北京航空航天大学学报

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郑红, 李俊

2012, (11): 1425-1429.

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摘要:
针对目标标记算法的长耗时、大延迟严重影响目标跟踪的效果和实时性问题,提出了快速的基于行程累加的目标标记硬件加速算法.通过对像素进行行程编码,按照定义的累加规则对相邻行的行程进行累加运算,避免了标号冲突的发生,无需建立等价表,实现了一遍扫描完成连通域标记和连通域特征的计算.实验结果表明提出的算法资源占用较少,输出延迟小,与软件算法相比具有很高的加速比,有利于后续目标跟踪的高速实时处理.

基于间隙度量的鲁棒LPV控制律设计

张增辉, 杨凌宇, 张晶, 申功璋

2012, (11): 1430-1434,1439.

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针对高超声速飞行器飞行包线范围广和模型参数不确定性大的问题,提出了基于间隙度量的鲁棒线性变参数(LPV,Linear Parameter-Varying)控制律设计方法.该方法将间隙度量引入LPV控制器设计中,提出了基于最优间隙度量的凸分解策略,并将其应用于多胞顶点的分解和鲁棒LPV控制器的自增益调参,以降低控制器的保守性;考虑模型的参数不确定性求取多胞LPV系统的顶点模型并设计顶点控制器,以提高顶点边界附近LPV控制器的鲁棒性;以某型高超声速飞行器为对象设计了鲁棒LPV控制器.仿真结果表明:该方法能降低大包线内控制器的保守性,实现高超声速飞行器在整个设计包线内精确的指令跟踪,并且在模型参数存在大的不确定性情况下仍保证系统的鲁棒性能和稳定性.

路由算法在LEO通信星座构型优化中的应用

孙远辉, 韩潮

2012, (11): 1435-1439.

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低轨(LEO,Low Earth Orbit)通信星座的特殊功能决定了其构型优化需要综合考虑成本、覆盖和路由性能等因素.以往的研究往往忽略了路由性能,导致优化得到的构型不能很好的满足要求.首先给出了两个意义明确的星座路由性能的评价指标,然后通过将它们作为目标函数进行仿真,验证了其优化必要性和评价有效性.最后利用多目标遗传算法实现了星座的构型优化.仿真结果显示,将路由算法加入到星座的构型优化中,在仅对星座构型参数进行微调的前提下,不仅满足了成本、覆盖等基本要求,而且星座的路由性能大大提高.

影像增强器DR/CT系统像场畸变快速校正

杨民, 何小意, 魏东波, 梁丽红

2012, (11): 1440-1444.

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以XRS-152/153影像增强器DR/CT成像系统为研究对象,在分析其输出像场畸变特性的基础上,从校正精度和校正实时性要求出发,采用空间坐标多项式变换方法进行畸变校正.同时,为了解决畸变校正算法计算量大、运算速度慢的问题,利用可编程图形处理单元(GPU, Graphic Processing Unit)并行计算和高速浮点计算特性,将图像映射为GPU中的纹理,采用多线程并行计算,使得校正算法在GPU中加速执行.实验结果表明,本方法能有效实现畸变图像的校正,GPU加速方法可以在不损失图像信息的前提下,实现实时校正.

基于本体的软件安全性需求建模和验证

李震, 刘斌, 苗虹, 殷永峰

2012, (11): 1445-1449.

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由软件引起的灾难性事故原因往往源于安全性需求,目前主观的人工评审方法并不能满足软件安全性需求严格的验证要求.因此,讨论了软件安全性需求的定义,遴选了国内外公认的相关标准和手册作为需求验证的知识基础,根据"七步法"建立了本体模型,利用本体模型中的概念和关联来形式化地描述规则以支持验证;同时基于以上研究内容设计和实现了软件安全性需求形式化建模和验证的工具原型,并对使用工具实施验证和使用人工评审实施验证进行了对比分析实验.实验结果表明形式化工具原型在验证时间和验证次数上都大大优于人工验证方法,同时工具原型具有良好的易用性.

旋转矢量法解的二义性及其消除方法

翟禹, 苏东林

2012, (11): 1450-1453.

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对旋转矢量法用于相控阵天线校准时的多解问题及其消除方法进行了研究.采用旋转矢量法对相控阵天线进行校准时会得到两组解,其中一组是伪解.通过理论推导对旋转矢量法中解的二义性进行了分析,给出了两组解的物理意义;然后通过对求解量进行变换给出了一种基于多轮测试的旋转矢量法解的二义性消除方法;最后通过理论分析和数值仿真对该方法的有效性进行了验证.结果表明,通过设置多组不同的初始相位分布,进行多轮旋转矢量测试,可有效消除解的二义性,该方法具有可操作性强、对测试系统要求低等优点.

高超声速飞行器的干扰补偿Terminal滑模控制

曾宪法, 王小虎, 张晶, 申功璋

2012, (11): 1454-1458.

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研究了一种基于干扰补偿Terminal滑模的高超声速飞行器姿态控制方法.针对传统Terminal滑模控制存在的奇异问题,提出了一种简单的改进型Terminal滑模面,通过在平衡点附近从非线性滑模面切换至高增益线性滑模面,避免了控制奇异问题,同时保持了较高的收敛速度,并对改进Terminal滑模控制在干扰作用下的误差收敛特性进行了理论分析.为进一步提高控制的鲁棒性和控制精度,设计了扩张状态观测器对干扰进行估计和补偿.进行了六自由度数学仿真验证,仿真结果表明:该方法可有效提高控制系统的控制性能和鲁棒性.

基于干扰观测器的磁悬浮姿控飞轮电机控制

周新秀, 房建成, 刘刚, 张然

2012, (11): 1459-1463,1468.

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由于磁悬浮飞轮转子不平衡振动的存在,飞轮力矩/转速控制精度受到影响.为有效地对不平衡振动干扰进行估计,提出了一种针对时变谐波扰动的非线性干扰观测方法,观测器的动态与稳态性能可以根据系统要求设定,具有全局一致收敛性;在非线性干扰观测器的基础上设计变结构控制器对飞轮转速进行控制并对干扰进行补偿,通过改进变结构控制器的滑模函数与控制律系统抖振可以有效地削弱.仿真与实验结果表明:基于非线性干扰观测器的变结构控制器具有很好的扰动抑制能力和动态响应、稳态误差调节能力,可用于实现飞轮输出力矩控制.

蜂窝结构异面变形动态塑性坍塌力学

樊彦斌, 王之栎

2012, (11): 1464-1468.

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在蜂窝结构静态塑性坍塌应力理论计算模型的基础上,建立了蜂窝结构在冲击载荷作用下的动态塑性坍塌应力的理论计算模型.考虑应变率对蜂窝结构动态力学性能的影响,使用Cowper-Symonds模型建立了静态塑性坍塌应力与动态塑性坍塌应力之间的关系;基于薄板弯曲理论,由平均冲击速度得到了应变率的计算公式,进而得出动态塑性坍塌应力关于冲击速度与静态塑性坍塌应力的函数关系.使用LS-DYNA动力学软件模拟了铝合金蜂窝结构在冲击载荷作用下的异面变形,数值计算结果与理论模型计算结果一致.

含钟差修正的脉冲星和太阳观测组合导航

杨成伟, 邓新坪, 郑建华, 高东

2012, (11): 1469-1473.

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为提高深空探测器巡航段的导航定位精度和钟差修正能力,提出一种利用X射线脉冲星和太阳观测信息的组合导航方法.利用脉冲星导航的脉冲到达时间测量值,同时利用太阳敏感器、分光计分别测量太阳视线矢量和探测器相对于太阳的径向速度,并将星载时钟钟差增广为状态变量,构建组合导航系统,利用基于扩展卡尔曼滤波的UD(Upper triangular matrix-Diagonal matrix)分解信息融合算法进行状态估计.仿真结果表明,该方法能有效解决因钟差漂移引起的导航滤波发散问题,同脉冲星导航相比,该方法提高了定位精度和钟差修正能力.

单向拉伸中TB5钛合金组织转变的原位观察

柳长旭, 吴国清, 沙爱学, 王清瑞

2012, (11): 1474-1477.

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通过单向拉伸下的视频显微镜原位观察,定量研究了Ti-15V-3Cr-3Sn-3Al(即为TB5)钛合金显微组织在拉伸过程中的演变规律.结果表明:单向拉伸时,该钛合金在弹性阶段组织变化不明显,而在塑性阶段随变形量的增加,组织中滑移带的变化可分为单滑移、多滑移和交滑移3个阶段.在单向拉伸过程中,由于滑移带从单滑移进入到多滑移,发生了几何硬化,导致晶粒变化减缓,滑移带的转动幅度变小.

非线性系统的全局线性输出反馈镇定

曲蔚然, 林岩, 张绪

2012, (11): 1478-1482.

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考虑了利用线性输出反馈全局镇定一类不确定非线性系统的问题.已有线性输出反馈控制中三角型约束条件被推广到了非三角型条件.构造了一个线性高增益观测器和一个耦合的线性高增益控制器,并利用增益尺度变换的方法,证明了闭环系统的全局稳定性.仿真结果说明该方法的有效性.

基于误差最小的SVM最优分类面修正

蒋觉义, 何玉珠, 李建宏

2012, (11): 1483-1486.

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针对C-支持向量机(C-SVM,C-Support Vector Machine)中惩罚系数C可能导致最优分类面不合理的问题,提出基于误差最小的SVM最优分类面修正方法.通过调整正负类分类间隔的约束条件,求解使训练样本总误差最小的偏置系数,并兼顾与正负类误差之差的绝对值的平衡,得到误差最小的更优分类面.实验证明该修正方法与C-SVM及其它修正方法相比,具有较高的分类精度和较强的抗噪声与野值数据干扰能力.

利用变环境数据的Weibull分布可靠性综合评估

洪东跑, 马小兵, 赵宇

2012, (11): 1487-1491.

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为了提高可靠性评估精度,研究了环境因素对产品可靠性的影响,提出了一种适用于Weibull分布的变环境数据可靠性综合评估方法.首先通过利用径向基函数法来度量不同环境因素及其交互作用对可靠性的影响,建立了关于环境因素的位置参数模型.并针对刻度参数依赖于环境因素的情形,利用线性模型来建立刻度参数模型.然后利用广义线性模型,给出了位置和刻度参数模型系数的极大似然估计,并给出了可靠度近似置信下限.实例表明该方法能较好地度量环境因素对可靠性的影响,而且合理可行便于工程应用.

GPS导航电文参数表示的测距误差分析

王陆潇, 黄智刚, 赵昀

2012, (11): 1492-1496.

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针对在GPS现代化进程中将出现的新的CNAV/CNAV-2导航电文格式,比较了目前发播的GPS NAV导航电文与新电文在数据表达方式上的差别.为了衡量不同的数据截断方式对于导航定位的影响,引用导航数据截断测距误差的概念进行分析.利用实际的导航数据对于两种电文结构进行了仿真生成、处理,比较星历/星钟参数截断带来的测距误差影响.结果表明:相比于NAV电文,CNAV/CNAV-2由于截断所造成的测距误差更小,NAV电文对截断误差更敏感.其中星历参数截断的测距误差改善可达厘米级,星钟参数截断的测距误差改善可达分米级.因此,在带宽有限的条件下应优先考虑提高星钟参数的表示精度.改进星钟参数的表达形式可望获得更高的精度提升.

基于ADRC的MSCMG框架系统高精度控制

薛立娟, 李海涛, 李红, 徐向波

2012, (11): 1497-1501.

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针对非线性摩擦和外部随机扰动影响磁悬浮控制力矩陀螺(MSCMG, Magnetically Suspended Control Moment Gyroscope)框架系统角速率精度的问题,提出了一种基于自抗扰控制器(ADRC, Active Disturbance Rejection Controller)的高精度转速控制方法.通过三阶扩张状态观测器将框架系统负载力矩、非线性摩擦力矩及外部随机扰动力矩作为"总扰动"进行估计,并对该扰动力矩进行补偿.仿真及实验结果表明:基于自抗扰控制器的框架系统控制方法使框架转速精度和稳定度提高了50%以上,且具有抗干扰能力强和动态特性好的特点.

基于概念空间学习认知的机器人目标识别方法

刘炳尧, 秦世引

2012, (11): 1502-1506,1511.

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摘要:
针对复杂环境中机器人多类目标识别通常所依托的原始特征空间中数据区分度低、难以直接表达高层次特征知识的挑战性问题,采用概念空间知识表达方法,通过多传感器数据融合与特征提取建立基本特征空间,并运用高斯混合模型表示目标的各种属性,形成具有高层知识特性的概念空间,在此基础上进行高层知识的概念学习,增强多类目标在概念空间中的可区分性.利用支持向量机作为机器人的分类器,实现针对室内环境的多类目标物体的准确识别.实验结果表明:该方法不但有效地获取和表达待识别目标的高层特征知识,而且能有效提高机器人的目标识别与环境感知能力,展现出优越的分类识别性能.

基于多目标的消磁绕组优化调整方法

朱显桥, 刘大明, 杨明明

2012, (11): 1507-1511.

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摘要:
针对目前舰船消磁绕组优化调整方法中只考虑舰艇磁场信号幅值而较少考虑磁场梯度信号幅值的不足,提出同时以磁场幅值和磁场梯度幅值削减为目标的优化调整方法.为此,首先以线圈等效电流值为优化对象,磁场和梯度峰值为优化目标,建立了消磁绕组优化调整的多目标数学模型;随后采用多目标微粒群算法求解得到了该优化问题的Pareto解集;最后通过一个计算实例验证了方法的有效性.实例结果表明该方法能够同时处理磁场和磁场梯度幅值,并能给出多种不同等效电流组合以供选择使用.

加速度计加速退化机理一致性边界确定方法

王前程, 陈云霞, 邓沣鹂, 康锐

2012, (11): 1512-1516.

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摘要:
以加速退化模型——Arrhenius模型为研究对象,发现加速度计在加速试验过程中,保持加速机理不变的应力与退化轨迹斜率存在密切关系.通过针对退化轨迹模型分别为一次函数、指数函数和幂函数三种常见情况,从激活能不变角度推导出保证加速度计加速机理不变的应力-斜率公式,然后基于退化轨迹斜率区间检验提出了一种加速机理一致性条件确定方法,最后根据加速度计恒定高温标度因数稳定性退化仿真试验数据,准确得到了保持加速度计标度因数稳定性退化机理一致的应力边界,验证了该方法的可行性.

基于SVDD的三维目标多视点视图建模

丁昊, 李旭东, 赵慧洁

2012, (11): 1517-1521.

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摘要:
同一目标在不同观察视点下成像后外形可能有较大差异,因此三维目标多视点视图建模是目标识别的关键.针对该问题,提出了基于支持向量数据描述(SVDD, Support Vector Data Description)方法对目标特征进行描述.在视点球面上均匀采样获取目标全姿态图像,以SVDD方法求取在高维空间内包含尽可能多目标特征向量的最小超球体相关参数,得到数量较少的支持向量将作为目标多视点视图的最佳模型.对多类目标不同姿态的图像(每类2592帧),以规则化不变矩描述目标外形特征,进行了建模实验,并通过识别实验验证了所提方法的有效性和可行性.

月球着陆器着陆安全分析方法

苏庆华, 赵剡

2012, (11): 1522-1526.

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摘要:
月球着陆器软着陆地点选择及安全着陆实现是探月二期的关键问题.采用不考虑着陆器着陆过程中发动机控制、着陆姿态控制和动力学性能,在计算机上依据低精度月面数据和已有月面典型地形特征分布/形状模型仿真生成高精度着陆区域;根据着陆器的结构尺寸和着陆安全要求对每个安全参数进行计算、比较、判断得到单次着陆安全性,利用蒙特卡洛方法计算多次在仿真地形上的着陆安全概率.试验结果表明:采用这种方法时,着陆器的结构尺寸相同分析结果才有意义.在计算机上仿真生成着陆区域、设置着陆器结构尺寸和安全参数,使其可以用于地面系统的仿真实验,也可在月面软着陆过程中实时分析选定区域的着陆安全概率.

四驱全地形车可变直径轮软土牵引特性分析

陈新波, 高峰, 徐国艳, 药晓江

2012, (11): 1527-1531.

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摘要:
为解决常规地面车辆及传统车轮在沙地、滩涂等松软地域行驶或作业时存在通过性差、效率低、能耗大甚至无法行驶的问题,自主创新设计出四驱可变直径轮轻型全地形探测车,车轮具有可张开成为弹性步行轮和合拢成为刚性圆车轮2种工作轮态.基于贝克模型的经典地面力学理论,分别建立了可变直径轮张开轮及合拢轮态时与3种典型松软沙土交互作用关系的力学简化模型,计算并对比分析了可变直径轮两种工作轮态的挂钩牵引力和驱动力矩、牵引效率等随滑转率的变化关系及车轮接近角与沉陷量关系.结果表明车轮的挂钩牵引力、驱动力矩和牵引效率等均受到车轮滑转率及软土特性参数的制约,在松软路面上可变直径轮张开步行轮比合拢圆轮能产生更大的挂钩牵引力、驱动力矩、牵引效率和更小的沉陷量,更有利于提高车轮的软土牵引通过性.分析结果可作为后续实验研究对比的参考.

改进的Tour-Map借力飞行图形设计方法

李小玉, 郑建华, 吴霞

2012, (11): 1532-1536.

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摘要:
针对借力飞行轨道初始设计阶段的任务需求,提出一种改进的Tour-Map借力飞行图形设计方法,用于分析借力效果,确定借力方案和设计参数初值.在圆锥曲线拼接假设基础上,建立了借力飞行超越速度矢量和借力天体位置、速度的几何模型,推导了借力后日心轨道要素的解析表达式,并将分析结果绘制成经纬度坐标的Tour-Map轨道要素等高线图,图中综合了借力飞行后大量可行的日心转移轨道信息,为分析借力飞行的作用提供了形象的参考.将其应用在木星借力太阳高纬度探测轨道设计中,证明了方法的有效性和实用性.

基于组合优化策略的月球软着陆最优轨道设计

曹涛, 董长虹

2012, (11): 1537-1541.

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摘要:
基于Pontryagin极大值原理,把求解月球软着陆燃料最优化问题归结为终端自由型两点边值问题.采用粒子群算法和单纯形算法接力优化的组合优化策略,在初始猜测值的邻域内进行搜索,充分利用粒子群算法的全局搜索能力迅速缩小搜索范围,然后利用单纯形算法的局部搜索优势快速获得优化结果.该优化策略最大的优势是使粒子群算法的全局搜索能力和单纯形算法的局部搜索能力同时得到最大化的发挥.仿真证明该优化方法在考虑一些实际工程约束的情况下,能较快速而准确的获得月球软着陆优化轨迹,具有一定的优越性.

圆柱体垂直入水空泡形态试验

何春涛, 王聪, 魏英杰, 马相孚

2012, (11): 1542-1546.

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摘要:
在不同攻角和不同速度条件下,对圆柱形运动体垂直入水空泡形态进行试验研究.对140°锥角头型圆柱体在零攻角和带攻角条件下进行垂直入水试验,分析了低速垂直入水所引起的入水空泡生成、发展和闭合流动过程以及空泡稳定性等;利用平头圆柱体进行不同速度条件下垂直入水试验,分析了入水速度对空泡闭合方式和形态的影响.研究结果表明:在试验速度范围内均能形成稳定的入水空泡,并经历生成、充分发展、空泡闭合以及最后完全脱落的过程,不同发展阶段具有不同的稳定性,其闭合方式和形态与入水速度密切相关.

基于二进制标签的改进HSSE-tree算法

杜敏, 冯文全, 王冬, 赵琦

2012, (11): 1547-1551.

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摘要:
随着对航天器自主生存能力要求的提高,基于模型的故障诊断成为国内外的研究热点.计算全体极小碰集是基于模型的故障诊断中的关键步骤,以HSSE-tree算法为基础,结合二进制位标记,提出一种HSSE-tree的高效改进算法——Binary-label HSSE.改进算法采用二进制位标记来代替实际节点元素,并采用了有效的剪枝策略及节点扩展方式,避免了HSSE-tree算法中存在的节点个数及超集个数随着问题规模增大而产生的爆炸式增长的问题;此外,改进算法采用二进制位运算,避免了判断碰集及判断是否超集时的元素遍历,使算法的运行时间进一步减少.仿真结果表明,与HSSE-tree算法相比,改进算法的消耗时间及占用内存均有了大规模减少.这为航天器系统的故障诊断及实时诊断提供了理论依据和应用基础.

移动式机器人复合电源能量管理策略

吕应明, 袁海文, 崔勇

2012, (11): 1552-1556.

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摘要:
为了在不增加移动式机器人重量的前提下提高动力性能并延长电源使用寿命,采用了蓄电池-超级电容器复合电源代替单一蓄电池电源,而能量管理策略在很大程度上决定着复合电源的性能.针对移动式机器人驱动电流兼有低频和高频波动的特点,研究了一种模糊控制与滤波算法相结合的能量管理策略,模糊控制算法在较大时间尺度上对驱动电流的低频变化进行分配,同时滤波算法能够分解出驱动电流在较小时间尺度上的高频脉动成分给超级电容器承担.能量管理系统中通过一个双向DC/DC变换器控制超级电容器电流,间接实现对蓄电池电流的控制.模型仿真和样机实验结果均验证了能量管理策略的有效性.

基于FSS-kernel BSS方法的机械故障诊断

杨彦龙, 程伟, 常洪振

2012, (11): 1557-1561.

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摘要:
机械设备发生故障时,故障特征的提取是很重要的.为了从观测信号中分离出不同的故障特征源信号,并根据分离信号准确地进行故障诊断,从观测信号样本出发,提出了基于有限支持样本核函数的盲源分离(FSS-kernel BSS)方法.此方法利用有限的观测样本估计信号的概率分布,得到了评价函数,具有很好的自适应能力.仿真试验结果表明:此方法能成功地分离超、亚高斯混合信号,与其他盲源分离方法相比,此方法具有更好的分离性能.将该方法用于转子不平衡和支座松动的复合故障信号的盲分离,分离出了各复合故障的主要频谱.分离结果表明:此方法应用于机械设备复合故障诊断中是可行的.

基于分数阶Maxwell模型的振荡流传热特性分析

李明震, 董金钟

2012, (11): 1562-1566.

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摘要:
经求解基于分数阶Maxwell模型的粘弹性流体在周期性振荡压力梯度下,圆直管内的运动方程和能量方程,得到了振荡管流换热的速度分布、温度分布以及热扩散系数的解析解形式.通过对无量纲热扩散系数的分析可知,影响粘弹性流体管内振荡流轴向换热的无量纲参数有:Womersley数Wo、Deborah数De、无量纲振幅Δx/R和流体普朗特数Pr.分数阶Maxwell模型振荡流传热也存在粘弹性流体流动中存在的共振现象,且共振峰的数量随De数的减小而增加,发生共振的起始频率随De数的减小而降低.共振峰值出现的位置即频率值与Pr和无量纲振幅Δx/R无关.