寒区水库冰盖厚度增长数值模拟研究

为了研究寒区水库冰盖厚度的增长情况,分析了前人对寒区水库冰盖热力模式及冰厚增长数值模拟研究的方法,对-维热传导方程和-维单相Steften问题所采用的数值解法进行了改进.采用隐式的Crank-Nicolson格式进行离散,精度提升到二阶精度,且具有无条件稳定性.并根据黑龙江省大庆红旗泡水库冰盖的温度、厚度等观测数据,进...     

黑龙江红旗泡水库冰生长过程现场观测数据的剖析

为了认识水库冰生长过程和冰对水库护坡的影响,于2008年12月中旬至2009年4月中旬在黑龙江红旗泡水库进行了冰面基本气象要素及冰内和水内温度测量、冰生长过程测量以及冰物理性质的观测,获得了水库淡水冰表面总辐射、反射、气温以及冰内晶体、气泡、密度、温度和冰厚度、水温等系列数据,并综合分析了每10 m in自动记录的气象水文要素和冰生长数据。分析结果表明：近冰面冰温同冰面总辐射呈现相同的变化趋势,但每日近表面冰温与气温比值峰值发生时间比辐射峰值发生时间滞后1.4 h;积雪影响冰厚度在水库内的一致性,但总体满足热力学生长规律;冰下水温在冰融化期间快速升高。     

有雪覆盖的淡水冰厚度增长与负积温关系的探究

讨论积雪对淡水冰厚度增长的影响.以国外经典的经验公式斯蒂芬模型和朱波夫模型为基础,根据黑龙江省红旗泡水库2009年现场冰情观测资料,结合水库附近安达气象站的气象资料,在原有两种模型的基础上,考虑用舍积雪厚度的函数代替其原有的系数.通过分析改进后经验公式与原经验公式在实际模拟中的误差,确定红旗泡水库地区较为精确的有雪覆盖...     

冬季引水明渠冰盖生长的数值模拟

冬季寒区引水明渠的结冰问题会影响河道的运行和管理,文章利用热力和水力耦合的数学模型对不同条件下二维渠道内的冰盖生长进行数值模拟,通过改变水流速度、气温、水深以及风速的大小分析形成的冰盖厚度;根据数值模拟结果,得出了寒区引水明渠冰盖厚度的增长规律与冰盖形成后水流速度场和温度场的分布规律,以及不同因素对渠道结冰的影响程度.     

黑龙江地区水库雪/冰表面温度特征分析

根据雪/冰表面热平衡方程以及黑龙江大庆红旗泡水库2009年冬季现场观测数据和在中国气象数据共享网上下载的安达气象站有关气象数据,模拟计算出红旗泡水库2009年冬季的雪/冰表面温度,发现雪/冰表面温度、气温和净辐射之间存在明显的周期性变化,分析研究了雪/冰表面温度的特征及规律,在此基础上得到雪/冰表面温度最低和最高设计值.统计现场观测气温得到谷值气温一般出现在凌晨,且大多集中在7:00~8:00之间,是以往选取凌晨6:00气温作为最低设计冰温的一个佐证.     

冰与混凝土坝坡间的冻结强度模拟试验

根据实际水库观测冰盖与护坡的冻结情况，在实验室内进行模拟水库冰盖与护坡局部断面的冻结试验．采用冰与混凝土板间的冻结，进行一次冻结、多次冻结、冰晶冻结、雪冰冻结等模式．分析出冰压力与冻结力的关系；在不同温度下测得各种冻结情况中的冻结强度，给出冻结强度随着温度变化的规律和数值．其结果为寒区平原水库坝坡抵抗冰推力破坏提供了设计参数．     

影响寒区水库雪/冰表面温度的因素及其敏感性分析

基于雪/冰表面热平衡方程,得到影响雪/冰表面温度的主要因素有冰上气温、风速、净辐射、冰厚、湿度、云量及气压.考虑某一因素对雪/冰表面温度的影响,则改变这一因素,保持其它因素相对固定,从而分析该因素对雪/冰表面温度影响的敏感性.采用2009-2010年冬季黑龙江红旗泡水库现场观测所得的不同时刻冰上气温、风速、太阳辐射、冰厚等实测数据以及在中国气象网上下载得到的安达气象站的有关云量、湿度与海平面气压等数据进行统计分析,确定主要影响因素的特征.在此基础上对某一因素在实测范围内变化取值,利用雪/冰表面热平衡方程,模拟计算出对应的水库雪/冰表面温度.经敏感性分析得到了红旗泡水库上述七个影响因素与雪/冰表面温度的关系式.该结果可为气象因素对水库淡水冰的形成及数值模拟研究提供参考依据.     

寒区沥青路面的合理设计温度

针对目前寒区沥青路面设计温度的不合理性以及美国公路战略研究计划(SHRP)规定的局限性,结合辽宁省各地区的路面实测温度及其历年的气象资料,综合考虑了影响路面温度的内部主要因素(导热系数、热传递方式)和外部主要因素(气温、太阳总辐射、风速),对寒区沥青路面设计温度进行数值仿真,用数理统计方法研究气温和路面温度的回归关系,给出了沥青路面的高温设计温度和低温设计温度的计算公式。经验证,沥青路面的高温设计温度和低温设计温度计算公式符合统计规律,准确合理。     

某酒店中庭冬季空调气流组织数值模拟与实测研究

通过数值模拟与现场实测的方法对某酒店中庭高大空间冬季空调气流组织进行了研究,得到其温度和速度分布.通过实测和模拟的对比,验证了数值模拟的可靠性,为类似高大空间冬季空调设计提供建议.     

河流冰盖热力增长的数值模拟

文章基于多相流理论,建立了河流的热力与水力条件耦合的二维河道模型.模型把河流当作大气-冰体-水体的一个耦合系统,考虑了系统中界面的热量交换,并考虑了冰花在冰盖下堆积对冰盖热量交换的影响.在不同的入口冰花浓度、冰盖上表面温度、入口水流速度的工况下,对冰盖的增长进行了模拟分析,获得了冰盖厚度的增长特征与冰盖形成后水体速度场和温度场的分布特征.模拟结果表明:入口冰花浓度越大、冰盖上表面温度越低、入口流速越小,则形成的冰盖厚度越大;断面上的流速越大,水温越低.     

基于实测冰芯数据的南极海冰厚度的数值模拟

根据我国第22次南极科学考察现场观测数据以及现场采集的冰芯分析数据,考虑太阳辐射、云量等因素对南极海冰厚度变化的影响,利用最小二乘法辨识气温与冰表面温度之间的关系,并以辨识结果所得到的冰表面温度作为上边界条件,依据实测情况取结冰点-1．81℃作为下边界条件,对一维热传导方程采用Crank-Nicolson格式进行离散,对南极中山站内拉湾附近海域海冰厚度变化进行了数值模拟,并与现场观测的海冰厚度数据进行了对比。     

寒区隧道围岩水热耦合数值分析

寒区隧道土体中的水分迁移和相变是冻害问题的主要诱因.基于混合物理论,建立考虑水分迁移和水冰相变的联合求解微分方程对水热耦合问题进行求解,并使用 COMSOL Multi-physics 软件进行模块开发,实现渗流-温度耦合数值模拟,进而将模拟结果与土柱冻结实验的结果进行对比,证明水热耦合模型是正确的.最后以西藏自治区米林隧道为例,对温度场、水分场模拟分析并对是否考虑水分迁移的温度场进行对比.结果表明:随着时间的增加,隧道顶部边界气温由-0.82℃降低到-9℃,隧道内部边界温度由-0.74℃ 降低到-11.11℃,并在3月份隧道温度回升;含冰量峰值出现在1月份,在3月份含冰量开始下降.同时,未考虑水分迁移的温度场中热传导速度较快,证明相变潜热对隧道中温度场的分布影响远大于液态水靠重力迁移造成的热对流传热.研究成果直观反映富水寒区隧道的冻害发生过程,具有一定的参考价值.     

A modeling study of relation between cloud amount and SST over western tropical pacific cloudy regions during TOGA COARE

The relationship between cloud amount and sea surface temperature (SST) over western tropical Pacific cloudy regions during TOGA COARE is investigated based on hourly grid simulation data from a two-dimensional coupled ocean-cloud resolving atmosphere model. The model is forced by the large-scale vertical velocity and zonal wind observed and derived from TOGA COARE for a 50-day period. The cloud amount becomes smaller when the ocean surface gets warmer, which is similar to previous relations obtained from observational analyses. As SST increases, the atmospheric temperature increases whereas the surface sensible heat flux decreases. The atmospheric water vapor is not sensitive to SST whereas the surface evaporation flux decreases as SST increases. These indicate that the oceanic effects do not play an important role in determining atmospheric heat and water vapor budgets. The cold atmosphere produces a larger amount of ice clouds that cover a larger area than the warm atmosphere does. The large amounts of ice clouds lead to cooling of the ocean surface through reflecting large amount of solar radiation back to the space. Thus, the negative correlation between the cloud amount and SST only accounts for the important atmospheric effects on the ocean.     

Meteorological conditions of ice accretion based on real-time observation of high voltage transmission line

Meteorological conditions during ice accretion on the 500 kV high voltage transmission lines and test cables are presented, together with a calculation of liquid water content (LWC). The data include meteorological observations and real-time ice accretion on the transmission lines of the central China power grid, from 2008 to 2009 in Hubei Province. Also included are observations of ice thickness, microphysics of fog droplets, and other relevant data from a nearby automated weather station at Enshi radar station, from January to March 2009. Results show that temperature at Zhangen tower #307 was correlated with the temperature at Enshi radar station. The temperature on the surface of the high voltage transmission line was 2-4°C higher than ambient air temperature, although the temperatures were positively correlated. Ice formation temperature was about -2°C and ice shedding temperature was about -2 to -1°C on the high voltage transmission line, both of which were lower than the temperature threshold values on the test cable. Ice thickness was significantly affected by temperature variation when the ice was thin. The calculated LWC was correlated with observed LWC, although the calculated value was greater.     

寒区隧道围岩水热力耦合数值分析

利用“三区域”理论,建立考虑水分迁移和水冰相变的寒区隧道水热耦合问题的联合求解微分方程,然后采用 COMSOL Multi-physics 软件实现温度场和水分场耦合数值模拟,进而将数值模拟结果与土柱冻结试验的结果进行对比,验证水热耦合数值模拟模型的有效性.根据冻胀理论,着重对寒区隧道的应力场控制方程进行推导,利用孔隙冰与冻胀率之间的关系建立寒区隧道水热力三场耦合计算模型.最后以牡丹江到绥芬河区间的牡绥隧道为例,对温度场、水分场以及应力场进行了模拟分析.结果表明:外界温度的变化对开挖后的隧道会有很大影响.随着时间的增加,隧道洞口冻结圈厚度逐渐增加,在1月份达到最大冻深2m左右.