为了改变玻璃管水平拉制成型以直觉知识为理论基础和经验设计为技术手段的现状, 本文采用ANSYS Polyflow软件建立了玻璃管水平拉制成型过程中的传热和传质数值仿真模型, 得到了温度场、速度场、压强场、黏度场等的变化情况。通过数值仿真分析, 得出玻璃液流入温度、牵引速度、鼓入空气流入压强和旋转筒转速都是影响玻璃管成型的敏感工艺参数。玻璃液流入温度和鼓入空气流入压强与玻璃管外径成正比, 与玻璃管壁厚成反比; 牵引速度与玻璃管外径和壁厚都成反比; 旋转筒转速与成型位置的偏心量成正比。本文提出的数值仿真模型将为提高玻璃管品质, 缩短换品调整时间, 提高生产效率, 节约材料和能源消耗提供理论支撑。

针对高温高速尾喷流场速度的快速准确测量问题，提出了一种基于微粒示踪的燃烧尾喷流速场测量方法。通过主动向尾喷流中添加具有灰体辐射特性的金属微粒，采用合适的观测参数对其进行高速成像，结合灰度分布互相关评估微粒图像的最大互相关度，从而获得流场速度。利用同轴射流火焰系统对测量方法开展了流速测试研究。结果表明，射流速度90~140m·s-1内测量值与一维理论值相对偏差不超过5%，微粒吹送速度0.02~0.1m·s-1下流速测量值相对偏差低于0.35%，验证了所提方法适用于类似航空发动机试车尾喷流场速度测量的应用场景。

为了进一步分析预测福建平潭 (FJPT)站变动速度场的变化趋势, 进而掌握其运动变化特征, 基于 2010年至 2018年 FJPT站东向速度和北向速度时间序列, 对其进行平稳性检验。经过检验可知, 其为非稳态随机非单调性时间序列, 故结合灰色系统 Verhulst模型对其未来 10年的东向和北向年平均动量进行预测。预测结果表明, FJPT站速度从西到东及从北向南不断向南、东部偏转, 使站速度从近西北向运动偏转到东南沿海地块南侧地区为东南运动, FJPT站绕东南沿海块体做顺时针旋转。

针对密集颗粒流速度场分布的测量问题,提出了基于维诺图匹配的粒子跟踪测速法。首先,通过对图像粒子进行维诺图构建,给出面积相似度筛选匹配粒子的条件;其次,引入Delaunay三角网搜索结构,通过计算维诺多边形的形状相似度来匹配粒子;再次,研究了去除错误匹配粒子矢量的方法和匹配算法中的关键参数;最后,通过模拟二维旋转流场运动以及二维转盘中的颗粒流实验对算法进行了测试。结果表明:维诺图匹配的匹配准确率高于DTPTV并且在处理密集粒子匹配效果上更好;维诺图匹配算法适用于测量密集颗粒流速度场分布,颗粒匹配准确率高达99%,并由得到的颗粒流速度场分布验证了算法的有效性。

针对目前颗粒流速度场测量手段较单一的现状,系统介绍了基于数字图像技术的颗粒流速度场测量方法。通过对各种测量原理和使用条件的分析比较,指出了这些方法的特点和存在的主要问题,并结合颗粒流测量特点给出了这些测量方法在颗粒流速度场研究中的具体应用条件。此外,还讨论了数字图像技术在休止角测量方面的应用,以及这些测量方法在国内外的应用情况。这将对后续利用数字图像技术研究颗粒流提供指导。

针对大视场空间相机的像移补偿, 建立了基于坐标变换和姿态动力学的离轴三反大视场空间相机通用像移速度场模型。建模过程中考虑了离轴三反光学系统的离轴角对像移模型的影响, 推导了离轴三反大视场空间相机的像速场解析式。以某大视场空间相机为例, 分析了3种典型成像姿态下焦面像移速度和偏流角的分布特点, 研究了卫星姿态稳定度对相机成像质量的影响。分析表明, 卫星三轴姿态稳定度的降低会导致相机焦面动态传递函数(MTF)下降, 其中俯仰姿态稳定度对焦面动态MTF的影响最大; 并且随着积分级数增加, 下降会愈发明显。相机侧摆姿态成像时, 对卫星姿态稳定度的要求更高。以传递函数下降5%为限, 积分级数为96级的大视场空间相机, 要求卫星姿态稳定度控制在0.001(°)/s以内。实验结果验证了文中对卫星姿态稳定度的分析, 证明了像移速度场模型的准确性, 为大视场空间相机像移补偿提供了可靠依据。

大视场空间相机在轨成像期间, 由于地球自转、卫星姿态机动和颤振等因素导致焦面像速场呈非线性各向异性分布。为此提出了一种新的基于刚体运动学的像移速度场建模方法, 考虑离轴角参数, 推导了离轴三反大视场空间相机的像速场解析式。以某大视场空间相机为例, 分析了侧摆成像时同速与异速像移速度匹配模式对相机成像质量的影响。分析结果表明: 以传函下降5%为约束, 侧摆15°成像时, 当积分级数大于10级时应采用异速匹配模式, 积分级数为32级时, 异速匹配相比于同速匹配使焦面动态MTF从0.340 8提高到0.970 2。当积分级数确定为16级时, 侧摆角在12.3°以内时可采用同速匹配模式。在轨成像结果证明了像移速度场模型的准确性, 可为大视场空间相机像移补偿提供可靠依据。

应用FLUENT软件建立BT20激光熔凝过程的数学模型, 考虑材料热物性能参数与温度的非线性关系以及边界条件, 分析表面张力温度系数和激光功率对激光熔池内的温度分布, 流动状态及熔池形貌的影响, 并与试验结果进行对比。结果表明, 表面张力温度系数影响熔池内熔化凝固的过程, 表面张力温度系数的增大使熔池变宽变窄。随着功率的增加, 熔池尺寸扩大, 工件温度提高, 熔池流体流动加速, 数值模拟结果与试验结果相吻合。

针对W-Cu复合体系选区激光熔化过程，建立了三维瞬态定点和移动热源下的熔化凝固数学模型，研究了不同激光功率P和扫描速度V下的熔池表面的温度场和速度场及熔池中W颗粒周围熔体的流场和受力情况。结果表明：当激光功率P由600 W增至900 W时，熔池表面温度梯度与速度场耦合夹角θ由50°减为0°，熔池表面对流传热加快。在定点热源P≥800 W或移动热源(线能量密度η=16 kJ/m)条件下，熔池中W颗粒的周围会产生二次流，使得W颗粒受到由压强差所引起的压力的作用。当二次流产生的引力矢量与压力矢量夹角为锐角时，W颗粒趋于形成小环状结构，限制了其重排且易于发生团聚；反之，W颗粒趋于形成大环状结构，易于均匀分布。

大视场空间遥感器由于卫星轨道、姿态机动、颤振、地球星历、几何特性和载荷相机光学设计等因素耦合影响，成像过程中焦面像场的运动和图像形变表现出非线性时变规律。像速场的分布和变化会影响动态推扫的成像控制精度和成像质量。提出了一种新的遥感器像移速度场数学建模方法，通过分析具有空间光滑曲面的体目标视运动及其动态成像问题，推导了对地观测大视场相机像速解析式。算法具准确性好和效率高的优点，适用于大视场空间遥感器在轨像速匹配的嵌入式计算机处理和仪器设计。同时研究了强非线性像速场的像速匹配和偏流角跟踪的电荷耦合器件（CCD）曝光积分控制及优化问题。