贵州2次MCC暴雨诊断和触发机制对比分析

用FY2-D卫星红外云图云顶亮温(TBB)、常规观测资料和NCEP1°×1°格点再分析资料对2008年5月29—30日("0529")与2010年6月16—17日("0616")贵州2次MCC暴雨天气过程进行诊断分析和触发机制讨论.结果显示:2次MCC发展的历程不同,"0529"MCC最初由多个较小的对流系统合并发展形成中β尺度对流系统,"0616"MCC却由单个对流系统迅速发展形成.2次MCC过程大气低层的影响天气系统明显不同,"0529"MCC天气过程中冷空气占据主导地位,"0616"MCC天气过程中,西南低空急流起到了关键性的作用.诊断分析发现:"0529"MCC,大气低层的动力条件和水汽辐合剧烈,因此对流和短时强降水更强."0616"MCC,动力条件和水汽辐合垂直方向伸展的高度高,水汽的输送持续,形成了较广范围的暴雨天气.利用锋生函数针对2次MCC过程触发机制的讨论显示:"0529"MCC,受冷锋影响,加大了经向风的东西向切变,Af伸长变形明显;同时形成θse密集区,有利的热力锋生条件,使得锋生加强."0616"MCC,低空急流的建立和加强,形成有利的动力锋生条件,使得伸长变形A f和切变变形B f均对锋生作出明显贡献.     

建筑内自然对流对射流的影响研究

当射流出口速度较小或室内自然对流强度较大时,室内自然对流对射流特性产生重要影响。采用数值模拟方法,研究了建筑内左右壁面为定壁温边界条件下的自然对流与射流共存时的速度场和温度场。根据数值计算结果,分析了自然对流对射流特性的影响及其影响因素。这为工程设计中预测自然对流对室内气流射流的作用及合理设计室内气流组织提供了依据。     

缝隙冲击射流淬火对流换热的影响因素

采用有限元方法对非淹没缝隙射流冲击区单相对流换热进行数值模拟.结合辊式淬火冷却的特点,分析了缝隙射流冲击区对流换热的影响因素如射流速度、射流出口距冲击板的距离(高度)、喷嘴宽度、射流出口速度方向与冲击板之间的夹角、水温等.结果表明:在淬火100 mm厚钢板时,经济实用的工艺参数为射流速度40～45 m.s-1,射流出口距冲击板的距离(高度)20 mm,喷嘴宽度2 mm,射流出口速度方向与冲击板之间夹角45°,水温10～35℃.     

入口射流角度对通风方腔内流动的影响

用数值方法探讨了入口射流角度对顶部对称送风方式的方腔内流动的影响.计算的物理模型为固定宽高比为1,进风角度θ分别取20°,45°,70°,90°,110°,135°及160°.计算结果表明,不同的射流角度对通风方腔内流动的影响是明显的.随进风角度的变化,在不同的控制参数下,方程的解呈现多样的、不稳定的非线性特征,可归结为定常解(稳态解)、周期性振荡解、非周期性振荡解.在选定的计算参数下,当进风角度的变化范围在20°≤θ≤160°时,考虑纯强制对流,θ为135°的流场最先失稳振荡;考虑自然对流的作用,θ为70°的流场最易失稳振荡.     

对流边界层水平温度场特征的水槽模拟研究

利用对流水槽模拟分析了均匀下垫面自由对流边界层的水平温度场结构特征.根据几何相似、运动相似和动力相似等要求设置初始条件和边界条件实施模拟.对流水槽的尺度为1.5 m×1.5 m×0.6 m,先加入具有一定温度层结的去离子水,然后底部加热形成对流,模拟对流边界层的发生和发展.利用快速响应的温度传感器测量温度廓线和不同高度上的温度起伏;利用准直光闪烁原理获得光学湍流场.根据温度廓线和光学湍流场的结果得到对流边界层厚度和稳定度等参数.根据不同高度的水平脉动温度,利用AR谱方法分析水平温度谱峰值频率所对应的尺度,该尺度对应于对流边界层的准二维对流热泡的水平尺度.统计分析结果表明,自由对流边界层大涡的水平尺度在边界层的下部随高度的增加而增加,约在0.65倍边界层厚度处达到最大,然后随高度的增加又逐渐减小.物理模拟与数值模拟和野外观测结果符合一致.根据对流热泡的这种特征,提出了一个自由对流边界层的热泡模型.     

上海"0185"热带低压特大暴雨维持机理研究

发生在上海地区的2001年8月5～6日热带低压特大暴雨过程(简称"0185"过程)是一次高影响性、灾害性天气.对于此次事件的预报失败,凸现了该过程的动力复杂性,并引起台风研究学者的高度关注.采取天气学诊断、动力学分析和数值模拟相结合的方法,综合应用日本20 km高分辨率RSMRANAL再分析资料、卫星云图资料和中尺度数值模拟产品对于暴雨动力学机理进行了研究.结果表明:引起上海"0185"特大暴雨过程并不是热带低压本体降水;"0185"过程的独特之处在于,在夏季强大的西北太平洋副高控制区域,同样可以维持强盛的中尺度低涡环流中心;而上述两点恰恰是导致预报人员误判并导致预报失败的两个重要原因."0185"过程中北方冷涡南压和热带暖心低压北上产生的强烈冲击导致高压带断裂或减弱,使得中尺度低压环流中心得以发展和维持.冷槽南压和热带暖心低压北上所激发的中尺度对流辐合体(MCC)在卫星云图上清晰可辨.在此分析基础上,引入第二类热成风螺旋度,它能很好地反映温度场水平分布不均匀所导致的水平环境风场垂直切变,而此垂直切变与低涡系统经向移动风矢所构成的水平螺旋度,进一步和上升对流通过涡管倾斜作用相纽结,表征了导致特大暴雨强盛涡旋上升对流的维持机理.事实上,第二类热成风螺旋度确能较好地反映降水落区和降水随时间的演变.     

贵州2次MCC暴雨诊断和触发机制对比分析

用FY2-D卫星红外云图云顶亮温(TBB)、常规观测资料和NCEP1°×1°格点再分析资料对2008年5月29—30日(“0529”)与2010年6月16—17日(“0616”)贵州2次MCC暴雨天气过程进行诊断分析和触发机制讨论.结果显示:2次MCC发展的历程不同,“0529”MCC最初由多个较小的对流系统合并发展形成中β尺度对流系统,“0616”MCC却由单个对流系统迅速发展形成.2次MCC过程大气低层的影响天气系统明显不同,“0529”MCC天气过程中冷空气占据主导地位,“0616”MCC天气过程中,西南低空急流起到了关键性的作用.诊断分析发现:“0529”MCC,大气低层的动力条件和水汽辐合剧烈,因此对流和短时强降水更强.“0616”MCC,动力条件和水汽辐合垂直方向伸展的高度高,水汽的输送持续,形成了较广范围的暴雨天气.利用锋生函数针对2次MCC过程触发机制的讨论显示:“0529”MCC,受冷锋影响,加大了经向风的东西向切变,Af伸长变形明显;同时形成θse密集区,有利的热力锋生条件,使得锋生加强.“0616”MCC,低空急流的建立和加强,形成有利的动力锋生条件,使得伸长变形Af和切变变形Bf均对锋生作出明显贡献.     

缝隙冲击射流换热数值模拟

采用标准k-ε模型对非淹没缝隙射流冲击区单相对流换热进行数值模拟.考虑冲击区对流换热的因素有射流的速度、射流出口距冲击板的距离(高度)、喷嘴的宽度、射流出口速度方向与冲击板之间的夹角、冲击板的温度及水温等.研究结果表明:射流速度对冲击区的换热影响最显著,其次是水温及喷嘴的宽度,而射流出口速度方向与冲击板的夹角只影响局部换热系数的分布.     

对流运动的流场结构

对湿对流运动的流场结构进行了研究.指出:因对流上升区与下沉区具有不同的稳定性参数和其他环境场,研究表明:下沉区具有不同的稳定性参数和其他环境场,研究表明:下沉区气层越稳定,其下沉范围越宽广,它将汇集更大范围的水汽,使湿对流维持较长时间.     

方腔内竖直板振荡的自然对流换热数值研究

以空调工程热环境控制和冷冻冷藏设备为应用背景,采用非稳态数学模型,通过数值模拟研究了具有对称结构的封闭方腔内竖直板自然对流换热中的非线性现象.数值结果表明:在所考虑的Ra参数范围内,数值解出现了分岔,流动和换热随Ra的增大从稳态转变为非稳态;在Ra为104时采用2种不同的初始条件得到了相同的稳态解;当Ra为5×104时,采用2种不同的初始条件获得了2种不同的解,其中一个是稳态解,另一个是振荡解.数值结果揭示了所研究问题中的非线性特点.     

长江中下游一次暖区极端致洪暴雨特征及天气学成因分析

基于多源观测资料和再分析资料,采用天气学诊断分析方法研究了2019年5月长江中下游地区发生的一次致洪暴雨的特征及主要成因。结果表明:该次极端致洪暴雨过程是在稳定的“西低东高”天气形势下,由持续时间长的短时强降水累积而成,具有明显的中尺度和阶段性特征。直接造成极端暴雨的中尺度对流系统在低空急流前沿不断新生东移,表现出明显的“列车效应”和准静止特点。过程中低空急流和超低空急流异常强盛,为极端暴雨提供了持续有利的水汽和对流不稳定条件,特别是整层高湿、较低的抬升凝结高度和较大暖云层厚度有利于提高降水效率,产生雨强较大的短时强降水；高低空急流耦合是强降水发生发展的重要动力机制,强垂直风切变区与暴雨落区有较好的对应。     

基于剪切层扇形分层模型的射流声传播分析

通过计算流体力学建立一种扇形分层剪切层速度模型,并以此为基础用几何声学方法推导整个射流结构的声传播模型.以实际开口式风洞为研究对象,用数值仿真给出射流结构速度分布.建立速度随角度均匀变化的扇形分层剪切层速度模型.用声折射理论推导不同速度层之间的声传播.以声漂移量为指标对射流声传播模型进行声学风洞试验验证,证明本模型对声漂移量的预测精度更高,在高风速、剪切层较厚的情况下,优势尤为明显.     

Experimental investigation on upstream-injection interaction with a scramjet cavity flameholder

The study has evaluated the coherent structures and the velocity field of gaseous transverse jet upstream of a scramjet flameholder in a supersonic turbulent flow. The high spatiotemporal resolution coherent structures of the jet plume/wakes and the cavity shear layer were obtained by utilizing the nanoparticle-based planar laser scattering technique. Compared to the no upstream injection case, the cavity shear layer downstream of the jet shows significant mass exchange with mainstream. The particle image veloc- imetry velocity field and the velocity profiles demonstrated that the interaction intensity of the cavity shear layer with the upstream injection is further enhanced as the injection stagnation pressure increases.     

对流边界层顶部夹卷速度参数化的模拟研究

提出一个关于夹卷速度的新参数化方案，即混合层顶部夹卷速度W。可由对流边界层特征量W*、θ*、zi及覆盖逆温强度δθ^ /δz确定，对流槽实验模拟的测量结果证实了该参数化方案的合理性，并由实验数据拟合得出了参数化方案中的系数。数值模拟结果表明此方案可直接预报对流边界层高度zi，并能很好地预报出zi的变化过程，具有很强的实用性。     

射流表面多因素耦合减阻特性及其对边界层的控制行为

为了研究多因素耦合对射流表面减阻特性的影响,运用可拓学基本原理建立主流场速度、射流速度、射流孔高排布、射流孔底排布等特征耦元及其耦合方式的可拓模型,利用标准k-ε湍流模型对射流表面多因素耦合条件下的减阻特性进行数值模拟,分析射流表面黏性阻力和减阻率减小的原因,以及射流表面多因素耦合对射流孔附近壁面流域边界层的控制行为.结果表明:射流表面多因素耦合的减阻效果较好,最大减阻率为27.69%;多因素耦合条件下的射流表面改变了壁面剪应力分布,影响了边界层的结构,同时,在射流孔下游形成的漩涡改变了边界层的厚度,导致壁面黏性阻力降低,从而使得射流表面具有较好的减阻效果.     

中低空急流带内的强对流天气的风暴强度指数

根据国家气象局资料中心提供的历史探空资料分析了华南和华东地区的一次强对流天气的生命史过程,观测研究表明：中低空急流的爆发和急流内大风中心的传播是这次强对流天气主要的动力学条件。风暴强度指数Iss(storms severity index)能够分别表征浮力能和风垂直切变的强弱。计算Iss表明,华南和华东地区中低空急流带的强对流天气是在弱热力学条件和强动力学条件出现的。     

平板滞止区内R-113的喷流沸腾临界热流密度

对高温平板滞止区内R-113的喷流冲击沸腾的临界热流密度(CHF)进行了系统的稳态实验研究.考察了过冷度、流速、喷流直径等流动条件对喷流沸腾CHF的影响,建立了预示CHF的经验型方程,方程中的参数指数和系数由实验数据拟合得到.研究结果表明:过冷液体喷流冲击沸腾的CHF取决于过冷度、滞止冲击速度和喷流直径;得到的经验式能较好地预示实验结果.     

高温平板滞止区内饱和水喷流沸腾传热最大热流密度

对高温平板滞止区内饱和水喷流冲击沸腾的临界热流密度进行了理论解析和实验研究。根据气液两相流稳定性理论得到了气泡层下最大液膜底层厚度，并由最大液膜底层厚度和液膜平均流速，建立了一个预示临界热流密度的半理论方程。方程系数由稳态实验数据拟合得到。研究结果证明，临界热流密度取决于滞止冲击速度和喷流直径，半理论半经验式能较好地预示实验结果。     

燃气射流复燃流场的数值计算

目的　研究非平衡化学反应流动的数学模型,进行火箭燃气射流复燃流场的数值研究; 方法　从Ｎａｖｉｅｒ－Ｓｔｏｋｅｓ方程出发,采用１２ 组分１１ 个反应的化学动力学模型,建立化学反应流动的微分方程组,然后采用差分方程离散,其中对流项采用了高精度的３ 阶ＥＮＯ格式; 结果　计算得到了包含各组分在内的流场诸参数的分布,分析了燃气射流复燃流场的特点; 结论　化学反应集中在混合层内,近尾核心区可视为化学反应冻结流;     

暴雨中尺度环境场的总动能收支

利用一套分辨率较高的中尺度实验观测资料,对一次暴雨过程的中尺度环境场进行了总动能平衡的诊断研究,讨论了对流活跃和非活跃两个时期动能平衡过程的差异．结果表明,暴雨的能量过程很活跃,非地转运动的绝热耗损和动能的向外界辐散是暴雨过程的主要能汇,而次网格尺度向网格尺度的运动动能转换,是环境场动能的主要能源;暴雨区对流层高层的能量过程比低层活跃,高层急流对环境场动能平衡过程有很大作用．比较对流活跃和非活跃２个时次的动能平衡过程发现,暴雨过程的动能平衡与对流强度变化有联系,２个不同时段的动能平衡过程有差异,尤其在中层这种差异更明显．