斜拉索表面水膜形态及斜拉索气动力变化规律

斜拉索表面水线的形成与振荡是斜拉索发生风雨激振的重要原因之一.为研究水线运动与风雨激振现象间的内在联系,本文将滑移理论与计算流体力学相结合,考虑斜拉索表面水膜形态对风压力系数和风摩擦力系数的影响,建立了一个模拟风雨条件下斜拉索表面水膜形态变化的理论模型;在此模型基础上推导出风雨作用下斜拉索气动力计算公式,通过数值模拟得到不同风速下的斜拉索表面水膜形态及气动力变化规律,分析二者间的内在联系.与已有的试验结果对比发现:当斜拉索发生风雨激振现象时,水线形态变化与气动力变化频率相同,且接近拉索的自振频率,说明风雨激振现象的产生原因是水线形态的周期性变化引起拉索的共振.     

中小尺度过山气流的动力问题研究

中小尺度地形的强迫抬升和屏障作用对大气运动有显著影响.概述性地回顾了在不同大气条件下气流经过各种中小尺度理想地形所产生的垂直传播的过山波和水平传播的背风波等现象的线性和非线性理论研究进展.分类归纳了中小尺度过山气流的各种数值实验和外场观测实验,总结了包括气流分离、重力波破碎、水跃、强下坡风、转子等在内的非线性现象及其可能联系.回顾线性理论、外场观测及数值模拟的研究表明,线性理论能刻画中小尺度过山气流的部分特征,高时空分辨率的数值模式能模拟各种非线性现象.文中指出,在理论分析中要进一步加强理想大气条件和实际天气系统特征的结合,定量地研究气流过山时地形的动力作用;在探究过山气流各种非线性现象成因和演变规律的同时,应该更多地研究这些动力现象在实际暴雨中的作用,从而改进暴雨预报.同时,在大气环流模式次网格地形波参数化方案中考虑非线性山脉波动阻力将会有更好的模拟效果.     

大型抛掷爆破中的重力影响

通过对抛掷爆破中漏斗坑形成的机理进行分析,确定了重力和岩土介质粘结力在抛掷爆破过程中的作用。基于对抛掷爆破相似理论量纲关系式的分析,提出了重力为决定性作用情况下的抛掷爆破量纲关系式,并进行了模拟试验。比较了模拟试验、原型大型TNT试验和核抛掷爆破试验的结果,表明了重力作用在大型爆破时,特别是在软弱岩层、漏斗坑形成过程中的决定性作用,并在此基础上介绍了基于几何相似原则下Боресков公式的修正公式及其在大型爆破中的应用。     

从饱和度再认识非饱和表层土吸力

为了探讨非饱和土水膜中的重力水对总吸力的影响,根据饱和度大小情况,将非饱和土中的水、气形态分成了四类,即界限饱和度Sr1,Sr2,Sr3,Sr4.分析了非饱和土中的总吸力组成和水膜中重力水对总吸力的影响,并推导出界限饱和度Sr2条件重力水对总吸力影响的计算公式,在此基础上给出了颗粒级数分别为10-3mm~100mm的总吸力与饱和度的关系图.最后选择了一种试验值模拟比较.模拟比较表明,考虑重力水的作用下理论计算值与实测值更加吻合,从而证实了重力水对吸力的影响是不可忽略的.     

2007年2月28日新疆强风天气成因分析

利用常规气象资料、 铁路沿线测风站资料以及中尺度数值模式WRF, 对2007年2月28日造成新疆列车颠覆及重大人员伤亡的强风天气进行分析。结果表明, 由于天山山脉的阻挡, 入侵新疆的冷空气在准噶尔盆地内大量堆积, 从而使峡谷两端的准噶尔盆地和吐鲁番盆地之间产生了很强的气压梯度, 为此次强风天气的发展提供了有力的动力条件。这是一次强下坡风暴, 其起因与地形的狭管效应无关, 也不是高空动量下传的结果。造成这次强风天气的原因可能有两个: 1) 被迫抬升的空气质点在重力的作用下产生垂直振荡, 形成重力波。 垂直传播的重力波在遇到临界层和逆温层后, 经过多次反射, 返回地面时形成强风; 2) 强的气压梯度迫使气流加速穿越峡谷, 加速后的气流沿陡峭的地势下降时使风速进一步加大。     

2007年2月28日新疆强风天气成因分析

利用常规气象资料、铁路沿线测风站资料以及中尺度数值模式WRF,对2007年2月28日造成新疆列车颠覆及重大人员伤亡的强风天气进行分析。结果表明,由于天山山脉的阻挡,入侵新疆的冷空气在准噶尔盆地内大量堆积,从而使峡谷两端的准噶尔盆地和吐鲁番盆地之间产生了很强的气压梯度,为此次强风天气的发展提供了有力的动力条件。这是一次强下坡风暴,其起因与地形的狭管效应无关,也不是高空动量下传的结果。造成这次强风天气的原因可能有两个:1)被迫抬升的空气质点在重力的作用下产生垂直振荡,形成重力波。垂直传播的重力波在遇到临界层和逆温层后,经过多次反射,返回地面时形成强风;2)强的气压梯度迫使气流加速穿越峡谷,加速后的气流沿陡峭的地势下降时使风速进一步加大。     

SLK涡流选粉机重力分级区内颗粒的运动特性

 选粉机内颗粒的重力分级对后续离心分级有重要影响。为研究颗粒在选粉机重力分级区内的运动特性,在对颗粒进行受力分析的基础上,分别建立y向和x 向颗粒运动方程,通过理论分析探索了颗粒在y 向和x 向的运动特性。运用计算流体力学理论,考察重力分级区内气流速度在y 向和x 向的变化规律,研究不同粒径颗粒的运动轨迹。结果表明,重力分级区内气流速度在y向上递增,颗粒在y 向做速度不断增大的变加速运动;气流速度在x 向上由返料锥近壁端向远壁端递减,颗粒在x 向做速度不断减小的变减速运动。研究结果可为选粉机的设计提供理论参考和数据基础。     

配重变化对重力式网箱网衣水动力特性影响数值分析

利用集中质量方法建立了模拟水流作用下网衣动态变形的数学模型.利用此模型分析了重力式网箱在均匀流作用下,不同的配重重量对其受力和变形的影响.对不同流速不同配重大小情况下重力式网箱网衣所受荷载和变形进行了模拟.为了验证数学模型的有效性和数值模拟结果的正确性,将模拟结果与Lader等的试验结果进行了比较.结果表明计算和试验结果吻合良好,各种工况和配重条件下计算结果相对误差都在15%以内.该研究结果为水流条件下网箱的数值模拟奠定了基础.     

基于直升机起降条件的舰船甲板气流场数值模拟

采用三维数值模拟方法对不同风向条件下的船舶外流场进行求解,结合直升机起降条件限制,分析甲板气流场参数变化与风向的关系以及对直升机起降的影响;研究不同停机坪上方气动参数分布及其与上层建筑相对位置的关系。结果表明,船首附近长期受气流绕流的影响不适合直升机起降;右舷来风时,气流绕流上层建筑形成的尾流对甲板大部分区域造成影响,不适合直升机起降;左舷来风时甲板上大部分区域均满足起降条件。     

往复压缩机管路大气流脉动的数值模拟和实验研究

针对往复压缩机管路大气流脉动问题,基于一维非定常流动理论,对单直管管系、容积腔管系和异径管管系在大脉动工况下的管路气流脉动进行了模拟研究。考虑到阀腔容积及排气阀通道对气流脉动的影响,采用两步法和特征线法相结合的方法,对所建数学模型进行了求解。为了验证模型的准确性,搭建了压缩机大气流脉动测量实验台,对几种管路系统在不同转速和位置下的动态压力进行了测量。研究结果表明:大脉动工况下,采用一维非定常方法模拟的结果与实验结果的吻合程度较好,而平面波动理论计算结果的幅值、相位与测量结果均相差较大;相较于不考虑阀腔影响时的计算结果,考虑阀腔影响后得到的波形图与实测波形图的吻合程度更好;在不同转速、不同管系条件下,所建模型可准确模拟管路的大气流脉动,模拟和实测结果的最大相对误差均小于10%。     

金属材料颗粒化的研究

通过理论推导，说明在一定条件下，金属液流在其表面张力、重力和与此重力相应的液流柱内聚力相平衡时，可形成体积与金属液流自由下落出流孔径有关的液滴。同时配以相应的冷却条件，即能得到一种金属材料颗粒化的方法。并用实验证实了理论的可行性。     

具有推力矢量控制系统的导弹流体动力

采用数值模拟方法研究了带有摆动喷管的导弹水下发射时燃气流场与水流场的相互干扰,及其对导弹所受水动力和气动力的影响,计算彩燃气泡物理模型,通过水流场的气流场的耦合计算模拟整个流场的形态,对水流场采用势流理论,通过三维Hess-Smith方法进行求解,对燃气流场,以Euler方程为基本方程,采用无波动、无自由参数的耗散分格式（NND差分格式）进行求解,在燃气泡壁面,水流场和燃气流场通过速度条件和压力条件相互耦合,给出了不同时刻水流场和气流场的物理量分布,喷管摆动角与导弹力矩的关系,并对燃气泡的演变过程作了分析。     

剪切液膜表面波的动力学特征和不稳定性

通过求解沿倾斜壁面下降的液膜表面波的Orr-Sommerfeld方程,得到了长波波速表达式,结合剪切力作用下液膜的流动状态,分析了表面波扰动在初始时刻的不稳定性.研究表明:剪切液膜流动存在3种状态,由界面剪切力和重力纵向分量gsin θ决定;表面张力和重力横向分量gcos θ为稳定性因素,重力的纵向分量为不稳定性因素;剪切力对表面波的不稳定性作用与气流方向、剪切力大小和液膜的流动状态密切相关,在相同雷诺数和剪切力下,正向剪切力对液膜稳定性的影响更为显著.     

带上水线拉索绕流场的大涡模拟研究

针对带上水线的拉索模型,采用大涡模拟方法研究了水线和拉索的气动性能与绕流场流态之间的内在关系.结果表明,带水线拉索的绕流场呈现三种不同的流态结构.当上水线位于0°~50°时,水线对拉索绕流场的影响不大;当上水线位于50°~70°时,拉索上表面剪切层在上水线上分离后会再附着在拉索表面形成分离泡,并使拉索上表面受到很大的局部负压作用;当水线处在70°~90°时,凸起的上水线会导致上侧剪切层分离后远离拉索上表面.分离泡在拉索上表面周期性地出现和消失是斜拉索风雨激振的主要原因.     

基于单相LBM模拟大平板反重力充型过程

采用单相格子Boltzmann方法研究大平板的反重力充型过程,该模型不需考虑气相格子的变化,从而提高了计算效率.针对该方法,本文新提出了一种权重系数重新分配的方法来处理格点中的液相排出及分配问题.首先用该模型计算了单浇口条件下的大平板型腔反重力充填过程,以相同参数下的高速相机成像的水力充填实验为参照,数值模拟的流场特征及流体形态与实验结果吻合良好.另外,还采用线速度分布云图,并提出了自由表面的高度差判据来分析充型过程中的流场区域特征和流体平稳程度.在此基础上,继续用该模型研究了双浇口和圆柱扰流条件下的大平板反重力充型过程.双浇口条件下由于浇道间的互相影响,流场中形成的漩涡多于单浇口;圆柱扰流条件下的充填方式会降低流体的晃动程度,提高充型的稳定性.     

模拟失重对拟南芥下胚轴细胞生长和微管动态性的影响

空间飞行中产生的失重环境会影响植物的一系列生命活动过程,因此,为保证植物正常生长,揭示失重环境下植物的生长发育规律至关重要。利用大梯度强磁场超导磁体产生的抗磁悬浮模拟失重环境,对拟南芥幼苗进行处理。在相同外界条件下培养4 d后,拍照记录不同重力环境下拟南芥下胚轴细胞的生长发育及其周质微管骨架的排列情况,并进行图像定量分析和统计分析。结果显示,与对照组相比,重力改变对幼苗的形态、株高、下胚轴细胞形态及其周质微管骨架的排列有不同程度的影响。尤其是在μg(模拟失重),幼苗弯曲明显,株高比其他组显著降低,细胞长宽比较小,下胚轴周质微管发生了重排。而对照组、1g组、2g组(模拟超重)三组之间相比显示,除了在微管骨架排列方面存在极显著差异,其余指标均无明显差异。结果提示,模拟失重对植物生长发育有显著影响,微管骨架参与了重力信号的传感和转导,推测微管骨架可能通过其重排调控下胚轴细胞生长,参与模拟失重抑制下胚轴伸长来影响植株形态建成。     

X65管线钢在油水混合物中的水线腐蚀发展趋势

【目的】通过腐蚀评价实验判断水线腐蚀的发展趋势,为管道投产前内腐蚀防控措施的制定提供依据。【方法】通过腐蚀预浸泡实验在X65管线钢试片表面预先形成水线腐蚀,然后采用腐蚀失重实验,研究其在原油和储罐沉积水混合物中的腐蚀发展趋势,并结合SEM和XRD表面分析技术分析其腐蚀产物特性。【结果】在150d内的水线腐蚀实验条件下,X65管线钢腐蚀以均匀腐蚀为主,未出现明显点蚀,腐蚀产物主要为保护性差的γ?FeOOH;且随着浸泡时间的延长,腐蚀失重逐渐增加,符合幂指数规律,腐蚀产物对腐蚀的抑制作用较小。改变浸泡环境后,X65管线钢在油相中的腐蚀速率明显降低,在水相和油水界面相的腐蚀速率变化不大。【结论】在150d的存放时间内,残留试压水未投产管线的水线腐蚀对管线安全危害较小。管道投产后投产前形成的水线腐蚀在油品覆盖其表面的条件下基本不发展,无需采取内腐蚀防治措施。     

降水过程对积云崩溃影响的初步研究

本文在一般宏观积云动力学方程组中引进了水滴重力磁共增长方程。这样,一方面云的宏观发展为水滴的微观增长创造了背景条件;另一方面水滴增长后通过对气流的拖带作用,反过来又制约了云的宏观发展。用一个一维挟卷模式对一个例子作了数值计算,结果表明:通过降水粒子的作用,在云的中下部将造成下沉气流,下沉气流的发展致使云层断裂,云底抬高,从而使云最后消散。     

偏南气流翻越秦岭山脉的数值分析

通过数值模拟，结果表明风场的垂直结构和热力的共同作用是越山气流扰动不稳定发展和背风波形成的重要条件；水汽作用造成的垂直运动随高度呈抛物线分布；湍流扩散作用不利于上升运动形成。结果还表明，雨峰与上升运动有很好的对应关系，证实了秦岭山脉和越山偏南气流对陕西降水的南北分布有重要贡献     

重力波波包在水平风场中非线性传播的数值模拟--Ⅰ.水平风场为均匀风场

采用全隐欧拉格式(FICE)对重力波波包在均匀风场中的三维非线性传播进行了数值模拟,给出了波包在三维空间中非线性传播的过程,分析了重力波的传播特性及风场对重力波传播的影响.计算结果表明:波振幅随高度的增加而增长,但比线性条件下的指数增长要慢;波包非线性传播的路径和能量传输速度不同于线性重力波理论给出的结果,非线性效应在顺风场中比在逆风场中更显著;风场会改变重力波传播的路径和速度.