暴雨雨团中β尺度流场结构的数值模拟

用高分辨率的中尺度模式对1998华南暴雨试验期间的一次大暴雨个例进行了数值模拟, 用模式输出的高分辨率资料对雨团的中β尺度流场结构进行了分析. 结果表明, 在雨团中, 高、中、低空都存在明显的中β尺度环流系统, 而且高空的高度场和风场之间具有非常强烈的非地转性. 54 km粗网格和18 km细网格剖面图都显示出中尺度垂直环流, 并存在上升的低空前方入流和下沉的中空后方入流. 在细网格的模拟结果中还进一步发现, 由于降雨伴随的拖曳下沉气流产生了位于900 hPa以下行星边界层中的浅薄的垂直环流.     

LBE MRT 方法模拟Marangoni 对流

有机溶液在水表面溶解会引起表层表面张力变化, 产生表面张力梯度, 从而诱发 Marangoni 对流. 采用 LBE MRT 方法对室温下圆柱烧杯中滴加低浓度乙醇溶液诱发的 Marangoni 对流现象进行模拟, 结果表明由表面张力梯度诱发的Marangoni 对流在表面薄层区 域强度较大且速度梯度较大, 但在主液相区流速相对很低. 本文模拟的最大表层速度数值和表 层速度分布结果与同条件下的实验结果基本相符.     

暴雨雨团中β尺度流场结构的数值模拟

用高分辨率的中尺度模式对1998华南暴雨试验期间的一次大暴雨个例进行了数值模拟，用模式输出的高分辨率资料对雨团的中β尺度流场结构进行了分析。结果表明，在雨团中，高，中，低空都存在明显的中β尺度环流系统，而且高空的高度场和风场之间具有非常强烈的非地转性，54km粗网格和18km细网格剖面图都显示出中尺度垂直环流，并存在上升的低空前方入流和下沉的中空后方入流，在细网格的模拟结果中还进一步发现，由于降雨伴随的拖曳下沉气流产生了位于900hPa以下行星边界层中的浅薄的垂直环流。     

利用非常规资料对城市强暴雨的中尺度分析与模拟研究

利用国家"973"项目获取的特殊加密观测资料, 包括自动气象站雨量资料、风廓线仪资料、多普勒雷达图像资料、GMS5卫星云图资料和NCEP再分析资料, 采用诊断分析与数值模拟相结合的研究方法, 对2001年8月5～6日上海城区出现的1949年以来最强一次降雨过程进行了中尺度分析与模拟研究. 目的是了解造成此次城市暴雨灾害的热带气旋内中尺度系统的发展演变特征和将较高时空密度的非常规观测资料用于高分辨率MM5中尺度数值模式, 对于有效地预报城市灾害性暴雨的可行性、必要性. 研究揭示出 (1)此次暴雨是由登陆热带低压内发生发展的一系列中尺度对流云团所致, 具有时空尺度小的特征; (2)热带低压在入海前的重新加强为这场暴雨的发生提供了有利的环境条件; (3)热带低压与其内中尺度云团间可能存在相互作用; (4)及时、准确地充分运用各种观测资料对于有效地监测、预测出此类城市暴雨灾害具有重要意义; (5)局地风速的增强和风向的转变是暴雨中尺度系统的触发机制, 而充沛的水汽输送、聚集的对流有效位能为暴雨中尺度系统发生发展提供了必要的物理机制.     

中国及周边地区夏季中尺度对流系统分布及其日变化特征

利用1996~2006年(无2004年)10年6~8月地球静止卫星高分辨率逐时红外亮温(简称TBB)资料对夏季中国及周边地区的中尺度对流系统(简称MCS)活动情况进行了统计分析, 并同已有文献中使用常规地面观测资料统计的雷暴日数分布以及低轨卫星观测的闪电资料分析结果进行了对比, 结果表明低于-52℃红外亮温的统计特征可以较好地展现该地区夏季MCS时空分布的基本气候特征. 该地区夏季MCS的总体分布特点是具有3条东西分布的带状MCS活跃区; 30°N附近的活跃中心表现为明显的东西波动状; 从大气环流来看东亚夏季风把3条MCS活跃带联系在一起. 重点对不同下垫面区域的MCS日变化特征进行分析表明中国及其周边地区具有单峰与多峰型两种MCS日变化特点, 单峰型MCS多发生在高原与山区, 多峰型MCS多发生于平原与盆地. 由于不同地区单峰型MCS持续时间与活跃时段的并不相同, 因此又可以区分为青藏高原MCS、一般山地热对流、琉球附近海域MCS等. 多峰型MCS具有类似于MCC (中尺度对流复合体)日变化的特点, 反映此类MCS生命史较长、水平尺度较大、日落后一度减弱、午夜后又再度发展. 青藏高原MCS与一般山地热对流一般都在午后发展, 但青藏高原MCS持续时间长, MaCS(a中尺度对流系统)活跃. 琉球附近海域MCS具有午夜后发展、持续时间长的特点, MaCS也较活跃. 印度季风涌地区由于充沛的水汽与有利的大尺度环境使得全天几乎任一时次MCS都很活跃, 而且MaCS非常活跃. 四川盆地地区由于山谷风环流的影响MCS夜发性特征特别显著, 该区域也是MaCS的活跃区之一. 两广地区海陆交界处是海陆风环流显著的区域, 因此MCS具有午后向陆地传播、午夜后向海洋传播的特征. 低于-52℃红外亮温的气候统计特征清楚地展现了海、陆、山地的热力性质差异所导致的MCS不同气候分布特点. 不仅大尺度大气环流而且海、陆、山地热力差异引起的局地环流在很大程度上决定了中国及周边地区夏季中尺度对流系统活动的气候特征.     

金属材料疲劳性能的数值模拟

金属广泛地用于生产生活中,所以金属的疲劳也渐渐被人们关注.采用有限元软件(Fatigue)对金属材料在不同轴向栽荷条件下进行疲劳性能模拟并进行了分析,分析表明,交变应力的应力幅值一定时,疲劳寿命随着平均应力的增大而减小,且拉应力更容易产生疲劳破坏;在交变载荷平均应力一定的情况下,随着应力幅值的增加,疲劳寿命逐渐减小.     

金属材料疲劳性能的数值模拟

金属广泛地用于生产生活中,所以金属的疲劳也渐渐被人们关注。采用有限元软件(Fatigue)对金属材料在不同轴向载荷条件下进行疲劳性能模拟并进行了分析,分析表明,交变应力的应力幅值一定时,疲劳寿命随着平均应力的增大而减小,且拉应力更容易产生疲劳破坏;在交变载荷平均应力一定的情况下,随着应力幅值的增加,疲劳寿命逐渐减小。     

混合器混合效果的数值模拟与流动可视化实验

混合器作为混合过程中一种必需的设备,在石油、化工和酿造等行业有着广泛的应用,但不同行业由于其介质性能和混合要求的不同,相应混合器的结构也应不同,而目前国内外多采用经验类比法对混合器进行设计,检测则采用取样分析法.随着应用的推广和深入,这些方法对于设计高效节能的混合器已显得有所不足。 本文针对饮料和酿造行业的特点,提出一种内部无任何阻隔构件的新型混合器,并对其设计、计算及检测等一系列问题进行研究.1 应用特点与结构设计 饮料和酿造行业的应用特点有:(1)待混合的两种液体粘性相差不大,且互溶性较好;(2)流动不应出现死区,也不宜受过大的剪切作用,以保证液体品质(如酸度和甜度等)不受破坏,并且符合国家卫生标准.     

台风螺旋雨带的数值模拟研究

螺旋雨带是台风的基本特征之一. 近年来螺旋雨带发生机理的涡旋Rossby波理论已得到普遍的认同, 但对螺旋雨带的内部结构还没有详细的研究. 利用MM5(V3)对2002年8月给厦门带来特大暴雨的强热带风暴Kammuri的螺旋雨带作了数值模拟. 结果表明, 模拟螺旋雨带沿方位角的移速与涡旋Rossby波的理论波速一致, 并伴随着能量在径向的频散. 从模式输出的高分辨率的多种物理参数数据集中分析出的螺旋雨带结构表明, 台风中的气旋式涡度、垂直运动、水平动量等都高度集中在螺旋雨带中. 并进一步指出, 螺旋雨带的水汽主要来自1 km以下, 而且来自外侧的空气具有明显的对流性不稳定, 它为螺旋雨带中对流的发展提供了不稳定能量. 螺旋雨带内侧空气的层结是中性的, 说明不稳定能量已经释放. 螺旋雨带的外侧存在风速高达30 m/s以上的中尺度强风带, 它的产生和外侧的空气向螺旋雨带流入时气压梯度力所起的加速作用有关.     

球面密封式高水基先导阀的三维数值模拟

利用Fluent软件对流经先导阀阀芯的流场进行模拟,得到阀芯内的速度分布和压力分布,并发现有比较严重的回流现象,增大出口压力或出口速度均减小回流的影响。     

球面密封式高水基先导阀的三维数值模拟

利用Fluent软件对流经先导阀阀芯的流场进行模拟,得到阀芯内的速度分布和压力分布,并发现有比较严重的回流现象,增大出口压力或出口速度均减小回流的影响.     

温盐环流在百年尺度上影响中国气候的一个数值模拟证据

基于使用全耦合模式的末次冰消期(显著的全球增暖阶段)瞬变模拟结果, 通过敏感性试验明确指出温盐环流(Thermohaline Circulation, THC)在百年尺度上大幅度影响中国气候, 特别是在气候突变阶段. 结果表明, 该瞬变模拟中中国地区的气候演变符合古气候资料的纪录, 如Bølling-Allerød(BA)增暖事件期间中国地区的年平均气温大幅度升高; 在敏感性试验中, 当人为限制THC在BA事件期间的变化幅度时, 中国地区的升温幅度明显减小. 结果同时表明, 除温室气体、太阳辐射强度因素外, THC是另外一个在百年尺度上影响中国气候的重要因素.     

松城供水工程管线水锤压力的计算机数值模拟

文章以松城供水工程水力过渡过程的数值模拟为工程背景,研究在蝶阀和空气阀不同关阀规律条件下,模拟计算区段的水锤压力,提出了松城供水工程输水管线防护水锤的优化方案.     

ECOMSED模式及其在海洋数值模拟方面的应用

文章主要介绍了ECOMSED模式的发展、功能等.ECOMSED模式是一个具有发展前景的水动力和沉积物输移模型,能较好地拟合岸线和较为方便地处理浅海变化的海底地形,在海洋数值模拟方面得到了广泛应用.     

高强钢激光深熔焊接温度场的数值模拟

建立了复合热源作用下的三维高强钢CO2激光焊接有限元分析模型,对高强铜板CO2激光焊接进行基于ANASYS平台的焊接过程数值模拟.焊接热源分为沿工件表面的高斯热源和沿激光入射方向的柱状热源两部分组成,获得了焊接温度场分布及熔池温度形态分布.结果表明,激光焊接温度场是一组具有梯度的以焊接方向为长轴的椭圆.光斑中心前半部分的等温线较为密集,后半部的等温线较稀疏,且离光斑越远,温度梯度越小.熔池高温时间短,焊缝截面熔深大,表现出了激光焊接热量集中、穿透力强的特点.试验所得的熔池温度场界面与试验结果吻合良好,对于分析其复杂的温度场具有一定的理论意义.     

非均匀地质构造静场响应的高效数值模拟

针对轴对称的任意二维非均匀媒质,建立了求解静电或稳恒场问题Green函数的高效纵向数值模式匹配理论。所导出的公式皆为特别宜于计算机模拟的矩阵代数形式。所建立的数值计算方法使得求解全部问题无需进行任何数值积分运算,计算效率较二维有限元法可提高两个数量级。本文所运用的纵向数值模式匹配法,是Chew等人建立的径向数值模式匹配理论的延伸和发展。Pai曾用类似方法求解电磁波测井问题,Gianzero曾给出过二层构造的公式。本文给出的解答可普遍适用于任意二维非均匀构造中Green函数的求解,实现石油测井中复杂地质环境的精细数值模拟。     

松城供水工程管线水锤压力的计算机数值模拟

文章以松城供水工程水力过渡过程的数值模拟为工程背景,研究在蝶阀和空气阀不同关阀规律条件下,模拟计算区段的水锤压力,提出了松城供水工程输水管线防护水锤的优化方案。     

侧壁作用下浮力反应射流的数值模拟

运用三维非定常直接数值模拟方法研究了近区浮力反应射流. 所考虑的物理问题是燃料射流垂直进入氧气环境进行燃烧化学反应, 对两个含有侧壁作用且具有不同喷嘴形状的算例进行了数值模拟: 一个为墙角/圆形射流, 另一个为墙角/方形射流. 数值计算表明: 浮力驱动下的反应射流自然演化生成大涡结构, 并在下游转变为湍流状态. 数值计算同时表明: 由于旋涡变形更为强烈, 墙角/圆形射流的卷吸作用大于墙角/方形射流的卷吸作用.     

天山乌鲁木齐河源1号冰川变化的数值模拟及其对气候变化的响应分析

冰川变化的数值模拟及其预测是冰冻圈科学的前沿方向.本文介绍了对山地冰川进行数值模拟的原理和方法,并以天山乌鲁木齐河源1号冰川(以下简称1号冰川)为研究对象,通过数值求解二维的冰川流动方程,对1号冰川的流场进行了模拟.同时通过线性分析构建了一个未来升温情景:2010～2070年1号冰川地区升温速率为0.17℃/10a,而降水量保持不变.在此气候情景下,从冰川变化的物理过程,预测了2010～2070年期间1号冰川的变化趋势,结果表明在2040年以前,冰川末端退缩比较缓慢,但消融区厚度减薄较快.2040年以后,冰川末端退缩加剧,最终于2070年左右退缩为冰斗.从冰川流动原理证明在全球变暖背景下,山地冰川退缩将会越来越剧烈.     

ECOMSED模式及其在海洋数值模拟方面的应用

文章主要介绍了ECOMSED模式的发展、功能等。ECOMSED模式是一个具有发展前景的水动力和沉积物输移模型,能较好地拟合岸线和较为方便地处理浅海变化的海底地形,在海洋数值模拟方面得到了广泛应用。