考虑重力及离心力的溢流坝反弧段紊流边界层动量积分方程

分析了溢流坝反弧段水流的运动特征及影响边界层发展的主要因素,认为溢流反弧水流边界层与绕流边界层是不同的。在边界层外水流为有势流动的假设条件下,考虑重力、离心力作用及自由水面存在的影响,提出了溢流坝反弧段紊流边界层动量积分方程式,可用于分析计算溢流坝反弧段边界层的发展厚度。     

博斯腾湖流域戈壁地区大气边界层高度特征研究

位于新疆博斯腾湖流域戈壁地区的大气边界层过程受湖泊和戈壁的共同作用, 大气边界层结构具有特殊性。利用2013 年5 月21 日至8 月28 日在博斯腾湖流域戈壁地区获得的大气边界层探测试验资料, 分析该地区大气边界层结构特征。结果显示, 博斯腾湖流域戈壁地区大气边界层最突出的特征是在夏季典型晴天时对流边界层异常深厚, 在所统计的100 天探空资料中, 有45 天大气边界层高度达3000 m 以上, 最高可达4400 m。同时, 探讨深厚对流边界层的形成机制, 认为博斯腾湖流域戈壁地区特殊的大气热力环境以及湖风切变等因素是形成深厚对流边界层的重要原因。     

青藏高原中部地区不稳定大气边界层高度的确定与分析

利用1998年第2次青藏高原大气科学实验（Tibet Plateau Experiment, TIPEX）当雄大气边界层加强观测站的湍流观测资料,计算了青藏高原中部地区不稳定大气边界层的高度;结合低空探空获取的温度随高度的探测资料,对比分析了高原边界层演变规律,以及实验站干季、雨季不同时期的高原边界层发展规律异同;讨论了高原边界层厚度受高原地形的影响。得到高原边界层演变规律及高原边界层发展迅速,持续时间长等特点。     

高速轿车二维风沙流边界层方程的解

对于高速轿车风沙流边界层动量积分,在确定的边界条件的控制下,采用四次多项式结构来近似边界层内的速度分布,获得含有固相对边界层扰动因素的形状因子。通过对动量积分的相关变换和对因子函数的讨论及其对曲线的分析,在引用了边界层厚度系数的条件下,得到风沙流边界层方程的解的表达式并给出其边界层计算的有限次逼近算法。通过对边界层方程的解的分析,确定了解的存在性和唯一性。     

平板表面边界层流态结构的数值模拟

采用γ-Reθt转捩模型对平板表面边界层进行了数值模拟,研究了边界层在法向和流向上的发展变化以及壁面粗糙度、来流风速、湍流度、压力梯度等因素对边界层发展的影响.研究结果表明:在转捩区间内壁面摩擦系数以及离壁面一定高度处的总压会发生突变,边界层厚度沿流向不断增厚但其增长率不断下降;层流边界层中黏应力占主导,湍流边界层中应...     

海南岛地区大气边界层高度的时空变化特征

利用WRF模式模拟分析海南岛及其邻近海区的大气边界层高度时空变化特征。结果表明, 海南岛春夏季北部开阔地区平均边界层较高, 约500~600 m; 秋冬季海岛的西北?东?东南沿岸的半环绕地带平均边界层较高, 约500~700 m; 岛内中南部山区平均边界层高度较低且季节变化不大, 数值约200~500 m。各季盛行风向及海风发展因素与平均边界层的空间分布之间有良好的对应关系。海岛周边海区秋冬季平均边界层高度约500~800 m, 春夏季约100~500 m, 呈秋冬季高、春夏季低的季节变化特征。岛内边界层高度最大值出现在春夏季, 可达1800 m以上; 沿岸地区边界层高度最大值出现在秋冬季, 约1300~1500 m。海南岛岛内区域具有典型的陆面大气边界层日变化规律; 沿海地带受盛行风向的影响, 向岸流和离岸流时边界层日变化分别表现为海洋性和陆地性的特点。     

圆柱型粗糙元诱导的超声速边界层转捩实验研究

采用纳米粒子示踪的平面激光散射(NPLS)技术研究了马赫数为3.0条件下,不同高度和不同数量的圆柱型粗糙元诱导的边界层转捩过程.获得了超声速流动中圆柱型粗糙元诱导的边界层的流向和展向精细流场结构.观察到了粗糙元尾迹边界层的发展过程,再附后的边界层将在一定范围内保持稳定.同时,在边界层发展过程中观测到了清晰的发卡涡结构.利用分形理论对边界层NPLS图像进行定量分析,获得了几种情况下边界层转捩的位置.研究结果表明,多个粗糙元间的相互作用能够抑制边界层的转捩以及尾迹中发卡涡的演化.然而,当两侧粗糙元高于中间的粗糙元时,粗糙元间的相互影响对于尾迹边界层发展的抑制作用反而不明显.     

兰州冬季城乡边界层高度的比较分析

边界层高度在大尺度模式中的参数化问题、污染物扩散问题和大气边界层的研究中都是一个重要的参数。由于影响边界层高度的因子很多,目前对复杂地形上边界层高度变化规律还缺乏深入的了解,本文试图根据边界层高度的不同定义,利用实测资料对复杂地形上的边界层高度进行计算分析和讨论,以了解不同计算模式的适用程度以及城乡地区边界层高度变化的差层。     

海南岛地区大气边界层高度的时空变化特征

利用WRF模式模拟分析海南岛及其邻近海区的大气边界层高度时空变化特征。结果表明,海南岛春夏季北部开阔地区平均边界层较高,约500~600 m;秋冬季海岛的西北–东–东南沿岸的半环绕地带平均边界层较高,约500~700 m;岛内中南部山区平均边界层高度较低且季节变化不大,数值约200~500 m。各季盛行风向及海风发展因素与平均边界层的空间分布之间有良好的对应关系。海岛周边海区秋冬季平均边界层高度约500~800 m,春夏季约100~500 m,呈秋冬季高、春夏季低的季节变化特征。岛内边界层高度最大值出现在春夏季,可达1800 m以上;沿岸地区边界层高度最大值出现在秋冬季,约1300~1500 m。海南岛岛内区域具有典型的陆面大气边界层日变化规律;沿海地带受盛行风向的影响,向岸流和离岸流时边界层日变化分别表现为海洋性和陆地性的特点。     

柴油机缸内壁面热边界层的形成及分析

在用贯穿式光纤传感器测量柴油机缸内壁面法向不同位置火焰温度的基础上,研究了缸内燃烧火焰对壁面热边界层的影响,同时研究了运转和结构参数对壁面热边界层的影响.结果表明缸内壁面有热边界层形成,并在压缩行程至排气门开启这段时间形成稳定的热边界层,热边界层厚度大约为2.0～3.0mm;在有燃烧火焰时,热边界层中的气体扰动增加,壁面热边界层减薄,这种情况主要存在于压缩上止点附近到上止点后40°范围内;当负荷、转速、压缩比增大时,壁面热边界层减薄;冷却水温度对壁面热边界层基本没有影响.     

高速轿车二维风沙流边界层数学模型

基于普朗特的边界层思想,以不可简化成稀相的风沙流体为研究对象,以风沙流的一般方程为基础,在基本假设的条件下,建立了高速轿车车身顶部过流表面的边界层微分方程并给出沙流在近壁表面以滑移为特征的边界条件。又考虑到固体颗粒对边界层的扰动作用,引入了扰动因子。通过对边界层厚度的积分并利用相关条件,得到了边界层动量积分方程。     

竖壁对流换热系数计算模型的探讨

根据流体边界层理论,研究了高普朗特数常物性不可压缩流体在重力作用下,沿竖直壁面无初速度加速流动过程中速度边界层和热边界层的形成规律,给出了速度边界层和热边界层的厚度函数·据此,研究了该模型下对流换热系数的计算方法,推导出计算公式·在短距离流动中,该模型的速度边界层和热边界层较流体外掠水平板模型厚,换热较弱,因此对流系数较小·工程实际中的许多换热问题都可以简化成流体在重力作用下沿竖直平板流动模型·把该模型下得到的对流系数公式应用于飞机附件机匣的传热计算中,得到了比较精确的结果·     

海-气交界面的湍流边界层

海洋与大气的相互作用是在海-气交界面的湍流边界层(大气边界层和海洋边界层)内进行的,因此探讨海-气交界面湍流边界层的物理机制是很重要的。本文采用一个简单的模式进行数值计算,讨论大气和海洋湍流边界层的切向应力和湍流系数的垂直结构,并将理论结果和实测资料作了比较。     

地表非均匀加热条件下边界层湍流特征的实验研究

在下垫面非均匀加热条件下进行对流边界层的水槽模拟实验,并与下垫面均匀加热条件下的情形对比,研究地表热力非均匀性对边界层湍流特征的影响．结果表明,地表的非均匀加热使得混合层湍流的组织性得到加强,湍流涡旋结构的空间分布比较稳定,湍流强度也有明显的增强．进一步分析表明,对流边界层的发展受到下垫面热力非均匀尺度的影响,在对流边界层的发展过程中,当边界层高度为下垫面非均匀尺度的1．3～1．4倍时,夹卷速度（即边界层高度的抬升速度）最小．     

对流边界层高度预报方案的改进

基于对流边界层“一阶模型”,并考虑机械湍流和夹卷过程对对流边界层发展的贡献,提出了对流边界层顶部夹卷速度参数化的改进方案.理论分析表明,在对流边界层受热力湍流和机械湍流共同驱动的情况下,夹卷速度的参数化方案中应该包括机械湍流、热力湍流、夹卷过程和边界层顶上自由大气的逆温强度.用1979年7月美国CIRCE试验的边界层观测资料对改进后的参数化方案进行了对比验证,结果表明新方案能很好地预报对流边界层高度的演变过程.这一改进不仅使物理意义更加合理,也使夹卷速度参数化方案与实际大气状况符合得更好.     

城市建筑物对城市边界层三维结构影响的数值模拟

设计了一个考虑城市建筑物动力作用和人为热量影响的城市边界层参数化方案(UBP),并将之耦合到新一代中尺度模式WRF中。利用WRF/UBP模式对北京地区夏季晴空下边界层结构进行了数值模拟分析,并与不考虑建筑物及人为热源影响的MYJ方案的模拟结果进行对比。结果表明, UBP方案模拟的边界层结构反映了城市下垫面作用下的边界层结构特征,近地面层风场和温度场的模拟与自动气象站的观测结果更为接近。人为热源使得城市热岛效应增强,诊断分析显示由于夜间为稳定边界层,而白天边界层发展,湍流输送加强,热岛效应的日变化与人为热源的日变化有明显的反相关。另外,对湍流动能和边界层高度也进行了对比分析,发现城市建筑物使得湍流动能增加,夜间边界层高度有明显升高。研究表明,考虑了建筑物影响的UBP方案大大改善了模式对于城市近地面要素的模拟能力,对城市边界层的描述更为合理。     

泄水建筑物紊流边界层的探讨

泄水建筑物的紊流边界层与一般水力学或流体力学书中所讲的绕流边界层是不同的。而泄水建筑物的许多水力学问题都与紊流边界层的发展有关。本文总结了我们过去对溢流坝面紊流边界层及泄水建筑物反弧段紊流边界层的试验研究,并通过一定的理论分析导出了光滑溢流面及粗糙溢流面紊流边界层厚度的计算关系式。本文对国内外现有计算溢流坝面紊流边界层厚度的经验公式进行了分析对比,提出了较为实际的确定溢流坝面紊流边界层厚度的实用经验公式: δ/χ=0.0506(χ/△)~(-0.186) 本文对泄水建筑物反弧段边界层厚度变化规律,首次采用了“相对边界层厚度(δ/δo)”及“相对反弧长度(S/Rθ)”进行分析,能够将离散的数据集中,显示出明显的规律性。本文还提出反弧中点似为边界层厚度从增厚到减薄的“突变点”。在突变点以前紊流边界层厚度沿程变化的关系式为: δ/δo=e~(0.743)s/Rθ; 在突变点以后,紊流边界层厚度沿程变化的关系式为: δ/δo=0.53(S/Rθ)~(-1.45)     

粗糙度对溢流反弧水力特性及紊流边界层的影响

本文对溢流反弧(R=100cm)不同粗糙度模型水力特性进行了系统的试验观测,探讨了壁面粗糙度对反弧水流流速分布、压强分布及边界层发展的影响。综合分析了流速分布及边界层发展的影响因素,得出了反弧水流边界层外部势流流速不受粗糙度影响的结论,并给出了边界层内流速指数n随粗糙度变化的关系式及反映壁面粗糙度影响的边界层厚度计算式。试验发现粗糙度对离心力压强影响甚微。     

斜激波与边界层的相互作用

本文在[二]中给出斜激波与边界层间之相互作用的外部解,在这个外部解,是由三个因素产生的,即(1)边界层不存在时,直线驻激波的压强变化,(2)凹壁边界层为一线性微扰而产生的压强变化,(3)凹曲壁边界层对激波波形的影响。     

热边界层相似性解条件及其相似性解方程

边界层是相似的,其含义就是对不同断面的速度或焓分布,都可以通过调整坐标的尺度因子,使它们重合在一起。一般说来,寻求相似性变量以及把相应的边界层偏微分方程转化为常微分方程的方法均不是唯一的。本文拟对层流流动边界层和热边界层叙述一种通用性较好又比较简洁的方法。