,共13页
在推力差动过程中,不同推进器滑流效应对覆盖区域的升力与阻力影响不同,会产生附加的横侧向力矩,这是动力偏航控制中必须考虑的因素。建立了涡管涡环耦合模型评估分布式电推进器与机翼之间的气动干扰。通过模型计算偏航过程中由螺旋桨... 在推力差动过程中,不同推进器滑流效应对覆盖区域的升力与阻力影响不同,会产生附加的横侧向力矩,这是动力偏航控制中必须考虑的因素。建立了涡管涡环耦合模型评估分布式电推进器与机翼之间的气动干扰。通过模型计算偏航过程中由螺旋桨滑流效应引起的横侧向力矩,完善了考虑滑流效应的分布式电推进飞机横航向飞行动力学方程,并构造了动力偏航控制器。进行动力偏航仿真,从偏航过程中截取一个时刻的飞行状态,将模型计算结果与CFD仿真结果进行对比。对比结果显示,涡管涡环耦合模型可有效刻画分布式电推进飞机偏航过程中滑流效应对机翼的气动影响,其中,由滑流效应产生滚转力矩的计算误差为3.22%,耗时小于5 min。 展开更多
关键词 分布式电推进 横航向 推力差动 滑流效应 涡管涡环耦合模型
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使用传声器阵列的涡旋声束旋转多普勒分析及其解复用
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作者 刘联鋆 褚志刚 《声学学报》 北大核心 2025年第2期332-337,共6页
针对现有单旋转传声器解复用方法存在的低频响应不足和串扰问题,提出了基于圆形传声器阵列的涡旋声束旋转多普勒分析和解复用方法。采用圆形传声器阵列提取旋转观察者接收的声压时域信号,并获得该声信号的旋转多普勒频移特性,然后分别... 针对现有单旋转传声器解复用方法存在的低频响应不足和串扰问题,提出了基于圆形传声器阵列的涡旋声束旋转多普勒分析和解复用方法。采用圆形传声器阵列提取旋转观察者接收的声压时域信号,并获得该声信号的旋转多普勒频移特性,然后分别根据某转速下单频谱和一定转速范围内多频谱的特性实现对涡旋声束的解复用。结果表明,单频谱解复用方法存在由极限多普勒效应和频移相同导致的解复用失效问题,而基于多频谱平均值的涡旋声束解复用方法可有效地解决低频响应不足和串扰等问题。 展开更多
关键词 涡旋声束 旋转多普勒效应 传声器阵列 解复用
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基于截断加权Wirtinger Flow算法的旋转测速频移特性提升研究
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作者 王泓洋 张子静 +4 位作者 刘浩 吕鑫冉 宋家宇 崔成帅 赵远 《光子学报》 北大核心 2025年第3期107-117,共11页
在远距离目标旋转速度的探测中,涡旋光束容易受到随机变化的大气湍流的影响,造成光束的相位畸变和螺旋谱的弥散,引起目标旋转速度测量性能下降。针对这一问题,采用截断加权Wirtinger Flow(Truncated Weighted Wirtinger Flow,TWWF)算法... 在远距离目标旋转速度的探测中,涡旋光束容易受到随机变化的大气湍流的影响,造成光束的相位畸变和螺旋谱的弥散,引起目标旋转速度测量性能下降。针对这一问题,采用截断加权Wirtinger Flow(Truncated Weighted Wirtinger Flow,TWWF)算法,该算法在初始化阶段的截断规则中引入样本中值,采用加权梯度的权值调整策略,避免容易陷入局部最优解的问题,提升了算法对畸变涡旋光束的迭代补偿能力,光场和旋转多普勒频移特性指标得到显著提升。结果表明,当大气湍流强度C_(n)^(2)为1×10^(-14)m^(-2/3),纯度、RDS峰-最大杂峰比、测速精度等指标可达0.99,2.18,0.80 rad/s;当C_(n)^(2)为1×10^(-12)m^(-2/3),则可达0.74,2.09,0.83 rad/s,相位相对误差可达3×10^(-16)量级,展现了TWWF算法强大的补偿能力。此外,讨论了掩码数目、湍流强度、光场叠加态等因素对算法指标的影响。本研究拓宽了WF类型算法在湍流畸变补偿方向的应用,提供了一种改善涡旋光束的远距离转速测量性能的方法。 展开更多
关键词 涡旋光束 大气湍流 旋转多普勒效应 相位恢复算法 测速精度
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直线型和渐缩型喷嘴结构对涡流管性能的影响
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作者 劳有杰 王鹏飞 谢雍哲 《矿业工程研究》 2025年第2期56-65,共10页
采用FLUENT数值模拟软件,对喷嘴入口面积相同的圆形渐缩型、矩形渐缩型以及圆形直线型、矩形直线型这4种涡流管进行数值模拟.研究在压力为0.3,0.4,0.5 MPa条件下4种涡流管在0.5 MPa下的温度场、压力场和速度场分布.结果表明,矩形直线型... 采用FLUENT数值模拟软件,对喷嘴入口面积相同的圆形渐缩型、矩形渐缩型以及圆形直线型、矩形直线型这4种涡流管进行数值模拟.研究在压力为0.3,0.4,0.5 MPa条件下4种涡流管在0.5 MPa下的温度场、压力场和速度场分布.结果表明,矩形直线型喷嘴在0.5 MPa压力下具有最优的能量分离性能;矩形渐缩型喷嘴在各工作压力下均展现出稳定的制冷效果和较高的流动稳定性.进一步分析发现,渐缩型喷嘴因其压力分布更均匀、径向压力梯度更明显,有助于提升涡流管的制冷效率和工作稳定性. 展开更多
关键词 数值模拟 制冷效应 涡流管 喷嘴形状 压力场 速度场
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高阶轨道角动量光涡旋晶格的产生及Talbot效应
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作者 张译丹 郭浩 +3 位作者 王子靖 罗昊 李鹏 吴振坤 《光学仪器》 2025年第1期14-25,共12页
光涡旋晶格(optical vortex lattices,OVL)因其在强度和相位结构方面的特性而受到越来越多的关注。干涉是生成OVL的常用方法。然而,OVL中所携带的拓扑电荷(topological charge,TC)通常较小且固定,难以调制,从而限制了其适用性。使用相... 光涡旋晶格(optical vortex lattices,OVL)因其在强度和相位结构方面的特性而受到越来越多的关注。干涉是生成OVL的常用方法。然而,OVL中所携带的拓扑电荷(topological charge,TC)通常较小且固定,难以调制,从而限制了其适用性。使用相位乘法生成一个高阶光涡旋晶格,以方便对TC进行任意调制。生成的高阶光涡旋晶格在传输过程中表现出Talbot效应,并在特定的分数Talbot距离处转变为超蜂窝晶格和六边形晶格。这为超蜂窝晶格和六边形晶格的生成提供了一种新方法。此外,OVL中携带的轨道角动量为其在光学显微操作中的应用提供了广阔前景。研究结果不仅增进了对Talbot效应的认识,还拓宽了OVL的实际应用范围。 展开更多
关键词 光涡旋晶格 高阶光涡旋晶格 拓扑电荷 TALBOT效应
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Bioinspired 2D inverse opal PANI/Ag composites for ultra-fast roomtemperature ammonia sensing:Synergistic vortex effects and metal catalysis mechanisms
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作者 Yeguang Zhang Zichang Zhang +6 位作者 Guangqiang Chen Junhuan Liu Feihu Li Bita Farhadi Peng Wang Haoxiang Zhang Shengzhong(Frank)Liu 《Nano Research》 2025年第10期1065-1077,共13页
ABSTRACT:The development of highly sensitive and rapidresponse/recovery room-temperature NH_(3) sensors is critically demanded for environmental monitoring and healthcare diagnostics,yet remains scientifically challen... ABSTRACT:The development of highly sensitive and rapidresponse/recovery room-temperature NH_(3) sensors is critically demanded for environmental monitoring and healthcare diagnostics,yet remains scientifically challenging.Inspired by the two-dimensional ordered macroporous structure of peacock feathers,two-dimensional inverse opal(2DIO)polyaniline/silver(PANI/Ag)composites were fabricated via a sacrificial templating method.By integrating the advantages of gas diffusion of highly ordered macroporous structures with the catalytic activity of Ag,significant improvements in NH_(3) sensing performance were achieved.Computational fluid dynamics(CFD)simulations demonstrated that the 2DIO structure induced vortex effects,which significantly reduced the gas velocity.Concurrently,macroporous channels(~240 nm diameter)enhanced adsorption/desorption kinetics.The fabricated 2DIO PANI/Ag sensor exhibited a remarkable response of 1153%to 100 ppm NH_(3),with ultra-fast response/recovery times of 3 s/56 s,exhibiting a 420-fold improvement in response/recovery speed compared to pure PANI(126 s/325 s).A further developed wearable detection module successfully discriminated exhalation signals between simulated chronic kidney disease(CKD)patients and healthy individuals,providing a new strategy for noninvasive medical diagnosis.In-situ Fourier transform infrared spectroscopy(in-situ FT-IR)real-time tracking of NH_(3) adsorption/desorption processes confirms a chemisorption-dominated sensing mechanism.Density functional theory(DFT)calculations showed that the charge transfer at the PANI/Ag interface enhanced the adsorption of NH_(3),which significantly enhanced the molecular affinity.This study provides a viable pathway for developing high-performance flexible NH_(3) gas sensors through an interdisciplinary approach combining structural bionics,simulation optimization,theoretical analysis,and experimental validation. 展开更多
关键词 2D inverse opal(2DIO) vortex effect in-situ Fourier transform infrared(in-situ FT-IR)spectroscopy density functional theory(DFT) wearable ammonia sensor
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基于CFD低雷诺数柱体绕流流动特性数值模拟研究
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作者 赵志勇 徐宽鸿 +2 位作者 陈向辉 陈鑫 梁民权 《辽宁工业大学学报(自然科学版)》 2025年第3期191-197,共7页
以某煤矿基础设施为研究对象,利用计算流体力学方法分析低雷诺数情况下,卡尔曼涡街效应对不同形状柱体产生的影响。当流场网格数量为10万时,计算得出N=5(F)棱柱体斯托罗哈数与理论值误差为8.8%,数值模拟有效。研究表明,随流场入口雷诺... 以某煤矿基础设施为研究对象,利用计算流体力学方法分析低雷诺数情况下,卡尔曼涡街效应对不同形状柱体产生的影响。当流场网格数量为10万时,计算得出N=5(F)棱柱体斯托罗哈数与理论值误差为8.8%,数值模拟有效。研究表明,随流场入口雷诺数增大,靠近流场出口的涡量值、柱体的饱和振幅、旋涡脱落频率及升力系数均增大,不同形状柱体安全性均降低。当雷诺数Re=140时,轴长比2b∶2a=cos60°的椭圆柱体靠近流场出口的涡量值、饱和振幅、升力系数均最小,脱落周期最大,安全性最高,N=5(F)棱柱体与之相反;椭圆柱体临界雷诺数最大,由层流状态转换到湍流状态最慢,N=6(C)棱柱体临界雷诺数最小,由层流状态转换到湍流状态最快。在特定实际工程中,椭圆柱体可以减弱卡尔曼涡街效应,提高安全性。 展开更多
关键词 卡尔曼涡街效应 计算流体力学 低雷诺数 临界雷诺数 涡量
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近壁弹性圆柱多模态涡激振动响应及尾流模式
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作者 杜牧远 张志猛 +1 位作者 及春宁 黄韬霖 《振动与冲击》 北大核心 2025年第12期27-36,共10页
采用基于嵌入式迭代的浸入边界法对雷诺数Re=300下两端铰接近壁弹性圆柱的涡激振动进行了三维直接数值模拟研究。圆柱的长细比L/D=25,间隙比G/D为0.6~1.6,分别对应圆柱完全被边界层覆盖、半浸没于边界层以及完全处于边界层之外。研究发... 采用基于嵌入式迭代的浸入边界法对雷诺数Re=300下两端铰接近壁弹性圆柱的涡激振动进行了三维直接数值模拟研究。圆柱的长细比L/D=25,间隙比G/D为0.6~1.6,分别对应圆柱完全被边界层覆盖、半浸没于边界层以及完全处于边界层之外。研究发现:在单模态振动情况下,G/D=0.6和G/D=1.1时近壁弹性圆柱的振动和升、阻力系数均表现为单一频率主导,在G/D=1.6时固有频率附近出现双频分量。多模态下,由于多阶振型的激发和叠加,圆柱振幅和升、阻力系数均表现出行波的时空分布特性。壁面边界层的向上卷起并与圆柱上侧脱涡的融合以及边界层对下侧脱涡的抑制是造成圆柱上下两侧脱涡不对称的主要原因。随着间隙比的增加,脱涡抑制的作用减弱,尾流表现为“1S”,弱“2S”和“2S”的脱涡模式。多模态振动及其升、阻力的频谱具有多频特性,并且顺流向和横流向的振动响应是解耦的。 展开更多
关键词 涡激振动 弹性圆柱 近壁面效应 多模态振动 间隙比
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障碍物和泄放开启时间耦合作用下氢气火焰传播特性数值模拟研究
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作者 刘锐 《安全、健康和环境》 2025年第5期17-23,共7页
工业安全与爆炸防护领域中障碍物和泄放开启时间的相互作用是影响爆炸泄压效率与灾害后果的关键因素。针对障碍物和泄放开启时间耦合作用下氢气火焰传播机理不清的问题,基于OpenFOAM平台,建立了泄爆数值模型求解算法,采用尺寸为70 mm... 工业安全与爆炸防护领域中障碍物和泄放开启时间的相互作用是影响爆炸泄压效率与灾害后果的关键因素。针对障碍物和泄放开启时间耦合作用下氢气火焰传播机理不清的问题,基于OpenFOAM平台,建立了泄爆数值模型求解算法,采用尺寸为70 mm×70 mm×500 mm的管道,障碍物位于管道中间位置,阻塞比分别为0、35.7%和64.3%,泄放开启时间为3,5,7,9 ms,网格尺寸5 mm,研究了管道内氢气火焰传播特性。结果表明:随着泄放开启时间的延长,管道内最大超压也随之增大;当管道内有障碍物时,障碍物会加速湍流燃烧,产生更大的峰值压力。在障碍物附近会形成多个涡旋结构,障碍物前方涡旋结构促使火焰向上方和下游传播;障碍物后方涡旋结构促使火焰加速向下和后方传播,障碍物附近出现明显的空腔。同时由于障碍物的存在,火焰流通面积减小,形成强烈的射流效应,阻塞比越大,射流效应越强,火焰加速越快。在涡旋结构和射流效应的共同作用下,火焰传播速度加快,超压增大。研究成果对管道内氢气泄爆设计具有重要指导意义。 展开更多
关键词 障碍物 开启时间 氢气泄爆 射流效应 涡旋结构
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典型箱梁竖向涡激气动力行波效应与抑振机理
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作者 胡传新 戴钢 +2 位作者 赵林 王相龙 葛耀君 《振动工程学报》 北大核心 2025年第8期1809-1818,共10页
为研究增设检修轨道导流板、人行道栏杆抑流板等气动措施抑振机理,开展了大尺度节段模型测振测压风洞试验。基于表面压力时空分布特征及其统计特性提出了气动行波假设,结合谱本征正交分解(spectral proper orthogonal decomposition,SP... 为研究增设检修轨道导流板、人行道栏杆抑流板等气动措施抑振机理,开展了大尺度节段模型测振测压风洞试验。基于表面压力时空分布特征及其统计特性提出了气动行波假设,结合谱本征正交分解(spectral proper orthogonal decomposition,SPOD)方法进行验证,并提出气动力时空功率谱,进一步量化与解构了复杂的时空压力场,揭示了流线型箱梁涡振机理及气动措施抑振机理。研究表明:原始断面在试验风速内存在3阶竖向涡振锁定区间,其中第3阶锁定区振幅最大。增设检修轨道导流板后,断面最大振幅减小53.1%,增设人行道栏杆抑流板后涡振消失。断面表面复杂压力场可表达为多个不同激励源诱发的气动力时空分布模式的线性叠加。原始断面表面压力场由断面振动基频处1阶SPOD模态对应压力时空分布主导,同时上表面模态压力时空分布占主导地位。上表面主导模态压力沿下游呈现行波式演变,贡献值呈波浪式分布,统称为“气动行波”效应。上表面气动行波作用强度远大于下表面。气动行波传播可由分布气动力与涡激力相位差单调递减表征。原始断面上表面气动行波波长与贡献值空间分布波长基本一致,约等于前、后缘防撞栏杆之间距离。增设导流板后,上表面主导气动行波传播模式基本不变,作用强度减小,从而涡振幅值减小。增设抑流板使得上表面能量分布呈宽带分布特征,锁频现象消失,故而不发生涡振。研究提炼了涡振时断面表面复杂压力场中的关键和主导气动力时空演变模式——气动行波,为桥梁主梁断面涡振机理分析和涡激力数理模型的构建提供了思路。 展开更多
关键词 桥梁工程 气动措施 气动行波效应 涡振抑振机理 涡激振动 流线型闭口箱梁
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近壁流向涡对多排孔气膜冷却效率影响的实验研究
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作者 王佳男 崔晓峰 +1 位作者 林翅翔 戴韧 《动力工程学报》 北大核心 2025年第5期654-661,共8页
在平板气膜实验台上安装涡流发生器生成流向涡,研究了叶栅端区二次流对多排扇形孔气膜冷却效率的影响。实验测量了四排气膜孔的绝热气膜冷却效率,并基于Sellers公式分析各排孔气膜冷却效率受影响程度的差异。结果表明:受涡旋向的影响,... 在平板气膜实验台上安装涡流发生器生成流向涡,研究了叶栅端区二次流对多排扇形孔气膜冷却效率的影响。实验测量了四排气膜孔的绝热气膜冷却效率,并基于Sellers公式分析各排孔气膜冷却效率受影响程度的差异。结果表明:受涡旋向的影响,气膜覆盖沿涡的运动路线发生扭曲,气膜冷却效率下降,在第二排涡流核心处形成热斑;涡流的影响程度与气膜吹风比有关,近壁涡主要降低了前两排孔的气膜冷却效率;第一排孔的气膜冷却效率下降明显,而第二排孔的降幅减少,对后排孔的影响逐排减弱,第三排孔以后的气膜基本不受影响。 展开更多
关键词 流向涡 扇形孔 气膜冷却效率 气膜叠加效应
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