越南东部海域一个气旋涡的特征分析

为探究越南东部海域中尺度涡的表层特征和垂向结构,基于卫星高度计资料,采用涡旋自动识别方法对该区域一个中尺度涡的演变和移动特征进行分析,同时结合走航调查资料对该涡旋的垂直结构进行了分析。结果表明:该涡旋总体向西北方向移动,其速度不具有一阶斜压罗斯贝波的传播特性;涡旋会造成其内部温度和盐度等值线的抬升,并引起涡内温盐异常,在25~75m深度分别存在温度负异常的"冷核"结构和盐度正异常的"高盐核"结构;与气候态相比,涡旋内部温跃层深度变浅,厚度变小,强度变大;涡旋对上混合层的影响很小,没有造成明显的温盐异常;基于实测流场与由温盐诊断的斜压流场的共同数据可知,涡旋内部流场呈明显气旋式环流,涡中心流速接近0,边缘附近流速最大。     

Taylor-Couette波状涡的周期性特征研究

采用大涡模拟(LES)方法对Taylor-Couette涡流场进行瞬态数值模拟,研究了波状涡流场中不同旋转雷诺数下环隙子午面上涡流场特征随时间的变化情况,分析了波状涡流场的周期性变化规律．结果表明：Taylor-Couette波状涡流场内的涡旋大小、形态及涡心位置存在周期性变化规律,相邻涡旋的形态与特征呈现相反的变化趋势;涡旋、涡核的变化周期几乎完全相同,当转速为20 r/min时,涡旋和涡核的周期变化时间分别为6.80 s和6.83 s,当转速为40 r/min时,涡旋和涡核的周期变化时间分别为1.49 s和1.50 s,但涡核的变化趋势在周期变化过程中处于主导地位;随着旋转雷诺数的增大,波状涡的变化周期逐渐减小,说明周期的数值变化一定程度上可以反映并衡量Taylor-Couette涡流场形态的转变过程．     

台风内中尺度混合波的动力学特征

用模拟台风的高分辨率模式输出资料反演的雷达回波和扰动物理量进行诊断,揭示了台风内中尺度螺旋雨带及嵌在其中的深对流带的结构和传播特征;根据台风不同区域物理量特征尺度的差异,分析了眼壁区低层的超梯度流非平衡现象;在此基础上,用柱坐标下中尺度斜压模型的波动频散关系证明扰动具有混合涡旋Rossby-重力惯性波的性质,并指出切向基流的涡度梯度是混和型扰动的发展因子.     

有限变形理论的若干进展及其在流体力学中的相关应用

概要性地叙述了作者新近提出的"当前物理构型对应之曲线坐标系显含时间的有限变形理论"、"几何形态为曲面的连续介质的有限变形理论",前者针对介质几何形态为Euclid流形(体积形态),后者针对Riemann流形(曲面形态).类比于一般有限变形理论,上述理论均包括物理及参数构型构造,变形梯度定义及其基本性质,变形刻画,输运定理以及守恒律方程.基于上述理论提出对应曲线坐标系显含时间的流函数涡量解法,固定曲面上二维不可压缩流动的流函数涡量解法以及海面油污扩散控制方程,并给出了相关数值研究结果.     

旋转坐标系对流体涡旋运动的影响

系统讨论坐标系的旋转对流体涡旋运动的影响 ,分析这种影响在地球物理流体力学相对涡度、速度环量及位势涡度方程的各种形式中的表现 ,以及与流体力学对应的 Helmholtz方程的变形形式 ,通过分析 ,更清晰地揭示科氏力产生 (或制造 )涡度及其影响涡度变化的机理。     

梅雨锋致洪暴雨β中尺度涡旋的数值试验和结构分析

运用PSU／NCAR的MM5V2的嵌套模式，对1998年7月的武汉致洪暴雨过程作了成功的数值模拟。并运用模式输出的高分辨率资料对引起此次特大暴雨的β中尺度涡旋系统的结构作了诊断分析。分析了涡旋系统在3个不同时期的三维结构特征，特别是得到与暴雨雨团相联系的β中尺度垂直环流分布特征。指出涡旋系统的水平范围在90km左右，涡旋环流只在对流层中层（850hPa-650hPa)比较明显，与涡旋相伴的是一个在狭窄区域内物理量高度集中，并向垂直方向发展的暖心正涡度柱。     

西北太平洋及其邻近边缘海中尺度涡的时空特征分析

中尺度涡在影响海洋物质和能量的输送以及生物、化学过程方面都发挥重要作用.利用27年(1993—2019年)的AVISO卫星高度计数据集，基于闭合等值线法对西北太平洋及其邻近边缘海(10°～30°N, 115°～155°E)中尺度涡进行识别追踪，并着重讨论了生命周期大于4周的涡旋特征.涡旋在15°～25°N纬度带产生频率较高，多数涡旋向西传播，并在研究区域西侧与黑潮相互作用后消失于吕宋岛和台湾岛以东海域.随着纬度的增加，涡旋半径急剧减小，振幅则不断增大；而17°～22°N纬度带是涡动能高值区，在吕宋海峡东部最为明显.涡旋参数表现出明显的季节和年际变化特征，涡旋产生数在春、冬季较多，夏、秋季较少；涡动能则在春季较高，冬季较低.涡动能的年际变化明显受厄尔尼诺-南方涛动(ENSO)调制作用，相位滞后1个月呈显著正相关.不稳定性分析结果表明，副热带逆流和北赤道流垂向剪切的斜压不稳定性是涡旋产生的主要机制，在春季这一效应达最大.     

基圆渐开线涡旋盘齿根综合应力集中系数的确定

分析涡旋齿根应力集中的主要影响因素,建立涡旋齿根应力集中的等效几何模型,在不考虑涡旋齿面质量影响的前提下,以齿根应力疲劳缺口系数和形状变化系数综合形成涡旋齿根综合应力集中系数,并基于机械设计手册数据拟合得到涡旋齿根综合应力影响系数的简化计算公式,实例说明计算结果与对应几何模型从《机械设计手册》中查取的结果吻合较好.     

滑动轴承油膜涡动及油膜振荡研究

对柔性滑动轴承系统进行了油膜涡动及油膜振荡的理论研究与实验分析.通过对涡动特性及振荡产生的机理分析,对系统建立相对坐标系,导出了轴的振动方程;从N-S方程导出了涡动状态下的雷诺方程,从而得到轴的径向力计算公式;通过对轴的振动分析,研究了油膜振荡的特征和油膜涡动的产生与轴承结构、润滑油及轴的几何尺寸关系,提出了防止油膜涡动及油膜振荡的措施.     

整体涡旋流畸变下的压气机失速机理分析

为了研究跨声速压气机在整体涡旋流畸变下的失速机理,采用数值仿真方法对Stage35进行了整级数值模拟,研究了叶片通道流场中触发压气机失速的关键因素,分析了不同转速下,叶顶泄漏涡和径向涡在旋流畸变条件下的变化情况。结果表明:同向整体涡能抑制叶背流动分离,使径向涡体积减小,叶顶泄漏涡减弱,叶顶通道堵塞程度减小,压气机稳定裕度增大;出现反向整体涡时,叶背气流分离加剧,径向涡体积扩大,低转速下,泄漏涡增强,堵塞区面积增大,高转速下,泄漏涡变化不大,但径向涡体积扩大引起流体向叶尖堆积,形成大面积的吸力面尾缘低速区,更容易导致压气机失稳。     

Numerical Simulation Model of Laminar Hydrogen/Air Diffusion Flame

IntroductionDiffusion flames have been widely applied inindustrial processing systems,such as large- scaleglass- melting furnaces and hazardous wasteincinerations[1] .A numerical model is veryimportant for understanding the complexinteractions between the flow and the chemicalreactions. The laminar hydrogen/air diffusionflame is chosen.Hydrogen/air flame is easier toset up under the laboratory conditions,hence thenumerical model can be verified easily by oneexperiment.Furthermore,hydrogen/air…     

圆柱坐标下的多层理论在实芯转子异步电机中的应用

多层理论是分析实芯转子异步电机转子体内电磁场及计算电机性能的一种非常有效的方法.文献[1]阐述了在直角坐标下光滑实芯转子异步电机的多层分析理论.这种建立在直角坐标下的多层分析,明显的不足之处是未考虑定、转子曲率影响.采用圆柱坐标的多层分析模型可见于文献[2],它将转子沿径向分成许多薄筒,以各薄筒上的电磁量作为求解变量,列出相应的矩阵方程来求解.这种方法的缺点是待求的矩阵方程往往阶数很高,运算工作量大.本文将根据在圆柱坐标下光滑实芯转子异步电机的多层分析理论,采用文献[2]的分析模型,以矩阵传递方程形式,分析计算光滑实芯转子异步电机转子电磁场.它不仅比文献[2]的方法运算简便,而且矩阵传递方程的形式与直角坐标的相似,分析和处理方法相同,便于两种坐标下计算结果的比较.1 基本理论     

雷暴冲击风作用下地面风压分布特征

提出了雷暴冲击风作用下地面风压分布的简便计算公式.以圆柱体计算流域模拟雷暴冲击风场,采用大涡模拟(LES)方法结合壁面射流模型对雷暴冲击风场进行了数值模拟,获得了雷暴冲击风从初始喷射到流场稳定的发展过程.射流前沿有一水平涡环,随着时间的推移而冲向地面,然后沿径向远离中心而去.分析得到了雷暴冲击风作用下地面的风压系数时程和时均风压系数,以及不同时刻的风速剖面.风速剖面与理论结果吻合良好,验证了方法的可靠性.仿真结果表明,雷暴冲击风场中心处压力系数最大,压力系数随着径向坐标的增大而减小,提出的公式能够很好地表达雷暴冲击风作用下地面处风压的分布特征.     

极坐标与圆柱坐标下Fourier-Chebyshev配置点谱方法泊松方程求解器

采用矩阵相乘的Fourier-Chebyshev配置点谱方法求解极坐标与圆柱坐标系下的泊松方程.通常,在极坐标与圆柱坐标系下运用谱方法求解泊松方程会产生奇点问题.为了避免这个问题,分别采用两种方法开发了泊松方程求解器.一种方法是采用Gauss-Radau配置点,从而排除中心点r=0;另一种方法是采用区域转换将半径方向计算域[0,1]转换成[-1,1],采用Gauss-Lobatto配置点,当节点数取奇数时同样避开了中心点r=0.这两种方法均避免了中心处的奇点,且不需构造额外的极条件.针对二维、三维的不同算例进行了比较和验证计算.计算结果证明两个求解器都具有直接、快速、高精度的特性.     

难变形金属薄带温轧卷取加热温度计算

设计开发了两侧配备热卷取箱的温轧机组,用于难加工金属薄带成卷轧制生产.采用二维圆柱坐标系,考虑沿带卷的径向和轴向传热,建立薄带卷取温度计算模型.在计算径向导热系数时将带卷沿径向分为薄带层、氧化层和间隙层.利用有限差分法,建立轴向和径向的显式差分方程和隐式差分方程,并采用交替方向隐式法进行求解.边界传热系数以辐射换热为主,并通过引入修正系数来考虑其他因素的影响.进行薄带卷取加热测温实验,回归实测温度与加热时间的关系函数,利用实测温度对传热修正系数进行优化,计算温度和实测温度偏差控制在±2℃以内.     

二次曲面几何性质的洛仑兹变换

本文讨论了二次曲面的径平面、中心、主方向及主平面等几何性质在洛仑兹变换下的情况，结果表明，有的在变换前后保持不变，有的则有变化．     

PV型旋风分离器流场的研究

用五孔探针和热线风速仪对高效PV型旋风分离器流场进行了全面的测定.依据流场测定结果,运用平均速度场模式简化雷诺方程,并依据热线风速仪测定结果,给出了涡动粘度的经验计算公式.在将分离器分离空间流场简化为轴对称流场的前提下,对简化了的雷诺方程进行数值求解,讨论了切向速度和轴向速度分布与径向速度分布的关系,并给出了与实测结果吻合较好的切向速度、轴向速度和静压的理论计算结果.     

湾流及其邻近海域中尺度涡统计特征分析

为了得到中尺度涡的特征,综合利用1993-2012年共20a的卫星高度计资料及Argo浮标资料等,对湾流及其邻近海域的中尺度涡特征进行统计,并采用合成方法对涡的三维结构特征进行分析。结果表明:该海域气旋涡(CE)和反气旋涡(AE)的平均生命史及平均半径十分相近;湾流主体段与延续段的涡动能(EKE)、涡能量密度(EI)和涡度明显大于其他区域,气旋涡平均强度大于反气旋涡;对于生命周期内的长周期涡,半径和EKE的变化幅度较大,EI和涡度的变化较小;涡以西向移动为主,平均移速3.2cm/s;长周期气旋涡和反气旋涡均具有向赤道移动的特征;在垂直剖面上,气旋涡(反气旋涡)存在2个温度负(正)异常结构和上下2个盐度负(正)异常结构,涡对海水温盐的垂向影响可达1km以上。     

郑州“7·20”极端暴雨的双偏振雷达回波与风场特征分析

为了细致地了解郑州极端暴雨的雷达回波特征与内部动力特征间的联系,本文利用地面自动站、探空、欧洲中期再分析资料以及双偏振雷达,分析了中尺度对流系统发展和成熟阶段的回波和雷达反演的风场结构,揭示了对流系统内粒子相态特征,动力特征等宏微观特征。本文主要研究结果如下：1）反射率因子特征为南北向的带状区域逐渐汇集为团状;径向速度特征为低层辐合和风向随高度顺转的强垂直风切变;2）基于雷达偏振量的分析,给出了对流系统局部结构,进一步的研究表明：差分反射率狭窄的强弧状区域,可有效地指示对流系统内的强上升运动,其为极端降水系统的持续性发展提供了动力强迫;3）剖面上差分反射率柱与差分相位常数柱在空间分布上呈现出分离现象,两者体现出对流系统内的强上升运动,为暴雨的发展与增强提供了强有力的支持。     

叶片包角对离心泵流场及脉动特性的影响

针对离心泵非定常流动压力脉动特性,采用滑移网格的大涡模拟技术对叶片包角分别为95°,100°,105°,108°的4副叶轮进行数值模拟.分析了叶片包角对离心泵水力性能、叶轮出口"射流-尾迹"、测点压力脉动频谱特性和叶轮径向力的影响关系.结果表明:随着包角的增大,离心泵的水力性能下降;包角适当增大,会使叶轮射流-尾迹流动结构变弱.在设计工况下,蜗舌附近测点压力脉动最大;在蜗壳螺旋段压力脉动强度沿流动方向逐渐变弱,而在叶轮流道内压力脉动沿流动方向逐渐增强,在叶轮出口处达到最大;而离心泵叶轮所受径向力随着包角的增大而减小,适当地增大包角可以提高离心泵运行的可靠性.