森林冠层上湍流尺度、耗散率和湍流结构参数

利用新型三维超声风速/温度仪,在中国东北长白山原始森林冠层以上观测的湍流资料,计算并分析了森林冠层上的湍涡特征长度尺度、湍流动量和热量耗散率、湍流动量和热量结构参数的特征.结果表明:湍流动量湍涡特征长度尺度与稳定度参数Z/L成正相关;湍流热量特征长度尺度与稳定度参数Z/L在不稳定层结时,成正相关,在稳定层结时近似成负相关;在不稳定和稳定层结大气中,利用湍流谱方法和利用风速垂直分量方差、温度脉动方差和Richardson数计算的湍流动量、热量耗散率和湍流动量、热量结构参数有较好的一致性;无量纲湍流结构参数C2vz2/3σ- 2w和C2Tz2/3σ-2T是Richardson数的函数;湍流热力结构参数 C2T与感热通量 w′T′具有较好的线性关系.     

北京地区局地强风暴发生的环境条件

采用１９８０～１９８８年北京地区局地强风暴和北京探空资料，研究了本地区局地强风暴发生的环境条件，有利的环境条件是：对流层低层为低压；层结不稳定和中下层位势不稳定；中低层水汽含量高和对流层深厚气层中相对湿度大．局地强风暴生成与中层干燥、高空强风和垂直风速切变无明显关系．     

森林冠层上湍流尺度、耗散率和湍流结构参数

利用新型三维超声风速／温度仪，在中国东北长白山原始森林冠层以上观测的湍流资料，计算并分析了森林冠层上的湍涡特征长度尺度、湍流动量和热量耗散率、湍流动量和热量结构参数的特征。结果表明：湍流动量湍涡特征长度尺度与稳定度参数Z／L成正相关；湍流热量特征长度尺度与稳定度参数Z／L在不稳定层结时，成正相关，在稳定层结时近似成负相关；在不稳定和稳定层结大气中，利用湍流谱方法和利用风速垂直分量方差、温度脉动方差和Richardson数计算湍流动量、热量耗散率和湍流动量、热量结构参数有较好的一致性；无量纲湍流结构参数Cv^2z^2/3σω^-2和CT^2z^2/3σT^-2是Richardson数的函数；湍流热力结构参数CT^2与感热通量——↑ω′T′具有较好的线性关系。     

WAVE-CISK斜交型扰动不稳定谱点分布的半圆定理

对WAVE-CISK斜交型不稳定扰动的谱点分布作了理论分析,得出了有别于Howard半圆定理的该谱点分布的半圆定理;还对该不稳定扰动的增长率上界作了估计,发现对流凝结加热反馈越大,风速垂直切变越大,纬度越高,扰动水平尺度越小,模式顶越高,则该估值就越大;层结稳定度的减小则不利于不稳定能量的累积,故该估值反而减小.     

不同温度层结下建筑物周围流场的数值模拟研究

采用RNG k-ε湍流模型模拟不同温度层结下立方体建筑物对流场结构的影响,应用莫宁-奥拨霍夫长度描述不同温度层结下大气的运动。结果表明,数值模拟能较好地模拟受建筑物影响时气流的位移区长度、尾流区范围、空腔区高度,稳定层结下建筑物两侧与顶部分离区域相对较小,建筑物对水平方向的影响高于垂直方向,大气稳定度对湍流动能的影响非常显著,大气处于稳定层结时湍流动能略低于中性与不稳定层结,湍流动能的变化较弱。在建筑物附近,由于建筑物扰动与热稳定性的共同影响,大气湍流动能相对较大,随着下风向距离的增加,热稳定性对湍流动能的影响逐渐显现。     

单层网壳结构非线性稳定的随机缺陷模态法研究

采用随机缺陷模态法对凯威特–联方型单层网壳进行非线性稳定分析,研究了随机缺陷空间样本数量、矢跨比等因素对网壳结构稳定极限荷载的影响,并将随机缺陷模态法计算结果与一致缺陷模态法计算结果进行了对比.结果表明:采用概率统计方法对该网壳进行稳定分析时,随机缺陷样本数量应不小于90;对于矢跨比较大的单层网壳结构,采用一致缺陷模态法计算稳定临界荷载的概率可靠度较低,需要采用随机缺陷模态法加以验证;当网壳结构的矢跨比小于1/6时,两种初始缺陷分布方法计算出的稳定承载力较为接近.     

塔克拉玛干沙漠夏季近地面层湍流特征与热量和动量输送差异及成因研究

利用2016年7月新疆塔克拉玛干沙漠气象国家野外科学观测研究站近地面层大气湍流实验观测资料,采用涡动相关、象限分析和频谱分析等方法,研究塔克拉玛干沙漠腹地强热力作用下近地面层湍流特征,对比分析热量输送与动量输送的差异,探讨输送差异的成因和物理机制。研究结果表明,近中性层结条件下,塔克拉玛干沙漠腹地近地面层湍流运动对热量和动量的输送作用类似;随着大气不稳定度增加,热量与动量的输送差异增大。在强热力条件下,湍流运动对热量的输送效率较高,但对动量的输送存在较大的随机性。输送差异形成的原因与湍流相干结构密切相关,在不稳定层结条件下,湍流相干结构以热羽为主,能够引起位温和垂直速度的同相位变化,但较难引起水平速度的相应变化。湍流运动的动力和热力响应物理机制不同,是热量与动量的输送差异及其随大气不稳定度增强而增大的主要原因。     

2008年"2.28"低纬高原强对流成因诊断与数值模拟

 利用常规观测、NCEP1°×1°再分析资料和中尺度WRF模式,对低纬高原云南2008年"2.28"强对流进行成因诊断和数值模拟研究,结果表明:此次复杂强对流在春季低温冷冻灾害和位势稳定背景下,由强垂直风切变、低层潮湿和足够水汽供应以及强抬升机制共同作用造成.过程中,强对流由强斜压不稳定释放诱发在低层湿舌附近;冰雹、雷雪上空-20 ℃温度层在450hPa层上少动, 0~-20 ℃温度梯度是冰雹大于雷雪的;降雹的饱和水汽团高度比雷雪高;垂直干位涡反映了对流层高层强位涡高值的强干冷西北气流向低层、低纬传送和中低层小位涡西南暖湿急流交汇特征.WRF模拟结果佐证了位势稳定条件下存在强垂直风切变会发生剧烈对流的事实,水平风、抬升凝结高度和最大对流有效位能等可为判断云南有无强对流及其种类提供参考依据.     

1998年夏季江淮地区强暴雨过程的湿位涡诊断分析

为了研究梅雨期江淮流域暴雨发生发展的特征,利用HUBEX资料,根据湿位涡守恒原理和倾斜涡度发展理论,分析了江淮地区2次强暴雨的发生发展的原因。结果表明：2次暴雨是在不同性质的层结状态下发生的,其湿位涡的分布有较大差异。在局地对流稳定条件下,暴雨区上空对流层中、低层Pm1＞0,Pm2＜0,并且（Pm1）的绝对值＞（Pm2）的绝对值,对流层中、低层的垂直风切变和大气的斜压性使垂直涡度显著发展,导致暴雨发生。在局地对流不稳定的条件下,暴雨区上空对流层中、低层Pm1＜0,Pm2＞0,也满足（Pm1）的绝对值＞（Pm2）的绝对值,暴雨过程是对流不稳定和斜压不稳定共同作用的结果。无论是对流稳定或不稳定的强降水过程,Pm1和Pm2均能反映出降水的触发机制和特征,对于暴雨的预报和诊断具有指导意义。     

复杂地形上大气扩散规律的比较研究

利用三次在不同地形条件下由Ｇｉｌｌ型双向风标风速仪测得的资料，对复杂地形下大气扩散规律进行了比较研究。研究表明，在此类地形条件下的大气扩散参数对地形与稳定度比较敏感，地形越复杂，大气越不稳定，则扩散参数曲线与Ｐ－Ｇ曲线相差就越大；现有的σψ稳定度分类法，受地形影响很大；复杂地形很难出现极端稳定或不稳定层结，但在特殊地形下形成的特殊气象条件会使大气产生特殊的稳定层结，而不利于扩散。     

利用反常粘滞研究吸积盘的脉动不稳定性

从磁流体动力学方程组出发,用微扰法得出含反常粘滞、反常阻抗、环向磁场和垂向磁场的吸积盘的色散方程。在弱磁场情况下,数值计算结果表明盘内区存在1种不稳定的单调模式和3种稳定的单调模式,磁场对单调不稳定性表现为非稳因素。随着磁场的增强,单调模式消失,盘内出现4种轴对称振荡模式,其中两种振荡模式是脉动稳定的,环向磁场对其表现为非稳因素,垂向磁场对其表现为致稳因素;另两种振荡模式在波数比较小时是不稳定的,随着波数的增大,这两种模式也是脉动稳定的,环向磁场和垂向磁场分别对他们表现为致稳因素和非稳因素。     

温度分层剪切流的试验和数学模型研究

作者对温度分层剪切流进行了试验研究,并建立了数学模型.本文介绍了试验情况,并对数学模型进行了检验.试验结果表明,稳定的垂向温度梯度将显著地减弱紊动强度,分层的稳定性与密度弗汝德数及上下层流速比有关,而与雷诺数无关.模拟计算结果与试验结果符合较好.由计算过程可以看出,紊动Prandtl数,特别是垂向紊动Prandtl数并非常数,其数值与流动及分层条件有关.     

冷却风量影响烧结余热竖罐回收中火用传递系数实验研究

将对流换热器和填充床中火用传递系数的概念引入到竖罐式余热回收工艺中,推导出烧结移动床层火用传递系数公式;在自制的气固传热实验装置上,测定不同工况下罐体料层内气固传热过程的相关数据,研究冷却风量对烧结床层火用传递系数的影响.研究结果表明:冷却风量不变时,平均物理火用传递系数hex,m随矿温的升高而增大;相同平均矿温条件下,当hex,m大于0时,hex,m随冷却风量的增加而增大;当hex,m小于0时,会导致竖罐出口冷风火用值减少,对强化气固换热不利.     

使用WRF-Fitch对湖区风电场风力发电机尾流效应特征的数值模拟

为解析不同稳定度情况下多种风机排布配置对尾流效应的强度、作用范围和风能利用效率的影响, 以鄱阳湖地区风电场为例, 使用中尺度数值模式WRF(Weather Research and Forecast)和Fitch尾流模型进行模拟实验。结果表明: 在不同大气层结稳定度情况下, 单个风机尾流效应的影响范围能够达到下游4~10 km处, 对下风向风速的削弱强度可达−0.2~−1.2 m/s。在风的来向上风机数量越多, 下游风速减弱越大; 正方形紧密排布风电场的尾流效应对风速的削弱效果最明显, 而空心菱形稀疏排布风电场的尾流区风速更容易恢复。由于不稳定的大气层结内热力和动力湍流交换强度更强, 更有利于尾流区内中动量的交换和下传, 因此稳定大气层结的尾流效应影响范围比不稳定大气层结更广。风机所在位置垂直剖面上的湍流动能呈现中心最强、向外耗散的特征, QKE(湍流动能的两倍)随着高度增加而先增至最大值(> 19 m²/s²), 再减至0左右, 之后趋于稳定, 最大值出现在约离地90 m的高度, 估计尾流效应的垂直影响范围可达约离地1.1 km的高度。     

Nonlinear interactions between gravity waves and background winds

Using the nonlinear propagating gravity waves (GW) model in the two-dimensional compressible atmosphere and the linear GW theory, the process of GW propagation in different background winds, e.g. the direction of the background wind is opposite to (dead wind) or the same as (tail wind) the direction of the horizontal phase velocity of GW, is studied. The results show that the dead wind prolongs the vertical wavelength and accelerates GW propagation. Therefore, GW propagates up to a higher height becomes instable in a short time and eventually induces an inverse jet flow. Then, the vertical wavelength is becoming short due to the nonlinear interactions between GW and the inverse jet flow. The vertical wavelength and group velocity decrease after GW propagates into the tail wind. The initial instable time is delayed. Although most of GW is trapped in the instable region, some of GW propagates above the instable region. Compared with GW propagation in the tail wind, the nonlinear interactions between GW and the dead wind are also strong. In contrast, the linear GW theory predicts that GW can propagate freely in the dead wind. The vertical wavelength simulated by the nonlinear numerical model is different from that predicted by the linear theory greatly after GW propagates into the dead wind.     

Nonlinear interactions between gravity waves and background winds

Using the nonlinear propagating gravity waves (GW) model in the two-dimensional compressible atmosphere and the linear GW theory, the process of GW propagation in different background winds, e.g. the direction of the background wind is opposite to (dead wind) or the same as (tail wind) the direction of the horizontal phase velocity of GW, is studied. The results show that the dead wind prolongs the vertical wavelength and accelerates GW propagation. Therefore, GW propagates up to a higher height becomes instable in a short time and eventually induces an inverse jet flow. Then, the vertical wavelength is becoming short due to the nonlinear interactions between GW and the inverse jet flow. The vertical wavelength and group velocity decrease after GW propagates into the tail wind. The initial instable time is delayed. Although most of GW is trapped in the instable region, some of GW propagates above the instable region. Compared with GW propagation in the tail wind, the nonlinear interactions between GW and the dead wind are also strong. In contrast, the linear GW theory predicts that GW can propagate freely in the dead wind. The vertical wavelength simulated by the nonlinear numerical model is different from that predicted by the linear theory greatly after GW propagates into the dead wind.     

时标上具有扰动的中立型动力方程的稳定性

考虑时标上一类含有扰动项的非自治中立型动力方程的3/2-稳定性问题。运用时标的微积分基本理论和Gronwall等重要不等式,得到了零解一致稳定和渐近稳定的充分条件,推广并改进了现有文献中的结论。     

二维井间电磁场的非线性反演方法

采用高精度的非线性反演方法,对轴对称二维井间模型的电导率分布进行了成像。该成像方法既考虑到雅可比矩阵的线性项,也考虑了其偏微分项,因而反演精度高且稳定性强。采用矩阵求逆技术计算了纵向成层背景地层Green函数的系数,可以很方便地得到Green函数对空间坐标的积分,从而使雅可比矩阵的计算更方便、准确。反演实例表明,井间电磁成像技术更适宜于对相对高电导率异常区域进行成像。由于井间电磁成像技术对异常区块的垂向探测范围大于径向探测范围,测量数据中包含的垂向信息多于径向信息,因而垂向分辨率高于径向分辨率。     

斜拉桥气弹模型拉索振动数字摄影测量技术

利用数字摄影测量的方法,在斜拉桥全桥气弹模型风洞试验中对拉索结构实现振动位移的动态测量.介绍了该方法的基本原理,并通过某斜拉桥进行了实测研究,获得了该桥气动失稳状态时的拉索振动形态,为桥梁颤振发散机理的研究提供了直接依据.讨论了拉索位移测量方法的误差,并提出改进测量精度的对策.     

Tests and Numerical Simulation of Aerodynamic Characteristics of Airfoils for General Aviation Applications

This paper was to validate the effects of airfoil thickness ratio on the characteristics of a family of airfoils. Research was carried out in different ways. First, tests were conducted in the wind tunnel. And numerical simulation was performed on the basis of tests. Results from calculation were consistent with tests, indicating that numerical method could help evaluate characteristics of airfoils. Then the results were confirmed by compared with empirical data. The study also showed that the determining factor of lift is not only the thickness ratio, but the angle of attack, the relative camber and the camber line. The thickness ratio appears to have little effect on lift coefficient at zero angle of attack, since the angle of zero lift is largely determined by the airfoil camber. According to the research, numerical simulation can be used to determine the aerodynamic characteristics of airfoils in different environment such as in the dusty or humid air.