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《南京信息工程大学》 2011年
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云水含量测试风洞与传感器设计研究

汤小伟  
【摘要】:云水含量在空中的分布和云的降水潜力与天气过程有密切的关系,测量云水含量对提高我国天气预报和灾害预警能力有重要意义。云水含量传感器可用于检验气象雷达和卫星测量云水含量的准确性,有利于提高气象雷达和卫星测量云水含量的能力。但国内缺乏传感器本身的数值模型,而云水含量测试风洞的研制则提供了一个实验平台,对于给云水含量传感器提供准确的气象环境,对云水含量传感器研制的标定具有重要的意义。 首先概述了常见的云水含量测量方法,分别说明了现有光学测量方法(PMS粒子测量系统),微波测量方法(微波辐射计),热线测量方法(热线仪)测量的原理、应用发展、相关的检定技术和存在的问题。并基于热线测量方法对云水含量测试风洞提出了相关要求。 其次是云水含量测试风洞系统用于云液水含量传感器的整体设计研究,对系统的初步构想到整体设定以及最后的要求进行了说明,并提出循环系统和开放系统各自的测试方法及优越性。 为了适应风洞的模拟测试、提高抗风干扰的能力、以及减小较大水滴的冷却效应,设计了两种新型的热线含水量仪。基于稳态温度场的基本理论,按求解导热微分方程的第二类、第三类边界条件加载,应用ANSYS有限元软件对新型的热线含水量仪在云液态水的撞击蒸发下以及风的对流作用下的温度分布仿真计算,通过对两种新型热线含水量仪的数值分析,得出了新型热线含水量仪测量结果受风的干扰误差更小,测量精度得到了提高,以及减小了较大水滴对仪器造成的冷却效应,且验证了计算方法和热线式含水量仪温度分布的界定的合理性,可应用于以后的开发研究。 最后,对基于MEMS微云水含量传感器模型进行了有限元分析,分析表明,微云水含量传感器响应速度快,功耗小,可由无人机搭载,在天气条件允许的情况下进行人工影响天气实验。该传感器与无人机的组合可大幅度降低高端人工影响天气装备的系统成本。
【学位授予单位】:南京信息工程大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:TP212;P412

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