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。

研究了飞秒激光诱导化学发光测速技术，在氮气中加入少量甲烷，利用飞秒激光诱导其产生化学反应，并生成信号强度强，发光持续时间长的氰基荧光信号，进而实现高信噪比、高精度、宽范围的速度测量。实验发现，改变甲烷的浓度可以改变氰基荧光信号的强度和持续时间，浓度越低荧光信号持续时间越长。在甲烷浓度为500 ppm的实验条件下，可以得到测速下限为0.23 m/s。进一步降低甲烷浓度可以获得更低的测速下限。此外，实验评估了激光能量和延迟时间对测速精度的影响。本工作极大拓展了飞秒激光分子标记测速的应用范围，在航空航天领域具有很大的应用潜力。

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。

基于空气折射率梯度测量的原理,采用投影式背景纹影技术,设计了非接触式火焰温度场测量仪。测量仪以半导体激光器作为光源,采用CCD快速成像,结合粒子图像速度场仪技术,获取了图像上粒子的偏移量以量化偏折角。采用Radon变化求得折射率梯度,利用空气折射率对温度的非线性曲线拟合方程直接得出流场各区域的温度场,采用反投影重建技术对火焰的不均匀温度流场进行了三维重构,实现了火焰温度场的可视化测量。

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。

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。

太阳高分辨率速度场观测系统可用于探测日震的活动信息，对太阳内部结构的研究具有重要意义。探讨了双峰钾原子滤光器在太阳光球层速度场观测中的应用方法，即利用法拉第反常色散原子滤光器(FADOF)的高光谱分辨率和光谱稳定性等优点，采用双峰钾原子滤光器分辨来自太阳光球层钾线(769.898 nm)光谱的多普勒频移，并提出用F-P标准具对透过原子滤光器的双峰信号进行光学选支，从而获得太阳光球层多普勒速度场图像。研制出双透射峰钾原子滤光器原理样机，经测试其谱型与理论谱型符合良好，满足太阳速度场高分辨率观测的需要。将此技术方案扩展到太阳的其他谱线，可实现对太阳大气多层次速度场的同时观测。

法拉第反常色散原子滤光器作为一种精密光谱仪器，具有光谱分辨力高、光谱稳定性好等优点。探讨了利用双透射峰钠原子滤光器进行高分辨力太阳多普勒观测的方法，在此基础之上开发了原子滤光器透射谱型理论模拟软件，研制出双透射峰钠原子滤光器样机并对其进行了透射谱型测试。测试结果表明，理论模拟的透射谱型与实验测试结果符合良好，在双峰间距、透射带宽等参数方面基本满足太阳多普勒观测的要求，为太阳观测提供另一种有效手段。