相干结构

摘要： 为进一步探索混流式水轮机偏负荷工况下叶道涡的演变机制,引入动态模态分解方法并结合数值模拟与实验对水轮机叶道涡的非定常流场进行相干结构的解耦。数值结果表明,叶道涡呈低频特性,演化的主频为0.5倍水轮机转频;涡管状叶道涡空腔起源于叶轮上冠,并与叶片背面的片状涡连为一体。应用动态模态分解方法获得了叶道涡速度场的动态模态,并将该方法与本征正交分解方法进行了对比。结果表明,动态模态分解方法在特定频率下对叶道涡流动结构进行分解可得单倍频率特征,更便于进行相干结构的流动机理分析。两种方法都可在平均流态和主要模态的基础上对水轮机速度场流动结构进行降阶重构,但对局部复杂叶道涡区域的重构存在局限性。

摘要： 使用大涡模拟方法对喷管总压与环境压力之比为4.03、喷管高度与喷口直径之比为2.08的欠膨胀冲击射流进行研究,并考察流场的特性与波系的结构。数值结果清晰地表明了激波的位置与结构的周期性以及在冲击壁面与喷管唇部之间存在的反馈环。对脉动压力进行快速傅里叶变换的结果表明,反馈环与冲击单音具有相同的频率。通过对脉动速度进行本征正交分解,计算出各阶模态及其能量贡献率,并且讨论了湍流场中大尺度相干结构的产生、发展和演化现象。

摘要： 颗粒运动特性是深入理解颗粒弥散和气固混合的关键,采用粒子图像测速仪(PIV)对不同收缩射流颗粒运动行为进行了研究;考察了喷嘴收缩角(α=20o,40o,60o,80o)和气体射流速度对颗粒轴向速度、径向速度和相干涡结构的影响。结果表明:与无收缩直管射流相比,喷嘴收缩效应使射流近场气固相间存在较大的轴向滑移速度,颗粒做加速运动。喷嘴收缩产生径向速度分量,使颗粒向射流轴线聚集,形成斜向撞击流,促进了射流动量由轴向向径向的转化。径向速度分量随喷嘴收缩角的增大而增大。气体射流速度增加,颗粒速度的滞后性和相间弛豫时间延长,加速区下移。喷嘴收缩加剧了射流剪切层的不稳定性,促使剪切层振荡卷起形成大尺度和高涡量的轴对称涡环。

摘要： 为了探究实测台风眼壁强风区和风眼区风速非平稳性的形成机理,以0814号强台风“黑格比”实测数据为研究对象,用离散小波变换结合假设检验的方法对风场的相干结构进行辨识与提取,探讨相干结构对风速非平稳性、非高斯性以及风场湍流特性参数的影响规律.研究结果表明:对于0814号强台风“黑格比”,相干结构是造成风场脉动风速具有非平稳性和非高斯性的关键因素,提取相干结构后非平稳样本的非平稳性和非高斯性显著减弱;相干结构对各湍流参数的平均贡献介于6.42%~32.40%.相干结构持时占样本时长的比值平均为10.60%,对湍动能贡献占比最高达40.50%.相干结构具有“短持时、高含能”的特点,是造成湍流参数值异常偏大的根本原因.研究可为非平稳风作用下结构精细化抗风设计提供参考.

摘要： 本文开展明渠水槽桥墩绕流和推移质输沙试验,沿水槽方向使用高速相机进行移动拍摄,通过智能识别边壁控制点坐标对图像进行裁剪。通过形态学方法提取表面示踪粒子后,使用粒子追踪测速(PTV)技术和图像特征点识别测速(FMV)计算瞬时表面流场,根据流场位置对所测表面流场区域网格化后进行插值计算,以获得较大范围的表面流场。结果表明:本文使用的移动式表面流场测量方法可提高表面流场的精度和测量范围,此方法拓宽了表面流场测量的应用工况;FMV方法在圆柱绕流试验中可更准确识别圆柱侧方及后方旋转强度较大的区域,所求断面平均流速分布曲线更符合水流特性;推移质运动过程发现紊流表面时均流速仍存在高低速流带结构现象,同时高流速条带对应沙垄而低流速条带对应沙脊处,这表明水流地形相互固定形成了稳定时均结构,也验证了大尺度流向涡模型的合理性。

摘要： 本文采用粒子图像测速技术(particles image velocimetry,PIV)研究固体颗粒对放置在平板湍流边界层中的平壁和沟槽壁面减阻效果的影响.实验对清水和加入粒径为155μm聚苯乙烯颗粒的流法向二维速度场信息进行采集,对不同工况下的平均速度剖面、雷诺应力和湍流度等统计量进行对比,分析流体在边界层中的行为.运用空间局部平均结构函数提取了不同工况湍流边界层喷射-扫掠行为的空间拓扑结构并进行比较.结果发现,在不同的壁面条件下,粒子加入后的对数律区中无量纲速度均略大于清水组,雷诺切应力有所降低,湍流度有所减弱.对于不同流场速度下的沟槽而言,颗粒的加入均降低了壁面附近的阻力,而颗粒单独作用于光滑壁面的减阻效果并不明显.加入粒子后的相干结构数目有所增加,法向脉动速度下降.沟槽壁面附近的相干结构数目有所增加,法向脉动速度在自由来流速度较大时有所上升,在速度较小时有所下降.这表明不同减阻状况下的沟槽均能将大涡破碎成更多的涡,并且粒子的加入强化了这种破碎作用.

摘要： 柱体绕流是海洋工程领域的重要问题.流体绕经海洋平台所产生的周期性涡脱会造成平台往复运动,这将加剧平台系泊结构疲劳损伤,降低结构疲劳寿命.为研究多柱式浮式风机平台绕流的力学特性,厘清尾流之间的干扰机理,采用Delayed Detached Eddy Simulation(DDES)方法分析了半潜式浮式风机平台在不同来流角和流速下的力学特性,从相干结构层面研究了尾流干扰机理,并分析了立柱尾流之间的空间相关性.结果表明:下游立柱的阻力系数平均值随流速变化而有较大波动;流场相干结构以流向涡和发夹涡为主;相干结构之间的相互作用是导致尾流干扰的原因;上下游立柱尾流具有不同的相干结构,但两者仍有较强的空间相关性.研究结果可为深入理解多柱式海洋平台绕流现象提供理论参考.

摘要： 圆端形沉井基础在深水基础中应用前景较好,但对其水动力特性的研究较少.依托常泰长江大桥5号墩沉井基础设计,基于大涡模拟(LES)方法对沉井下沉过程中流场进行了三维数值模拟.计算结果表明:沉井侧壁阻力系数与试验结果吻合度较好;基于时均流场分析了沉井周围速度场分布,发现沉井吃水深度的增加会导致沉井横向两侧流速增大,背水侧流速减小;基于瞬态流场对沉井尾涡的形态进行了捕捉与分析.该研究为沉井基础下沉施工方法的选择提供了参考数据,降低了研发周期和成本,具有工程实用价值.

摘要： 采用高时间分辨率粒子图像测速系统(TR-PIV),分别对沟槽壁面及光滑壁面平板湍流边界层速度矢量场的时间序列进行了精细测量,并利用新象限分裂法及新条件采样与相位平均技术,在李山等人对数区结果的基础上,对光滑壁面和沟槽面湍流边界层近壁区及外区相干结构二维空间拓扑的形态进行了进一步地对比研究.结果表明:在近壁区和对数区内,与光滑壁面相比,不论喷射事件还是扫掠事件,减阻沟槽使得相干结构法向脉动强度降低最为明显,即相干结构在法向上的动量和能量交换减弱,削弱了其对湍流产生的贡献;而进入外区以后,减阻沟槽对法向脉动速度分量和展向涡量在喷射和扫掠过程中影响比内区要小,说明沟槽主要影响湍流边界层内区结构,且以影响扫掠事件法向脉动为主.

摘要： 脉动速度和速度梯度等物理量在时空中的拟序变化反映了相干结构的时空拟序演化.实验在低速水洞中进行,用层析TRPIV系统采集湍流边界层流场示踪粒子图像,通过图像处理得到3D-3C瞬时速度场分布的一个时间序列.依据大尺度相干结构的能量最大准则和局部平均速度结构函数检测条件,通过多尺度小波分析确定相干结构的尺度并检测到相干结构的位置.对速度矢量、速度梯度以及涡结构辨识指标进行空间相位平均,提取得到瞬时特征相干结构的空间拓扑.将特征相干结构空间拓扑与相邻短时间内不同时刻原始流向脉动速度场进行互相关运算,获得相干结构湍流质点的速度以及短时间内相干结构的拓扑位置和形状变化,从而反映出相干结构空间拓扑随时间演化的情况.

摘要： 利用层析图像粒子测速技术(Tomographic-PIV)测量平板湍流边界层,得到了三维三分量的速度矢量场数据库.根据流向上流体单元拉伸和压缩的基本物理特征,采用局部平均结构函数法检测扫掠事件的猝发中心.然后对符合条件的检测点进行空间上的相位叠加平均.对叠加体进行了脉动速度、涡量等湍流统计量进行了拓扑结构分析,发现典型的四极子、六极子式的结构,得到了典型发卡涡对存在的证据,并以拓扑特征为根据,给出以扫掠事件为中心的壁湍流相干结构局部动力学模型.

摘要： 利用PIV技术对壁湍流相干结构雷诺应力的特征进行了实验研究.测量了水槽中充分发展的平板湍流边界层瞬时速度场的长时间时空序列数据库.分析了雷诺应力不同分量沿平板湍流边界层法向的平均统计分布.另外,运用空间局部平均多尺度速度结构函数的新概念描述湍流多尺度涡结构的空间拉伸、压缩、剪切变形和旋转.对湍流脉动速度信号沿流向进行空间多尺度分解.根据基于空间局部平均多尺度速度结构函数提出的湍流相干结构条件采样方法,检测并提取了PIV数据中相干结构“喷射”和“扫掠”事件中的平均速度变形率、雷诺应力等物理量的空间拓扑形态.

摘要： 本文利用高时间分辨率粒子图像测速技术(TR-PIV)测量得到的湍流边界层三维三分量(3D-3C)速度矢量场数据库,根据空间局部平均速度结构函数的概念,沿流向计算得到了六个尺度的空间局部速度应变;采用改进的象限分裂法(ISQM)及条件采样空间相位平均技术,基于湍流猝发第二/第四象限(Q2/Q4)事件,检测并提取得到了空间六个尺度的湍流边界层相干结构的空间拓扑形态.我们通过对湍流边界层相干结构的流动拓扑学分析,发现了速度矢量场产生的临界点,认为临界点的存在及其不稳定性是湍流产生及维持的原因.

摘要： 采用双丝热线测速技术,精细测量风洞中光滑壁湍流边界层不同法向位置的瞬时流向、法向速度分量以及流向速度的法向变形率的时间序列信号。以流向速度分量的子波系数的局部极值作为特征量检测平板湍流边界层相干结构猝发的喷射和扫掠过程,用条件相位平均技术提取相干结构猝发的喷射和扫掠过程随机脉动速度对相干结构贡献的雷诺剪切应力和相干结构流向速度法向变形率的条件相位平均波形。基于理论上湍流相干结构复涡黏模型对涡黏系数的分析,研究了相干结构猝发过程中雷诺应力分量与流向速度的法向速度变形率分量之间的宏观弛豫效应,分析了相干结构猝发过程中这两者之间的相位关系及其沿湍流边界层法向的变化规律,肯定了湍流相干结构复涡黏模型的合理性。

摘要： 本文依据圆柱绕流近尾迹中的实验数据，分析了相干结构对湍流输运通量的影响。相干结构外的卷吸作用对湍流输运有较大影响，相干结构诱导的速度场和温度场基本呈环形分布，对平均雷诺应力影响不大。本文还简要讨论了湍流梯度输运模型中系数变化的一般趋势。

摘要： 虽然湍流近地层相似理论是大气和气候模式中最重要和应用最广泛的一项参数化理论,然而,其适用性却随着边界层特征的变化而变化.本文利用安装在70m高的气象塔上的涡动协方差系统2017年全年连续观测数据,评估了近地面层中动量和标量之间及不同标量之间的湍流输送相似性.文章揭示了在不稳定边界层中湍流对动量和标量以及各标量之间的输送相似性随着摩擦速度的增加而增加,随着稳定度的增大而减小.本文进一步探讨了湍流相干结构的特征与边界层特征的关系.研究表明,湍流相干结构的强度随着摩擦速度的增加而增加,然而其强度不随稳定度变化.各向同性的小尺度湍涡对动量和标量的输送是相似的,通量的相似性主要由大尺度湍涡决定.

摘要： 本文利用上海台风研究所移动观测车获取的“莫拉克”台风登陆过程中超声风温等观测资料对地面阵风特性作了诊断分析。结果表明,在风速时间序列中叠加有周期为3～7 min的阵风扰动,阵风具有明显的相干结构,即沿顺风方向阵风风速峰期有下沉运动,谷期有上升运动；阵风扰动各向异性特征明显,阵风风速峰期风向变化幅度较小,而阵风谷期风向变化幅度较大;顺风方向的扰动能量最大,其次是侧向和垂直方向的扰动能量;沿顺风方向的阵风垂直动量通量向下传播,而沿侧风方向阵风扰动动量垂直通量总体贡献接近于零。阵风扰动的感热通量也极小。阵风扰动沿顺风方向的积分空间尺度和时间尺度最大,沿侧风方向和垂直方向其次,他们明显大于湍流的积分空间尺度和时间尺度。动力学分析表明阵风扰动主要表现出重力内波的一些特性。

摘要： 在湍流理论研究和已有工作的基础上，应用共振三波理论模型和直接数值模拟方法，对湍流边界层近壁区完整发卡涡的生成进行了研究。特别针对发卡涡涡头部分的发展和与之相关的各类涡结构及流动现象进行分析，讨论其产生机理。利用共振三波理论模型得到的完整发卡涡及各类次生结构与已知的实验及数值模拟结果存在很好的一致性，为解释近壁区涡结构的产生提供了可行的方法和思路。

摘要： 公开了具有支持多个拓扑结构的结构互连的装置和使用相同结构互连的方法。在一个实施例中，装置包括模式存储器，所述模式存储器用于存储指示多个模式中的一个模式的信息；以及第一结构，其在多个模式中可进行操作，其中，所述结构包括耦合至模式存储器的逻辑，所述逻辑用于根据由信息指示标识的模式来控制对由第一结构接收到的向存储器的读取请求和写入请求的处理。

摘要： 本公开提供了一种基于相干结构的图像传输加解密方法及系统，所述方案通过构建携带有加密密钥的加密系统，将图像信息加密到部分相干光相干结构中，通过引入可控的调控函数T来对携带有加密信息的部分相干光相干结构进行调控，通过调控强度因子,带有加密信息的部分相干光相干结构经长距离传输后，远场被破坏或者演变后的相干结构能恢复到光源处的相干结构分布形式，最终在远场测量的相干结构信息本质上就等同于测量光源处的相干结构信息；在已知解密密钥并测得相干结构信息后，能在远场安全解密出加密在光源相干结构中的图像信息。

摘要： 本发明公开了一种基于空间相干结构调控的光学成像系统及成像方法，包括以下步骤：构建4f成像系统；通过第一光探测器探测4f成像系统中频谱域障碍物的形状；根据4f成像系统中频谱域障碍物的形状，设计入射光束的空间相干结构，使得入射光束所有模式都能通过障碍物的开口；将待测物体置于光路中，通过第二光探测器探测待测物体的光学成像信息。本发明在4f光学成像系统的频率面被部分遮挡的情况下，能够实现成像无散斑，并且极大提高系统光的利用率，同时提高了成像的信噪比。

摘要： 本发明公开了一种利用光束空间相干结构实现角锥场整形的方法和系统，包括以下步骤：S1、部分相干光源发出平行光，所述平行光正入射至角锥的平面并在角锥的锥面上发生折射；S2、经所述角锥折射的光束出射并在光轴处聚焦，形成聚焦光场；所述聚焦光场包括多个与光轴重合的连续焦点；S3、光束经所述角锥聚焦后继续在自由空间传输，实现角锥场整形。其能够通过改变入射光束的阶数以改变其空间关联结构，从而实现角锥场的光束整形，在光镍和光学传输等方面具有很大的应用前景。

摘要： 本发明公开了一种测量矢量随机电磁光场二维空间相干结构分布的方法，包括以下步骤：搭建测试光路；遮挡参考光，光探测器记录光强分布；转动四分之一波片，使其快轴方向与线偏振片的透光轴方向一致；遮挡待测矢量随机光，移除参考光的遮挡，光探测器记录光强分布；移除待测矢量随机光的遮挡，光探测器记录光强分布；转动四分之一波片，使其快轴方向与线偏振片的透光轴方向垂直；遮挡待测矢量随机光，移除参考光的遮挡，光探测器记录光强分布；移除待测矢量随机光的遮挡，光探测器记录光强分布；计算获得待测矢量随机光的振幅和相位。其能够测出矢量随机电磁光场的振幅分布和相位分布，测试速度快。

摘要： 本发明是基于国内外最新的海洋流场分析方法，提出的一种可以对海洋流场大数据的内在结构原理进行时空连续表达的技术。其目的是通过这种可视化方法剖析海洋流场结构，探究其变化规律，发现新的海洋现象，从而为物理海洋，海洋科学等研究提供帮助和灵感。本发明中客观欧拉相干结构是一种基于流场瞬时速度的结构分析技术，它可以准确客观的界定流场某一时刻的结构，分层时空链接技术是一种基于典型数据结构的加速计算方法，可以高效的把一段时间内的海流变化串联起来。这两者构成了本发明的基础。

摘要： 本发明公开了一种基于部分相干结构光照明的定量相位显微装置和方法，所述装置包括环形光源以及沿光路方向依次设置的结构光调制模块、照明物镜、探测物镜、空间光调制模块以及图像采集模块，其中，环形光源用于产生部分相干的环形光束；结构光调制模块用于对环形光束进行结构化的调制，获得±1级衍射光；照明物镜与探测物镜之间用于设置样品，样品在±1级衍射光的照射下产生非散射光以及携带有样品信息的散射光；空间光调制模块用于对非散射光进行相位调制，以得到样品的多个结构化干涉相移图，图像采集模块用于采集多个结构化干涉相移图。本发明可对各种散射样品进行高分辨的无标记检测，在生物医学等领域具有宽广的应用前景。

摘要： 本公开提供了一种基于相干结构的远场成像方法及系统，所述方案利用部分相干光束的相干结构和交叉相位结构的联合调控实现相干结构作为图像信息的传输载体，对加载信息后的相干结构进行调控；当传输路径有障碍物遮挡时，经远场传输后，在远场通过探测障碍物的形状大小实时调控部分相干光束相干性的大小，在远场利用被障碍物破坏后的信息来恢复出完整的相干结构信息，进而利用相干结构信息和图像信息的对应关系实现远场成像。所述方案能够探测出远场传输路径是否有障碍物，包括障碍物的形状大小和位置。根据障碍物大小，实时调控光源相干性大小，确保相干结构不被破坏，进而实现远场成像。

摘要： 本发明公开了一种基于空间相干结构调控的光学成像系统及成像方法，包括以下步骤：构建4f成像系统；通过第一光探测器探测4f成像系统中频谱域障碍物的形状；根据4f成像系统中频谱域障碍物的形状，设计入射光束的空间相干结构，使得入射光束所有模式都能通过障碍物的开口；将待测物体置于光路中，通过第二光探测器探测待测物体的光学成像信息。本发明在4f光学成像系统的频率面被部分遮挡的情况下，能够实现成像无散斑，并且极大提高系统光的利用率，同时提高了成像的信噪比。

摘要： 本发明公开了一种基于随机光场空间相干结构调控的光学加密系统及方法，该系统包括：光源组件和加密光路，光源组件包括激光器和线偏振片，加密光路中依次设置有第一凸透镜、随机相位屏、第二凸透镜，完全相干线偏振光经过待加密物体后入射至第一凸透镜，第一凸透镜将待加密物体的像投射至随机相位屏，随机相位屏将包含待加密物体的像的完全相干线偏振光转化成非相干线偏振光，第二凸透镜对非相干线偏振光进行分数阶傅里叶变换，将非相干线偏振光包含的光学信息加密。本发明是基于随机光场二阶统计特性调控的光学加密，安全性高，密文信息难以测量，对应解密方法新颖，无需测量密文，加密的光鲁棒性好，能在一定程度上克服湍流影响。