| 物体的浮力与升力的测量与误差消除方法研究 |
| 英文题名 | A Study on the Method for Measuring Buoyancy Force and Lift Force Acting on an Object and Eliminating Errors
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| 隋相坤
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| 导师 | 何国威
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| 2015
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| 学位授予单位 | 中国科学院研究生院
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| 学位授予地点 | 北京
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| 学位类别 | 博士
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| 学位专业 | 流体力学
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| 摘要 | 对小尺度疏水物体浮力的计算和对非定常流动中物体瞬时升力的测量，都是目前科学研究和工程应用中的前沿课题。本文研究了边界对小尺度疏水物体浮力的影响和利用实验测量的非定常速度场计算瞬时升力的误差消除方法。前者有助于微型水上行走机器人的设计，后者有助于实验测量中正确计算扑翼飞行器的瞬时升力。 在研究边界对小尺度疏水物体浮力的影响时，本文以漂浮在两个竖直亲水壁面之间的疏水圆柱作为模型，通过求解Young-Laplace方程，研究了当圆柱与壁面之间的距离改变时，其浮力随着浸没深度的变化曲线所发生的改变，发现当圆柱与壁面之间的距离小于毛细长度时，圆柱的最大浮力远超过使用无边界假设计算的最大浮力，因此提出用毛细长度来衡量流体边界对小尺度物体浮力的影响。 在研究非定常流动中物体瞬时升力的计算问题时，本文发展了Noca的通量方程替代Kutta-Joukowski理论，并以圆柱绕流的直接数值模拟为例，定量地讨论了速度场的误差对该方程计算结果的影响。为了消除通量方程计算的瞬时升力中的误差，本文以圆柱绕流的TRPIV实验为例，提出在瞬时速度场中取多个控制体分别计算升力，计算它们的平均值，以减少低频误差，然后对其时间序列做低通滤波，以消除高频误差。该方法有效提高了升力计算的精度。 在此基础上，本文开展了平板自由下落的实验，使用TRPIV测量的平板周围的速度场，检验并发展了以Noca的通量方程为基础的计算瞬时升力的方法。该方法在使用Noca通量方程计算所取控制体外边界上积分的同时，通过直接从粒子图像上提取平板的瞬时质心位置，计算出平板由于非定常运动引起的附加质量力项。针对平板瞬时升力的计算结果，本文提出了适用于该实验数据的误差消除方法，并将处理结果与理论结果进行比较，证明了该方法的有效性。 |
| 索取号 | 31241
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| 语种 | 中文
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| 文献类型 | 学位论文
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| 条目标识符 | http://dspace.imech.ac.cn/handle/311007/55078
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| 专题 | 非线性力学国家重点实验室
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推荐引用方式
GB/T 7714 |
隋相坤. 物体的浮力与升力的测量与误差消除方法研究[D]. 北京. 中国科学院研究生院,2015.
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