DreamBlooms/HansPub-15000-to-45000 huggingface dataset:
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user: 4. 实验结果展示 本文实验数据来自德国卡尔斯鲁厄理工学院(Karlsruhe Institute of Technology)用于科研的共享标准IFC数据。进行转换实验的IFC模型为两层民居“BIEN-ZENKER Jasmin-Sun”，模型在FZK Viewer中的可视化效果如图2所示。 本文采用OBJ格式保存转换后的模型。OBJ文件 [ 15 ] 的特点如下： 1. OBJ文件是一种非常标准的三维模型文件格式，非常适合在三维软件之间进行三维模型互导，目前常见的三维建模软件几何都支持OBJ文件的读写。本科研小组自主研发的三维GIS平台VirtualWorld 图2. BZ IFC格式可视化效果 Table 5 IFC transition to CityGM IFC相关实体 CityGML LOD4相关实体 IfcProject Building IfcSite lod3Solid IfcBuilding lod3MultiSurface IfcBuildingStorey RoofSurface IfcWallStandardCase WallSurface IfcSlab GroundSurface IfcRoof Door IfcDoor Window IfcWindow AbstractiCityObjectType IfcFurnishingElement Room IfcStair IfcSpace 表5. IFC转换至CityGML 亦支持OBJ格式的导入与可视化； 2. OBJ文件是一种文本文件格式，相较其他几种常用三维模型格式，其结构简单，采用单纯的字典状结构排列，可以直接通过记事本等文本编辑器打开或编辑； 3. OBJ主要采用三角面片进行模型构建，这样的方式类似于IFC与CityGML中边界描述(B-rep)，使得OBJ能够较真实地还原IFC模型的特点。最新的标准OBJ3.0除了支持三角面片为主的多边形(Polygon)，还支持表面(Surfaces)、直线(Lines)以及自由形态曲线(Free-form-Curves)； 4. OBJ文件不使用文件头来描述文件属性，但支持注释内容，以“#”开头。IFC模型中的语义信息可以作为注释内容添加入OBJ文件； 5. OBJ文件本身不含模型的颜色材质等信息，但可以扩展引用材质库(mtllib)，材质库信息记录在后缀名为.mtl的同名文件中，材质库包含材质的漫射(diffuse)、光泽(specular)、环境(ambient)的定义值以及折射(refraction)、反射(specularity)、透明度(transparency)等其他特征，OBJ文件中可由关键字“usemtl”来制定材质库中的材质。 本文使用微软Visual Studio 2008开发平台并借助IfcOpenShell软件库，开发相应功能，实现将IFC文件按照CityGMLLOD4精度要求转换为遵循CityGML标准的三维模型。转换的流程如下： 1. 对IFC文件使用IfcOpenShell提供的解析函数进行数据解析； 2. 按照CityGML不同层级LOD的数据表达精度要求提取出符合LOD4精度的实体； 图3. BIEN-ZENKER在VirtualWorld中集成可视化 3. 整理IFC实体的语义信息，在转换过程中根据LOD精度要求输出语义； 4. 输出附带语义信息的OBJ文件； 5. 输出的OBJ文件加载至本科研小组自主研发的三维GIS平台VirtualWorld进行集成可视化显示，对比转换前后的模型。 6. 在遵循CityGML标准完成对IFC模型的转换之后，将转换后的OBJ模型导入本科研小组自主研发的三维GIS平台VirtualWorld进行集成可视化实验。VirtualWorld除了支持基础地理数据(影像、矢量、地形)加载，还支持多种格式的三维模型、天地图公共服务查询、定位信息、实时视频接入、地下管网可视化等多源数据的集成。 图3为“BIEN-ZENKER”模型集成效果。为了表示内部转换结果，去掉了半扇房顶。通过对比图2和图3，可以看出，图二中的房屋模型，包括底座，墙体，屋顶，房梁，门以及内部家具全都在图3中有所体现，说明了两种格式模型的转换是成功的。
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user: 5. 结束语 本文基于IFC与CityGML两种标准，根据两种标准的特点，分析两种模型实体的映射关系，在遵循CityGML标准的前提下，制定可行的转换方案将IFC模型转换为符合CityGML标准的三维建筑模型并于3DGIS平台上集成可视化。实验证明，由IFC模型作为数据源，将BIM模型与3DGIS集成进行室内空间研究是可行的。3DGIS在走进室内的过程中，室内数据的获取是一个十足的挑战。IFC为代表的BIM模型对建筑细节进行详细的描述，理论上BIM模型能够为3DGIS提供高精度、低成本的室内空间数据源。 几何实体在两种标准下存在一定差异，本文的研究工作仅限于将基本的几何语义信息进行了传递记录，模型转换过程中丢失了大量的语义信息，因此当IFC模型转换后的模型能够承载越来越多的语义信息后，如何有效管理语义信息，是今后设计中的重点与难点。
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user: 摘 要 本文提出了一种基于zernike矩的极光图像检测算法。该算法首先对每幅图像提取zernike矩特征，然后用欧氏距离衡量图像之间的相似性，最后再依据相似程度用kNN方法进行分类。现实生活中的极光图像会不可避免的受到噪声因素的干扰，这就需要检测算法具有很好的鲁棒性。有时为了适应图像旋转的需求，也需要这种算法具有旋转不变性，而基于zernike矩的极光图像检测算法正好具备这些特点。与传统的LBP特征提取方法相比，由于连续正交的zernike矩是定义在极坐标下的，因此本身具有旋转不变性。通过实验表明，在图像添加噪声、旋转以及平滑滤波后，基于zernike矩的特征提取方法比LBP的检测效果好。 关键词 :Zernike矩，极光图像检测，LBP，特征提取 Copyright © 2017 by authors and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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user: 1. 引言 极光是磁层-电离层相互作用的最集中的表现形式，是唯一能够用肉眼看得见的具有极区特征的地球物理现 [ 1 ] 。通过系统地观测极光形态可以获得大量关于磁层和日地空间电磁活动的信息，有利于研究太阳活动对地球影响进而了解空间天气变化规律。同时极光也是一种无线电现象，它的产生直接影响到人类的无线电通讯 [ 2 ] 。除此之外，极光对气候也会有一定影响，因此会影响到生物学过程。由此看出，极光研究以及极光的观测已成为世界各国极地高空大气物理研究的重要课题。 早期的极光分类是基于肉眼观察进行的手工标记和分类 [ 3 ] ，直到2004年，随着计算机技术的发展，计算机视觉技术、模式识别等技术应用到极光分类研究领域中，实现了极光图像的自动分类和检测。对于极光的分类研究，早期主要包括：1955年，Carl Stormer [ 4 ] 开创了极光分类的先河，将极光分为放射状结构、无放射状机构以及火焰状结构，还对这三个大类进行了详细的划分。1964年，Akasofu [ 5 ] 将极光基于过程分为赤道向扩展、点亮、西行浪涌、赤道向恢复等不同类型。1999年，Hu [ 6 ] 将极光分为具有射线状结构的冕状极光、带状极光、极光涌浪以及向日极光弧等四个类别来进行分析。利用有监督分类方法，Syrjäsuo和Donovan [ 7 ] [ 8 ] [ 9 ] 等人以及 Wang [ 10 ] 等人都实现了对极光图像的自动分类。2004 年，Syrjäsuo [ 7 ] [ 11 ] 等根据图像模式识别等技术将夜侧极光进行了自动分类及检索。将夜侧极光分为弧型(Auroral arcs)，斑块型(Patchy auroras)和欧米伽(Omega-bands)。这些研究都是在极光图像检测的基础之上，2002年Syrjäsuo和Donovan [ 12 ] 用kNN分类器实现了有无极光的分类，达到了专家判别结果的90%，并提出一种成功追踪极光弧的算法，2012年，Syrjäsuo [ 13 ] 分别从简单强度特征 [ 14 ] 、纹理特征 [ 10 ] [ 14 ] [ 15 ] [ 16 ] 和亮度不变特征 [ 17 ] 角度对极光图像特征提取，实现了极光图像的自动检测，其中，基于纹理特征的LBP的方法取得了不错的检测效果。然而这种方法的抗噪性较差，在图像旋转或者平滑滤波的情况下结果也会明显下降。 为了提高极光图像在加噪、旋转、平滑滤波后的检测效果，文章提出了一种基于图像的Zernike矩的极光检测的方法。由于连续正交的Zernike矩是定义在极坐标下的，因此本身具有旋转不变性。通过实验表明，在图像添加噪声、旋转以及平滑滤波后，基于Zernike矩的特征提取方法比LBP [ 18 ] 的检测效果好。 1.1. Zernike矩特征 1.1.1. Zernike矩 [ 19 ] 对于极坐标表示的图像函数 ，其n阶 重的Zernike矩定义为： (1) 其中， ； 且 为偶数， 。 1.1.2. Zernike矩的正交性 Zernike多项式 (2) 是基于单位圆 上正交的一组完整复值函数，它满足以下条件，有 (3) 实值径向多项式 满足 (4) 它被定义为 (5) 1.1.3. Zernike矩的旋转不变性： 根据Zernike矩的定义式，如果图像 发生旋转，旋转角度为 ，其旋转后的图 像为 ，其n阶l重的Zernike矩为： (6) 对上式做坐标代换，则有： (7) 由上式可以看出，基于Zernike矩可以构建旋转不变量，有 (8) 由于图像旋转时候模值保持不变，因此对Zernike矩取模可以构建旋转不变特征，即Zernike矩具有旋转不变性。 1.1.4. 用迭代的方法计算Zernike多项式 [ 20 ] 实值径向多项式的递归关系式为： (9) 其中3个系数定义如下： (10) (11) (12) 以上的关系式在n = l以及 时不成立，对于n = l， 时满足以下关系式： 当n = l时 (13) 当 时 (14) 由上述关系时可以计算得出n阶l重的实值径向多项式，进而计算出Zernike多项式以及 的值，提取出来的Zernike矩特征是一个向量，向量的列数就是n和l的组合数。 用迭代方法可以单独求得任意阶矩的极径多项式，相比于Direct、Belkasim、Prata、Kintenr以及Coefficient方法，迭代计算过程中的乘法次数少，计算时间快，因此本实验采用这种方法计算Zernike多项式，进而提取Zernike矩特征。 1.2. kNN算法 1.2.1. 算法介绍 k近邻分类算法是一种最简单的机器学习算法。它采用测量不同特征值之间的距离方法进行分类。它的思想很简单：如果一个样本在特征空间中的k个最相似的样本中的大多数属于某一个类别，则该样本也属于这个类别。 1.2.2. 算法具体内容 k近邻算法的计算步骤如下： 1) 算距离：给定测试对象，计算它与训练集中的每个对象的距离。 2) 找邻居：圈定距离最近的k个训练对象，作为测试对象的近邻。 3) 做分类：根据这k个近邻归属的主要类别，来对测试对象分类。 kNN算法的分类效果与k值的选取有关，k太小，分类结果易受噪声点影响。k太大，近邻中又可能包含太多的其它类别的点，根据经验k值一般低于训练样本数的平方根。文中所使用的kNN算法的k值为1，即找出测试集中每张图像与训练集中所有图像中欧氏距离最小的值，看该图像属于训练集中的哪一类，由此实现极光图像的检测。
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user: 2. 极光图像检测 早期的极光检测工作主要是依据专家的经验进行人工标记，这种方法耗费大量的时间，而且主观性比较强。更主要的是近年来随着捕获的极光图像的数量的迅速增加，原始的人工标记的方法已经不能满足海量数据的处理的需求，所以有必要研究一种快速有效的自动检测极光图像的方法。 LBP是一种常见的基于图像纹理特征的特征提取的方法，用在极光的检测上也取得了不错的效果，但是，当图像混有的噪声比较严重、旋转了某个角度或者是先进行滤波处理，再利用LBP提取特征进行分类时，效果会明显下降，而文中提出的基于Zernike矩的极光图像检测算法不但具有很好的鲁棒性和旋转不变性，在滤波处理后也取得了较好的效果。 2.1. 极光图像检测算法 实验中整体上分为两大类，训练集和测试集。训练集和测试集中均包括有极光的图像和无极光的图像。其中训练集共有1000张图像，包含有500张有极光图像和500张无极光图像。测试集共有2000张图像，包含有1000张有极光图像和1000张无极光图像。本实验采用128 × 128的图像进行极光图像检测，其算法的步骤如下： 1) 对训练集提取特征：对训练集中的1000张图像提取Zernike特征。 2) 对测试集提取特征：对测试集中所有图像分别添加均值为零，方差不等高斯噪声、感染密度不同的椒盐噪声、旋转不同的角度、用不同的窗口大小进行平滑滤波，然后对其提取Zernike特征。 3) 计算相似性度量：分别计算测试集中每张图像与训练集中所有图像之间的欧氏距离，用于度量不同图像之间的相似程度。 4) kNN分类：找出最小的k个距离，k一般为奇数值，然后根据k中大多数属于的类别来确定测试集中该对象所属的类别，进而完成极光的检测。 Zernike矩特征向量的提取过程中涉及到阶数n的选择，实验表明：对大小为128 ´ 128的极光图像提取Zernike矩，当n = 15时，Zernike矩的分类效果达到最好。 2.2. 实验结果与分析 实验过程中，首先对训练集和测试集中所有图片提取LBP特征向量以及Zernike特征向量，然后求得测试集中每张图像与训练集中所有图像的欧氏距离，再利用kNN算法进行分类，在kNN算法中，取k的值为1。之后分别对测试集中的图像添加噪声、旋转以及平滑滤波，再对比两种特征提取方法的分类效果，实验结果如下。 2.2.1. 加噪 1) 椒盐噪声 首先对训练集中的图像分别提取LBP特征向量，以及Zernike矩的特征向量，再对测试集中每张图像添加不同感染密度的椒盐噪声，之后提取其LBP以及Zernike矩的特征向量，然后利用提取出来的特征计算测试集中每张图像与训练集中所有图像的特征向量的欧氏距离，最后利用kNN算法中k = 1的值进行分类，实验结果如图1所示。 实验表明：在没有添加椒盐噪声之前，LBP的分类效果接近100%，Zernike矩的分类效果为95.25%。添加椒盐噪声之后，LBP特征提取的分类效果随着感染密度的增大迅速下降，而Zernike矩特征提取的分类效果下降缓慢。由此可见，在对图像添加椒盐噪声后，Zernike矩的分类效果更好。 2) 高斯噪声 首先对训练集中的图像分别提取LBP特征向量，以及Zernike矩的特征向量，再对测试集中每张图像添加均值为0，方差不同的高斯噪声，之后提取其LBP以及Zernike矩的特征向量，然后利用提取出来的特征计算测试集中每张图像与训练集中所有图像的特征向量的欧氏距离，最后利用kNN算法中k = 1的值进行分类，实验结果如图2所示。 从实验结果可以看出，在没有添加高斯噪声之前，LBP的分类效果接近100%，Zernike矩的分类效果为95.25%。添加高斯噪声之后，LBP的分类效果迅速下降为50%，而Zernike矩的分类效果变化幅度不是很大。 程序运行的结果显示，添加高斯噪声之后，用LBP特征提取的方法对测试集分类时50%的错误率大部分是无极光图片发生了错误，为了说明实验结果的正确性，分别从训练集中的有极光和无极光的图像中选取了n张具有典型代表的图像，提取这些图像的LBP特征向量并画出直方图，之后再从测试集中的 图1. 加椒盐噪声的对比图 图2. 加高斯噪声 有极光和无极光的图像中选取相同数量的具有典型代表的图像，对它们添加高斯噪声之后再次提取其LBP特征向量并画出直方图，得到的直方图如图3、图4、图5所示。 图3. (a) n = 1时训练集的LBP直方图；(b) n = 1时测试集加噪后的LBP直方图 图4. (a) n = 20时训练集的LBP直方图；(b) n = 20时测试集加噪后的LBP直方图 图5. (a) n = 100时训练集的LBP直方图；(b) n = 100时测试集加噪后的LBP直方图 图6. 旋转 图7. 平滑滤波 由上图可知，训练集中未经处理的有极光和无极光图片的LBP直方图相差挺大，但是测试集中加噪之后的有极光和无极光图片的LBP直方图十分接近，正是由于这个原因，使得测试集经过加噪之后，有极光和无极光的图片都被分到了同一个类别，才会出现接近于50%的分类正确率。 2.2.2. 旋转 首先对训练集中的图像分别提取LBP特征向量，以及Zernike矩的特征向量，再对测试集中每张图像旋转不同的角度，之后提取其LBP以及Zernike矩的特征向量，然后利用提取出来的特征计算测试集中每张图像与训练集中所有图像的特征向量的欧氏距离，最后利用kNN算法中k = 1的值进行分类，实验结果如图6所示。 实验表明：在没有旋转之前，LBP的分类效果接近100%，而Zernike矩的分类效果为95.25%。经计算可得，旋转之后LBP分类效果的平均值为83.91%，而Zernike矩分类效果的平均值为95.23%，由此可见，在对图像进行旋转之后，Zernike矩的检测效果更好。 2.2.3. 平滑滤波 首先对训练集中的图像分别提取LBP特征向量，以及Zernike矩的特征向量，再对测试集中每张图像加窗口大小不同的滤波器进行平滑滤波，之后提取其LBP以及Zernike矩的特征向量，然后利用提取出来的特征计算测试集中每张图像与训练集中所有图像的特征向量的欧氏距离，最后利用kNN算法中k = 1的值进行分类，实验结果如图7所示。
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user: 3. 结束语 通过对极光图像进行提取特征，找到了一种比传统的LBP特征提取效果更好的一种方法，即Zernike矩特征的方法。它具有抗噪性强、具有旋转不变性并且在图像经过平滑滤波后依然能保持良好的分类效果。
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user: 摘 要 本文介绍了桥梁伸缩缝的重要性及发展状况。详细归纳了复杂物理环境下桥梁伸缩缝的冲击振动研究现状，包括国内外伸缩缝的研究现状、大位移伸缩缝的动力学分析、伸缩缝的减振和噪声控制以及伸缩缝抗震分析四个方面。通过分析，本文总结了现阶段研究的不足，并提出了对未来研究的展望。 关键词 :复杂物理环境，伸缩缝，冲击振动，动力学分析 Copyright © 2017 by authors and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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user: 1. 引言 桥梁伸缩缝是为了满足桥面变形需要，使车辆能够平稳的通过桥面，在桥面伸缩接缝处设置的一种伸缩装置 [ 1 ] [ 2 ] 。随着我国桥梁事业的飞速发展，大跨度的桥梁结构越来越多，对大位移伸缩缝的需求也越来越大。伸缩缝除了要承受周期性热荷载外还要承受车辆冲击荷载的反复作用，其中车辆冲击荷载对桥梁的作用会引发冲击振动，伸缩缝和桥面的破坏以及噪声等负面影响。除此之外，伸缩缝的使用环境比较恶劣，又长期暴露在空气中，所以它是桥梁结构中最易遭到破坏而又难以修补的部位。作为整个桥梁结构中最薄弱的部位，由伸缩缝引起的桥梁安全问题和交通事故屡见不鲜，因而伸缩缝的质量直接关系到整个桥梁结构的安全和稳定性 [ 3 ] [ 4 ] 。目前，国内外学者对伸缩缝在冲击荷载作用下所引起的冲击振动以及动力学响应分析的研究还并不完善。然而伸缩缝在复杂物理环境下的冲击振动和动力学响应将严重影响到桥梁的稳定和行车的安全性，所以针对复杂物理环境下桥梁伸缩缝的动力学研究是十分必要的。
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user: 2. 我国桥梁伸缩缝发展状况 从上世纪50年代开始到21世纪，我国桥梁伸缩缝的发展经历了以下几个阶段 [ 5 ] [ 6 ] ： 在U型铝板上填充塑料泥是上世纪50年代我国从苏联预制装备化施工技术中学习到的一种伸缩缝的做法。这种方法技术粗糙，夏季桥梁伸长，伸缩缝中填料被挤出，极易造成桥头跳车现象；冬季此种伸缩缝被拉长，造成漏水现象严重。U型缝破坏现象严重，给维护工作带来极大的不便，因此在以后的工程中不宜采用。 20世纪60年代，我国自行研制出矩形双孔橡胶条伸缩缝。这种橡胶伸缩缝在过去国内的应用较多，并且沿用至今。橡胶伸缩缝的设计原理是，橡胶条在使用过程中始终处于被压缩的状态。此类伸缩缝在工程上应用并不是很理想，缺点是夏季易鼓起，冬季易脱落，因此不宜继续使用在桥梁上。 板式橡胶伸缩缝是1983年上海市政工程研究所研究出来的一种伸缩缝的做法。此类伸缩缝目前的应用仍然不理想，桥头跳车现象依旧存在，主要原因是橡胶本身材料性质、加肋钢板布置安装等研究还不够成熟。 齿形钢板伸缩缝也称指型钢板伸缩缝或梳齿型钢板伸缩缝，是近些年发展起来的一种伸缩缝。广泛的应用于大中型桥梁中，如东北松花江大桥、湖南常德大桥等。此类伸缩缝具有伸缩量大、埋设浅、安装简单、防尘防水性能好以及行车平稳无跳车现象等优点。齿形钢板伸缩缝从构造上可分为悬臂式和支承式两种，其中支承式伸缩缝可有效阻止石子等杂物的落下，但伸缩量不宜太大，否则搭接板的长度随之增大使得整个桥面钢板的宽度增大。当桥梁伸缩量较大的时候，优先选用悬臂式伸缩缝。大量实践证明，齿形钢板伸缩缝也存在不少缺点，如耗钢量大、连接的螺栓容易松动折断、加工生产时的误差变形容易造成响声、跳车甚至钢板脱落 [ 7 ] 。 大位移模数式伸缩缝是以热轧异型钢材和密封橡胶带为主要原料装配而成，其结构受力合理，传动机构较好。大位移模数式伸缩缝结构特点为由V型截面或其他截面形式橡胶密封带嵌接与异型边梁钢和中梁钢内组成了一个可伸缩的密封体，异型钢梁直接承受车辆荷载而我们可以根据要求的伸缩量增加中梁钢和密封橡胶带。其主要优点为伸缩量大、伸缩变形时抗力小、使用寿命和安全系数大大提高、可以减小车辆经过伸缩缝的振动和噪音等。大位移模数式伸缩缝的主要缺点是橡胶材料易老化导致橡胶带破坏，从而降低整个伸缩缝的工作效果。 由于齿形钢板伸缩缝在伸缩量适用范围、排水性、锚固以及防锈及防滑方面存在一些问题，所以目前复杂物理环境下大位移桥梁中常采用的是大位移模数式桥梁伸缩缝，利用它吸震缓冲性能好又容易做到密封的橡胶材料与强度高刚性好的异型钢材组合的特点，来满足复杂物理环境下大位移量的需求 [ 8 ] 。
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user: 4. 总结与展望 综合分析前人对大位移模数式伸缩缝的研究发现，相对而言我国学者对伸缩缝的研究起步较晚，而且大多数的研究集中在伸缩缝的施工工艺方面，但近些年国内有些学者针对模数式伸缩缝的动力学响应进行了一系列详细的研究，并且在减振和降低噪声方面也取得了一定的研究成果。但是前人对伸缩缝的动力学研究是建立在普通环境下的钢筋混凝土桥梁上的，并没有考虑复杂的物理环境对伸缩缝动力学响应的影响。 通过总结分析前人的研究成果，针对目前研究中存在的问题，提出以下几点展望： (1) 随着我国大跨度桥梁的发展，复杂物理环境下大跨度桥梁的数量也不断增加，而国内外关于复杂物理环境下桥梁伸缩缝动力学响应的相关研究还很少，因此这将是今后一个重要的研究方向。 (2) 在关于伸缩缝水平方向动力学响应的研究中，仅仅推导了水平方向振动方程，需要进一步解决当考虑摩擦阻力和中梁位移箱翻转时的问题。 (3) 对车辆通过伸缩缝时冲击振动的研究还比较欠缺，需要对车辆和伸缩缝的耦合动力学响应进行更深入的研究，并进一步分析车辆通过伸缩缝时的减振和降低噪声措施。 (4) 大多数的研究结果是基于有限元软件模拟的，同时还要在后期的研究中开展相关实验，并将二者结果进行对比分析，以便得到更加精确可靠的结论。
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user: 摘 要 考虑摩擦的碰撞过程中接触点切向状态的改变会导致切向摩擦力方向及大小的不同，如果直接将经典的瞬时碰撞假设用于含摩擦的物体碰撞问题会导致在一定的条件下出现碰撞前后能量不协调的现象。本文采用连续接触力的方法建立接触碰撞模型，其中法向采用非线性阻尼弹簧模型，切向采用非光滑库仑摩擦模型。针对均质杆与地面斜碰撞的经典例子，对碰撞过程进行动力学模拟。研究不同的初始位形、初始速度及摩擦系数下系统运动的变化规律及相应的滑动模式，并通过该模型，展示了碰撞过程中复杂的切向滑动模式，为碰撞模型的正确选择提供参考依据。 关键词 :连续接触力，碰撞，摩擦，切向滑动模式 Copyright © 2017 by authors and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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user: 1. 引言 碰撞是物体间相互作用的一种形式。接触碰撞动力学是研究在碰撞作用下，物体间相互作用规律和物质运动规律的科学。如何建立正确有效的接触碰撞模型是解决接触碰撞动力学问题的关键，国内外学者对于接触碰撞问题做了一系列研究，目前接触碰撞动力学分析方法一般分为三种 [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] ：碰撞瞬态模型方法、连续接触力方法、有限元方法。碰撞瞬态模型方法属于离散方法，假定接触碰撞时间非常短且刚体构型未发生改变，忽略碰撞过程，仅研究碰撞前和碰撞后两个阶段。连续接触力方法和有限元方法属于连续接触方法，三种方法各有特点。 碰撞瞬态模型方法是基于经典碰撞模型 [ 4 ] 的，经典的碰撞理论包含一系列简化假定，这一系列假定是否可用，还需要根据具体情况分析。这些假定有：碰撞瞬态假定、局部性假定、法向碰撞规律不受切向运动的影响等，研究这些假定的适用范围有重要意义。这些假定在探究球状近刚性物体碰撞时是比较适用的，但是推广到研究含摩擦的多刚体系统碰撞问题就必须进行修正 [ 5 ] 。 连续接触力模型，将碰撞过程看成是一个有限时间的接触碰撞力的作用过程，利用连续力与位移的关系模型来处理碰撞物体之间的关系，当实际物体形状复杂时，很难得到连续力与位移的关系 [ 6 ] 。 有限元柔性模型，此种方法更接近于实际的碰撞接触过程，但是其计算过程很耗时间。有限元方法具有通用性，但是碰撞的物体的形状比较复杂和个数比较多时，用有限元方法计算耗时将是巨大的 [ 7 ] 。 本文基于连续接触力方法建立接触碰撞模型，针对均质杆与地面斜碰撞的经典例子，对碰撞过程进行动力学模拟。研究不同的初始位形、初始速度及摩擦系数下系统运动的变化规律及相应的滑动模式，并通过该模型，展示了碰撞过程中复杂的切向滑动模式，为碰撞模型的正确选择提供参考依据。
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user: 2. 刚体平面运动接触碰撞模型 2.1. 法向接触力模型 当接触点的相对距离 时( 为物体之间相互嵌入的深度， 为相对速度)，碰撞将会发生，进入碰撞计算，计算方程中力的一项需要增加接触力。 取法向接触力模型 [ 1 ] 为： (1) 公式(1)对弹性碰撞是成立的，但是对于非弹性碰撞，由于能量的耗损，碰撞后变形不能够恢复，在恢复阶段会出现 时 ，该模型体现了碰撞过程中弹性压缩、恢复及能量损耗的特征。 2.2. 切向摩擦模型 在接触碰撞的过程中如果两个接触物体有相对滑动，在接触点会有切向速度，切线方向会受到摩擦力的作用。 当没有相对运动时，如果有相对运动趋势，此时物体所受的是静摩擦力。一般当沿接触面切向外力小于最大静摩擦力时，静摩擦力大小等于这个切向外力，方向相反。当外力大于或等于最大静摩擦力时，物体发生相对运动此时受到的是动摩擦即Coulomb摩擦，方向与运动方向相反，取下列的切向摩擦模型： (2) 其中， 是沿接触面切线方向的外力， 是最大静摩擦力， 是摩擦力， 是相对滑动速度， 是库仑摩擦力， ， 是摩擦系数， 是法向力， 是符号函数。
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user: 3. 匀质杆件与地面接触碰撞模型 如图1，匀质细杆 长 ，质量为 与地面夹角为 ，以平行于自身的速度 与地面发生接触碰撞，接触点为 ，假设绕质心 的转角为 ，角速度为 ，以顺时针旋转为正。碰撞前匀质细杆只受重力。 由细杆几何关系可知两个端点与质心的关系为： (3) (4) 在匀质细杆与地面接触碰撞的过程中，接触点在法向的变形为 ： (5) 依据对匀质细杆与地面进行接触识别，此处我们假设接触点就是 ，当杆与地面发生碰撞时 ，且此时 ，到变形最大时， ，这一过程是压缩阶段；在碰撞即将结束时 ， ，法向速度由0逐渐增大的阶段是接触碰撞的恢复阶段。对于碰撞结束时的判断条件只适用于弹性碰撞，如果接触碰撞不是弹性的，那么接触点的变形不能恢复到碰撞前的状态，此时判断碰撞是否完成的依据是接触力是否为零。 在碰撞过程中，匀质细杆受到重力、摩擦力和接触力，当接触碰撞开始时，杆件质心的平衡微分方程为： (6) 图1. 匀质细杆与地面碰撞示意图 当 时 1) 假设 ，则摩擦力可能为静摩擦力，切向的运动微分方程不满足，则得到新的平衡微分方程： (7) 通过计算可以得出受到摩擦力大小，如果实际摩擦力始终小于最大静摩擦力，碰撞结束前接触点处于粘滞状态。若求得实际摩擦力大于最大静摩擦力，则接触点继续滑动。如果接触点继续滑动，则摩擦力变为滑动摩擦力，重新建立新的运动微分方程开始下一步的计算。 2) 当 时，根据加速度的方向，可以判断摩擦力的方向，此时运动微分方程依然满足公式（6），但是其摩擦力的方向随速度的改变发生改变。
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user: 4. 数值算例 匀质细杆长度 ，底面半径 ，质量为 ，杆件与接触地面的弹性模量和泊松比相同，弹性模量 ，泊松比 ，摩擦系数 ，假设碰撞时接触点的坐标 ，平行与匀质细杆的初始速度为 ，接触点对质心的转动惯量 ，以绕质心顺时针转动为正。 4.1. 初始位形及切向摩擦对法向接触力的影响 图2是在杆件初始位形不同时，接触力随时间的变化曲线。初始夹角的改变会引起质心初始坐标以及质心在坐标轴方向的初始速度分量的改变。从图线中可以看出，碰撞开始时，杆件和地面的夹角越大，接触力的峰值越大，接触力单位时间的变化速度越快，接触碰撞的作用时间越短。 图3是不同摩擦系数下法向接触力的变化曲线，由图可以看出，随着摩擦系数的不断增大，相同时 图2. 不同初始位形下的法向接触力变化曲线 图3. 不同摩擦系数下法向接触力变化曲线 刻，接触力的值是在逐渐减小的，且摩擦系数越大，接触力的峰值会越小。因此可以通过增大摩擦力来减小法向的接触力。 通过计算可以得到： 时，碰撞时间为 ； ，碰撞时间为 ； ，碰撞时间为 ； ，碰撞时间为 。接触力的作用时间会随着摩擦系数的增大而变长。 由于初始条件的设置，接触点的切向速度在碰撞过程中未减小到0，因此不会出现粘滞或者反向滑动的情况，但可以计算得到，随着摩擦系数的增大，碰撞结束时接触点的切向速度是减小的。 4.2. 碰撞过程中切向滑动模式的验证 取下列参数：质心 ，杆与地面的夹角 ，初始角速度 ，以顺时针转动为正。 通过计算可以得到接触点切向速度如图4示，当 时，接触点的切向速度变为0，此时法向碰撞力不为零，处于恢复阶段，碰撞并没有结束。 继续计算可以得到每一时刻实际受到的摩擦力与最大摩擦力的关系，如图5所示，到碰撞结束，杆件受到实际的摩擦力始终小于最大静摩擦力，因此碰撞结束前杆件一直处于粘滞状态。 算例很好地验证了在所设定的初始条件下，碰撞过程中滑动模式的变化情况：开始滑动而后在恢复阶段发生粘滞一直到碰撞结束。
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user: 5. 数值算例 本文采用连续接触力的方法建立接触碰撞模型。针对均质杆与地面斜碰撞的经典例子，对碰撞过程进行动力学模拟。研究不同的初始位形、初始速度及摩擦系数下系统运动的变化规律及相应的滑动模式，得到以下结论： 初始位形不同，法向接触力会有不同的变化规律，通常的碰撞恢复系数常数型假设在此种情况下并不成立； 摩擦系数不同，法向接触力会受到影响，体现了切向运动对法向运动的影响，该影响在瞬时碰撞模型中被忽略； 图4. 接触碰撞过程接触点的切向速度 图5. 实际受到摩擦力与最大静摩擦力 验证了碰撞过程中复杂的切向滑动模式的存在。 碰撞瞬态模型方法因其模型简单，计算方便在目前多体系统的动力学与控制问题中仍然得到广泛的应用，但其经典模型的合理性及精确性也一直是人们关注的热点，本文基于连续接触力的方法所得到的结论有助于碰撞模型的选择及建立。
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user: 摘 要 本文给出了用于求解Poisson方程的四阶差分型格子Boltzmann模型，应用定常的格子Boltzmann方程和空间多尺度展开，得到了截断误差是四阶精度的Poisson方程。数值例子表明，该模型在精度上较相应的二阶模型有所提高。 关键词 :有限差分法，格子Boltzmann模型，Poisson方程 Copyright © 2017 by authors and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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user: 1. 引言 Poisson方程在流体力学中有着广泛的应用。例如，在具势流动的势函数求解和涡流系统的流函数求解等问题中，Poisson方程的求解直接影响流体力学量的精度。最近研究表明，格子Boltzmann方法(LBM)可成功应用于求解反应扩散方程 [ 1 ] 、交叉扩散方程 [ 2 ] 、Ginzburg-Landau方程 [ 3 ] 、波动方程 [ 4 ] 、Poisson方程 [ 5 ] [ 6 ] 等。本文提出了一种用于Poisson方程的有限差分格子Boltzmann模型(FDLBM)。与以前的LBM模型不同 [ 7 ] [ 8 ] [ 9 ] [ 10 ] ，本文所构造的模型没有粒子速度，在迭代中只有粒子从一个位置到相邻位置的位移。与其它调用矩阵公式和带有预处理的LBM不同，我们将有限差分格式引入到标准LBM方程中。数值结果表明，该模型与解析解吻合的很好。
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user: 2. 格子Boltzmann模型 2.1. 迭代方程 考虑一 维空间，将其离散成网格，网格中心与相邻的 个格点通过格线相连。每个格点的粒子可以分为 个部分，每一部分的状态只与本身和相邻粒子有关。定义从 位置到同一位置的位移为 ，从 位置到其他相邻格点的位移为 . (1) 其中 ， 分别为x，y方向的单位矢量。 由于二维Poisson方程独立于时间，所以把LBM方程改写为 ， (2) 其中 为 位置粒子的分布函数， 为同一位置的平衡态分布函数， 为松弛因子， 为空间步长的量级， 为 方向的单位矢量。 定义宏观量 (3) 此外，局部平衡态分布函数 满足守恒条件 (4) 认为模型中 为迭代后的最终状态，而不是过渡状态。迭代过程从宏观量 的任意分布开始到最终平衡状态结束，即Poisson方程的解。所以方程(2)写为 (5) 在方程(5)中，由于不含时间，所以迭代的表述与标准LBM方程不同。宏观量只用 ，即 位置及其相邻位置的分布值计算。因为方程中没有 项用来迭代，所以不需要流动过程。 将方程(5)中的 写成五点差分格式，其精度为二阶精度。令 结点坐标为 ，四个相邻结点坐标依次为 ， ， ， 。带入五结点差分公式，得到二阶精度Poisson方程的FDLBM模型 (6) 其中 定义为 。 特别地，二阶精度Laplace方程的FDLBM模型表示为 (7) 四阶精度的差分格式与九个结点有关，带入方程(5)，得出四阶精度Poisson方程的FDLBM模型 (8) 相应地，对于Laplace方程，(8)式可表示为 (9) 2.2. 精度分析 将(6)式两端对 求和，得出关于 的方程 ， (10) 其中， 表示 的结果， 为迭代步数。在 点附近进行Taylor展开，有 . (11) 当 时， 等价于 。那么， . (12) 同样地，(8)式两端对 求和，得出关于 的方程 (13) 在 点附近进行Taylor展开，得 (14) 因为 ，所以 . (15) 即 . (16) 方程(12)和(16)分别为二阶和四阶精度的修正Poisson方程。
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user: 3. 数值算例 下面应用本文所提出的FDLBM模型求解Laplace方程和Poisson方程。 例1：考虑一个二维Laplace方程 . (17) 其Dirichlet边界条件为 ， ， ， 。方程的解析解为 (18) 本文使用了二阶和四阶模型计算例1。其模拟结果与解析解的比较如图1所示。其它参数为：格子数 ， ， 。计算域内宏观量 的初值为0，边界条件为上述的Dirichlet边界条件。在模拟过程中，边界上函数的分布等于平衡态分布，由宏观量 给出。把 的新旧值之差设置为结束迭代的条件，当最大差值小于 时，迭代结束。然后， 的值即为Laplace方程的数值模拟结果。图1(a)和图1(b)分别给出了 和 时的模拟结果，其中 和 分别为五结点和九结点FDLBM模型的迭代步数；图1(c)为解析解。从图中可以看出数值模拟结果与解析解有很好的一致性。 为了进一步比较，图2给出了 处的解析解和数值解曲线以及两个FDLBM模型的绝对误差曲 图1. Laplace方程的数值解与解析解的比较：(a) 五结点FDLBM模型；(b) 九结点FDLBM模型；(c) 解析解 图2. (a) Laplace方程数值解和解析解在x = 0.3处的比较；(b) Laplace方程两个FDLBM模型数值解在x = 0.3的绝对误差曲线 线。绝对误差 ，其中 为数值解， 为解析解。从图2(a)中可以看出，FDLBM模型与解析解吻合的很好；图2(b)表明，九结点模型比五结点模型误差小，两个模型的误差都是可接受的。此外，表1给出了不同位置的解析解和数值解以及绝对误差。从表中可以看出，FDLBM模型的误差是令人满意的。 例2：考虑下列齐次Helmholtz方程 [ 5 ] [ 11 ] (19) 计算域为 。边界条件与解析解相同，即 ， ； ， 。 在本文中， ， 。该方程的解析解为 (20) 图3(a)、图3(b)和图3(c)分别给出了五结点模型、九结点模型和解析解的计算结果，其中五结点模型和九结点模型的迭代步数分别为 和 。除边界外，迭代的初值条件为 。程序终止的条件与例1相同。从图中可以发现，FDLBM模型的模拟结果与解析解吻合的很好。 此外，图4和表2给出了FDLBM模型的计算结果与解析解的比较。格子数为 ，松弛因子 。可以看出，两个模型的绝对误差都小于 ，FDLBM模拟结果与解析解有较好的一致性。图4和表2表明，我们的模型可以用来模拟Poisson方程。 在两个数值例子中，松弛因子 都等于0.99。在模拟过程中，我们发现 ；并且随着 的增大，数值结果更精确。 Table 1 The comparison between exact solution and LBM results and the absolute errors of the two models at x = 0.3 for Laplace equatio y 解析解 五结点模型 九结点模型 E rr (五结点模型) E rr (九结点模型) 0.2 4.696902E-02 4.601930E-02 4.616745E-02 9.497181E-04 8.015707E-04 0.4 1.130988E-01 1.115642E-01 1.118012E-01 1.534604E-03 1.297601E-03 0.6 2.253665E-01 2.238407E-01 2.240709E-01 1.525804E-03 1.295596E-03 0.8 4.295711E-01 4.286378E-01 4.287722E-01 9.332895E-04 7.988811E-04 表1. Laplace方程x = 0.3处的解析解和LBM结果的比较以及两个模型的绝对误差 图3. Poisson方程的数值解与解析解的比较：(a) 五结点FDLBM模型；(b) 九结点FDLBM模型；(c) 解析解 图4. (a) Laplace方程数值解和解析解在x = 0.3处的比较；(b) Laplace方程两个FDLBM模型数值解在x = 0.3的绝对误差曲线 Table 2 The comparison between exact solution and LBM results and the absolute errors of the two models at x = 0.3 for Poisson equatio y 解析解 五结点模型 九结点模型 E rr (五结点模型) E rr (九结点模型) 0.2 2.785282E-01 2.780996E-01 2.781648E-01 4.286170E-04 3.634095E-04 0.4 1.310715E-01 1.303903E-01 1.305002E-01 6.811917E-04 5.712956E-04 0.6 5.975582E-02 5.910169E-02 5.920795E-02 6.541312E-04 5.478710E-04 0.8 2.315299E-02 2.276313E-02 2.282591E-02 3.898609E-04 3.270805E-04 表2. Poisson方程x = 0.3处的解析解和LBM结果的比较以及两个模型的绝对误差
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user: 4. 结论 与以前的格子Boltzmann模型相比，本文提出的模型优势是可以直接模拟定常问题，不需要采用时间相关法。由于采用不含时间的格子Boltzmann方程，使得算法清晰，程序代码简单。 我们发现，松弛因子被限定在 区间内，这是由于迭代过程是松弛迭代，而不是超松弛迭代。与经典格子Boltzmann模型不同，本算法松弛因子在 区间是稳定的，而在 区间不稳定。随着 的增大，收敛被加速，数值结果变得精确。 从计算结果中发现，九结点模型比五结点模型误差小，这是因为九结点模型包含了更多相邻结点的信息，使得九结点模型是四阶精度而五结点模型是二阶精度。
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user: 摘 要 为了满足新一代加力燃烧室进口温度的上升需求，有必要对内锥进行气膜冷却以降低其红外辐射。本文主要以试验和数值模拟相结合的方法，研究内锥的气膜冷却特性，找出中心锥的热点。结果表明：未冷却条件下，支板前缘和尾缘附近，内锥壁温较高；在5%冷气条件下，由于内锥前段冷却气膜覆盖不均匀，冷却效果较差，而内锥尖部由于回流区的影响，部分冷却气膜被吹离壁面，冷却效果一般。而且冷气和燃气密度比越大，冷气更容易贴壁面形成冷却气膜，冷却效率越高。 关键词 :冷却效率，气膜冷却，内锥，密度比，加力燃烧室 Copyright © 2017 by authors and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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user: 1. 引言 随着航空发动机推重比的不断提高，新一代加力燃烧室入口温度已达1300 k以上，由于中心锥是发动机后向红外辐射主要部分 [ 1 ] ，这无形中给加力燃烧室整流支板和内锥的冷却带来了挑战。气膜冷却作为航空发动机高温部件重要的冷却手段之一，国外 [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ] 和国内 [ 7 ] [ 8 ] [ 9 ] [ 10 ] [ 11 ] 对其研究已经有几十年历史，技术比较成熟。但是上述研究主要关于涡轮叶片和主燃烧室的冷却，对于内锥冷却的这一块的研究相对较少，特别是有关加力内锥冷却的试验研究。 李丽 [ 12 ] 、李佳 [ 13 ] 等用异性气体作为冷气验证了密度比对气膜冷却的影响，但是气膜冷却试验主次流温差太小，跟真实结果有一定的差距。张勃等 [ 14 ] [ 15 ] 对比了缝槽和气膜孔两种气膜冷却方案，发现在相同冷气量下，气膜孔冷却效果稍差，但是总压损失小。李锋等 [ 16 ] 研究了不同开孔方式对内锥气膜冷却的影响。发现孔径d = 1.0 mm时，冷却效果最好，内锥壁温最高可下降1/3，而缝槽冷却效果不太理想。张靖周等 [ 17 ] 研究了气膜冷却对塞锥冷却效果和喷管的气动性能的影响。当冷气量为主流质量流量1%时，塞锥温度大幅下降；当冷气量增至3%时，冷却效果和前者差不多，但是总压损失较为显著。单勇 [ 18 ] 在实验中采用1/3的缩尺模型研究了中心锥的气膜冷却效果，但是试验中冷热气流温度远低于发动机现实温度，总流量也偏小。一种新型加力燃烧室如图1，采用整流支板、加力内锥、火焰稳定器和喷油装置一体化设计 [ 19 ] ，有利于防止油管和火焰稳定器的烧蚀。 本文主要研究某新型加力燃烧室其內锥的气膜冷却特性，采用试验和数值模拟相结合的方法，研究了不同工况下的冷却效果。主要思想是将外涵的冷气通过整流支板引入中心锥，在其外壁面形成冷却气膜，以降低内锥壁面温度和发动机向后的红外辐射强度。
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user: 2. 实验方案 2.1. 实验装置 某型加力燃烧室有15块整流支板，由于实验室供气量有限，而且为了真实体现整流支板两测的流场，试验件设计为加力燃烧室1/3缩尺模型的1/7.5扇形部分，为了简化实验模型，去掉了包含在支板内的油管和喷嘴，外涵用一根引气管替代，环形火焰稳定器与支板连在一起，具体装置图如图2，冷气从引气管进入整流支板内部，进入内锥空腔内，从内锥外表面流出覆盖在内锥弧面，从而降低内锥的壁温。内锥壁面的气膜孔孔径d = 1.0 mm，倾角为30˚，孔间距和孔排距分别为4 mm和8 mm，扇形通道尾部用一块孔板来憋压，使得气流密度和压力接近于实际情况。 图1. 支板火焰稳定器一体化加力燃烧室 图2. 实验装置实物图和简化模型。(a) 气膜冷却试验装置；(b) 内锥和支板结构 2.2. 参数的定义与测试方法 冷却效率：η = (Tg − Taw)/(Tg − Tc)，Tg为燃气温度，Taw为壁面温度，Tc为冷气温度； 温比TR的定义：TR = Tg/Tc； 密度比DR的定义：DR = DR = ρc/ρg 温度不均匀系数：ζ = Tmax − Tmin/Tave 试验燃气温度在700 k~1100 k，冷气与燃气密度比DR为1.4~2.3，上述工况与实际发动机很接近，内涵流量0.5 kg/s~1.5 kg/s，冷气流量控制在内涵5%以内，试验工况如下表1。 内锥壁面总共布置7个测温点，其轴向布置的四排测点与其前缘的距离分别为30 mm、70 mm、110 mm、150 mm。测点具体布置情况如图3。 2.3. 试验结果分析 燃气速度在200~300 m/s之间，为可压缩气体。在理想条件下，燃气流过内锥和支板的扩张通道，速度减小，压力上升，其温度和密度也略微增加，然而试验结果与理想条件有所出入。图4为9个工况下未冷却和冷却的内锥壁面温度分布。 Table 1 Experiment condition Tg (k) Pt1 (atm) Pt2 (atm) Pt3 (atm) 800 900 1000 1.5 1.5 1.5 2.0 2.0 2.0 2.5 2.5 2.5 表1. 试验工况 图3. 内锥壁面热电偶分布 图4. 不同工况下内锥壁面测点温度分布 从图4可以看出，在未冷却的条件下，内锥壁温沿轴向先降低后小幅上升再下降的波动式的减小。这是因为从进气口到内锥尾部为扩张通道，是一个减速增压的过程，燃气的密度和温度都会小幅上升。由于试验件的材料是不锈钢，内锥壁面可以迅速把热量传给内锥空腔以及两侧壁面从而散发到环境当中，所以试验所测的温度比入口温度还要低。从图4可知，燃气温度越高，內锥壁面沿轴向温度降幅越大，这是因为內锥壁面和环境温差越大，热流密度q越大，单位时间内散热越多，而且沿轴向上锥面与外壁面之间的空腔逐渐变小，而空腔内的空气导热系数低，所以壁面沿轴向上散热更加快，虽然由于扩张通道的作用，壁温有所波动，但温度在轴向上还是呈下降趋势。 当冷气流量为主流的5%时，內锥壁温相对于未冷却时有明显下降，而且在轴向上，壁温先大幅下降然后小幅上升。这是因为对于气膜冷却前段，冷气量较少，冷却气膜的覆盖不均匀，叠加效果不明显，燃气和内锥壁面之间的辐射和热传导较强烈，內锥壁面冷却效果一般；随着冷却气膜在轴向上的叠加覆盖，內锥中段的低温气膜层厚度增加，而且覆盖较均匀，所以冷却效果很好；而在內锥中后段，一方面由于扩压带来燃气温度有所上升，另一方面上游来的冷气经过燃气的辐射和对流传热后温度已经很高，对下游的冷却叠加作用不太明显，冷却效果不如内锥中段。 图4中，在一定温度条件下，随着主流压力增大，未冷却壁面其温度变化没有明显的规律；而对于冷却壁面，其温度随着主流压力的增大冷却效果相对变差。这是因为P = ρRT，当Tg一定时，压强增大，燃气的密度也会增大，所以冷气与燃气的密度比DR减小，速度比增大，冷却气更容易冲击燃气混入主流中，气膜覆盖效果变差，冷却效率降低。图5为密度比对轴向不同位置气膜冷却效果的影响。 从图5可知，在吹风比一定时，密度比越大，气膜冷却效率越高。因为增大密度比，可以减小冷气和燃气的动量比，冷气更易附着于壁面形成稳定的冷却气膜，冷却效率较高。 对于x/d = 30时，冷却效率较低，而且冷却效率波动很大，主要是内锥前段冷却气膜层才开始刚刚形成，冷却气膜层较薄，另外支板前缘对燃气的阻挡，导致燃气流动方向的变化也对冷却气膜形成一定的干扰，所以冷却气膜覆盖不均匀，冷却效果不太稳定。在x/d = 110处，冷却效率不如x/d = 70，这主要是因为支板尾缘的火焰稳定器干扰内锥壁面的开孔，所以支板尾缘气膜孔较少，冷却效率有所下降。 对于内锥的冷却，增大冷热气流的密度比，可以对射流穿透主流起着抑制作用，低速射流会在内锥壁面形成比较稳定的冷却气膜，而且密度比越大，气膜覆盖越稳定，冷却效果越好。特别是对于高吹比工况下，提高密度比能够极大地改善冷却气膜的覆盖效果，但是当密度比提高到一定程度后，密度比的增大对气提高膜冷却效率作用不大，这时需要考虑气膜孔几何结构和布局的影响。
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user: 3. 数值计算 计算流域为1/3的缩尺模型，由于气膜孔比较多，所以采用ICEM非结构网格，选择realizable k-ε计算模型进行数值模拟，工况与表1所给的相同。图6为Tg = 1000 k时，未冷却内锥壁面的温度场，高温高速燃气冲击支板前缘，导致支板前缘附近区域壁温上升，与试验结果x/d = 30处高温结果相符。燃气流过支板两侧的收缩通道，是一个减压增速的过程，密度和温度略有降低，所以x/d = 70处内锥壁温较低。在内锥中后段的扩张通道，增压减速过程中壁面温度有所升高，支板两侧由于涡对的尺度和强度都比较大，湍流系数增加，高温高速燃气来回冲刷内锥壁面，所以x/d = 110处温度较高。燃气在支板后端的的V型火焰稳定器产生回流区，速度急速下降，压力和温度也小幅降低。总的来说，内锥和支板结构导致带来的流阻损失和压差损失，导致燃气的总压减小，壁温小幅上升且分布不均匀，但是不均匀系数低于3%。 根据图6和图7可知，此次试验的温度和数值模拟温度有所差异，主要因为数值模拟中内锥壁面为绝热壁面，没有考虑散热损失，而试验的扇形部分，其两侧壁面的散热损失远超过因为流动的摩擦损失 图5. 密度比对冷却效率的影响。(a) x/d = 30，DR对冷却效率的影响；(b) x/d = 70，DR对冷却效率的影响；(c) x/d = 110，DR对冷却效率的影响；(d) x/d = 150，DR对冷却效率的影响 图6. Tg = 1000 k，内锥壁面温度分布图 图7. p = 2 atm，内锥壁温计算和试验对比 和压差损失，温度不均匀系数超过6%。对于全尺寸加力燃烧室，燃气主要把热量传给锥面以及内锥空腔，与外界热交换比较少。由于试验条件的限制，扇形两侧壁面的热损失较多，这是本试验壁温误差之一。通过试验发现，未冷却时内锥和支板空腔内空气温度只比主流燃气温度低20%以内，比未冷却壁面温度低15%左右，所以冷却不仅降低内锥壁面温度和减少红外辐射，而且对内锥和支板空腔内的部件起着一定的保护作用。 图8为试验与数值模拟的结果对比图，从图中可知试验与数值模拟的结果差距较大。主要体现在试验的冷却效率大部分情况下好于数值模拟，这是因为前述提到的扇形内锥空腔以及两侧壁面的散热作用，壁温降幅较大，所以冷却效率较高。而在内锥靠近支板尾缘部分的壁面冷却效率低于数值模拟。这主要是因为数值模拟中，在支板尾缘附近开孔不受影响，而试验件由于支板的妨碍，激光开孔难度较大，开孔数比数值模拟少，所以在内锥尾缘附近两者的冷却效率差别较大。图9为支板尾缘截面的速度矢量图，从图中可知，在尾缘燃气产生回流区，速度较低，对气膜层的冲击很小，冷气可以很好地贴壁流动，所以冷却效率很高。 数值计算得到的内锥壁温分布如下图10，在支板前缘，主流的冲击导致附近部分气膜层被冲散，冷却效率较低。在内锥的锥尖部分，壁温较高，主要是因为内锥的38˚扩张角较大，主流在内锥的后段发生附面层分离形成大尺度涡，造成回流，如图11所示，回流区边缘的剪切层速度梯较大，所以冷却气难以贴壁，冷却效果较差。为了优化内锥壁面的冷却效果，可以适当增加内锥尾部气膜孔，提高其冷却效率。
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user: 4. 结论 1) 未冷却条件下，内锥壁温实验值低于数值模拟，因为燃气和环境之间的温差较大，通过扇形试验件两侧散热较快，而数值计算未考虑到试验件的散热。内锥空腔中空气导热系数很低，而在轴向上内锥壁面与扇形两侧面之间的空腔逐渐变小，内锥壁面沿轴向上散热更快，虽然由于扩张通道的作用，壁温有所波动，但温度在轴向上还是呈下降趋势。 2) 经过气膜冷却的内锥壁面，壁温总体呈现下降的趋势，但是内锥前段冷却效果较差，主要由于燃气冲击支板前缘导致附近冷却气膜受干扰较大，贴壁效果较差，而且前段气膜覆盖不均匀，所以壁温较高。 图8. 实验与数值模拟的结果对比。(a) 试验与数值模拟壁温对比；(b) 实验与数值模拟冷却效率对比 图9. 支板尾缘截面速度矢量图 图10. 数值计算内锥温度场 图11. 锥尖的速度矢量图 3) 内锥尾缘部分由于燃气产生低速回流区，冷气在轴向上流动的冲击较少，气膜覆盖效果好，冷却效率很高。 4) 由于内锥38˚的扩张角较大，内锥后段附面层分离，燃气回流冲击冷却气，气膜被冲散，内锥锥尖温度较高，所以设计內锥时较小的扩张角可以抑制回流区的产生，冷却气膜更容易贴壁。 5) 通过试验数据分析，一般情况下，冷气与燃气的密度比越大，冷却效率越高，因为增大密度比，可以减小冷气和燃气的动量比，低速冷气更易附着于壁面形成稳定的冷却气膜，冷却效率也会相应的提高。
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user: 摘 要 伴随着高等教育从精英教育走向大众教育，我国高校毕业生基数每年都在增长，毕业生就业形势越来越严峻，就业质量也不容乐观。通过层次分析法确定毕业生就业质量评价指标，形成毕业生就业质量的评价模型。收集广东省高校毕业生就业数据进行实证研究，结果表明专业素养，英语和计算机能力是决定大学生就业的重要因素。文章的研究成果将对在校大学生合理分配四年大学时间及高校制定相关措施起到指引作用。 关键词 :毕业生就业质量，层次分析法，灰色关联 Copyright © 2017 by authors and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/