我国风能利用的现状与展望

<正>风的能量来源于太阳辐射。当太阳光照射到地球表面,地表各处受热不同,产生温差,引起大气的对流运动,从而形成风。可见风的能量是来自太阳的,太阳辐射出来的光和热是地球上风形成的源泉。这是一种前途广阔的可再生能源。     

浮升力在竖直通道湍流中的作用

采用直接数值模拟方法研究了在不同湍流引发机制作用下竖直槽道湍流中统计量的变化以及湍流结构的变化,分别给出了强迫对流、混合对流和自然对流湍流时平均速度、平均温度、湍流脉动强度、雷诺切应力的统计结果以及湍流结构.结果表明:与强迫对流时相比,混合对流时浮升力作用使高温侧的平均速度升高,速度脉动强度降低,而低温侧的平均速度降低,速度脉动强度升高;浮升力使温度脉动强度在壁面附近区域显著增强,而在通道中心区域变弱.与强迫对流和混合对流的情况相比,自然对流的平均速度分布关于通道中心线反对称,通道中间区域的速度脉动强度最大,温度脉动强度则最小;雷诺应力最大值出现在通道中心区域,而负的雷诺应力产生在壁面附近.     

识雷防雷击

雷电是自然界的大气放电现象。这是大气中存在着大量的自由电荷,空气中含有水汽,自由电荷被水汽吸收。当气候变化时,空气发生强烈的对流,水滴被分裂成带正、负电荷的小水滴,渐渐在大气中形成分别带有正电和负电的雷电层。随着电荷的积聚,电压逐渐升高。当两块带不同电荷的云层互相靠近,正、负电荷积累到一定程度时,就会产生放电现象,出现耀眼的闪光。因放电温度高达摄氏2万度,引起空气受热急剧膨胀发生巨烈的轰鸣,形成雷电,俗     

内爆加载下界面不稳定性和湍流混合数值模拟研究

本文采用可压缩多介质黏性流动和湍流数值模拟代码MVFT,研究了球形汇聚几何中内爆加载Air/SF_6扰动界面导致的界面不稳定性和湍流混合的演化规律和物理机制.结果表明,这种条件下会发生复杂的波系演化,进而导致界面不稳定性和湍流混合也具有复杂的演化规律.冲击波首次加载Air/SF_6扰动界面后诱发Richtmyer-Meshkov (RM)不稳定性;然后扰动界面向心加速运动,此时会发生Rayleigh-Taylor (RT)不稳定性;接着扰动界面逐渐转为向心减速运动,此时发生SF_6加速Air的致稳效应,它会抑制界面不稳定性和湍流混合的发展,使湍流混合区(TMZ)宽度增长速度逐渐减小,当RT致稳机制逐渐增强并占绝对主导时,湍流混合区宽度出现负增长.当透射冲击波聚心反弹后,对湍流混合区形成的是一个准等熵斜波-冲击波-泰勒波的二次加载过程,沿重/轻介质方向产生的是加载-加载-卸载效应.准等熵斜波加载也会对RT致稳机制有贡献.反射冲击波加载又会诱发RM不稳定性,而泰勒波加载会诱发RT不稳定性,二次加载产生的反射波聚心又反弹,进而重复准等熵斜波-冲击波-泰勒波的加载过程.汇聚几何所特有的Bell-Plesset (BP)效应会促进界面不稳定性和湍流混合发展.在球形汇聚几何中内爆加载所诱发的界面不稳定性和湍流混合发展过程中, RM不稳定性、RT不稳定性、BP效应和RT致稳机制存在互相竞争机制.湍动能分布显示湍流混合区发展沿径向是不对称的,不同方向湍动能分量和能谱结果表明湍流混合区发展还具有强的各向异性.     

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．     

云南东部冻雨的成因分析

应用常规气象探测资料,通过天气学及诊断分析研究了2008年2月上中旬云南东部地区出现冻雨天气时的环流形势和物理量场,结果发现:云南冻雨产生的日降水量并不大,但在大气环流背景稳定的条件下可持续较长时间,冻雨发生时天气形势表现为500 hPa上云南大部为西偏北气流控制,有冷平流输送,但无明显南支槽活动;700 hPa上云南西南部有弱的西南气流,具有暖平流输送,但湿度不大;850 hPa上贵州存在152 dagpm以上冷高压,低层冷空气具备较强势力;地面图上云南东部地区处于昆明静止锋后部,且环境温度场低于0℃.进一步分析冻雨地区的探空曲线,发现冻雨形成时大气具有“上下冷中间暖“的层结特征,700 hPa附近有逆温层,且逆温层顶温度在0℃附近或以上,逆温层的存在是形成冻雨的必要条件.形成冻雨的上升运动并不剧烈深厚,但需具备一定的水汽条件,当高层的雪花从静止锋上的雨层云的中上部落入逆温层内0℃以上的暖层时,雪花融化为雨滴,雨滴再落入静止锋内温度低于0℃的冷气层中,雨滴尚未冻结而呈过冷却状态,过冷却水滴降落到地面或其它物体表面形成冻雨,冻雨出现在昆明静止锋后部温度低于0℃的区域.     

大别山区地形对春季冷锋附近中尺度对流系统影响的数值模拟研究

安徽省地处亚热带气候和温带气候的过渡带,从副热带高压边缘和孟加拉湾汇合而来的西南暖湿空气与北方南下的干冷空气经常在江准流域相遇,带来丰沛降水.其中,当大别山受暖湿西南气流影响时,其北部易触发对流,出现中小尺度对流系统;当有冷锋等系统影响时,山区北部易出现对流旺盛的中尺度对流系统(MCS).选取2005年3月10日的冷锋过程用天气研究预报模式(WRF)分析研究了大别山地形对冷锋附近MCS发生发展的影响.研究表明:由于大别山地形的作用,山区北部的温度和湿度明显高于平原地区,这一方面产生平原和山区之间的水平气压梯度,形成局地中尺度力管环流,具有触发对流的作用;另一方面,又使山区北部的大气层有大的对流有效位能(CAPE),一旦对流发生,容易剧烈发展.此外,当冷锋移近时,由于大别山的影响,锋后东北风在山区北侧发生堆积和偏转,形成了额外水平风场辐合,使MCS更易形成和维持.     

超音速气流中受热壁板的非线性动力学分析

研究了超音速气流中受热壁板的非线性动力学行为.用规范型方法研究了受热壁板由于Hopf分岔产生的颤振.数值模拟验证了理论分析的结果.利用Runge-Kutta方法对系统进行了计算,给出了系统的相图、分岔图,发现该模型存在混沌运动.当系统参数变化时,该系统可经过倍周期分岔进入混沌或产生阵发性混沌.     

2013年8月17日黄山莲花峰重大雷电灾害的气象分析

用安徽省黄山气象站地面观测气象资料、美国NCEP全球分析FNL资料,对2013年8月17日黄山莲花峰雷电灾害进行气象分析.主要结果如下:我国东北伸到长江下游为冷槽,测站受其影响;低层东伸的湿舌为测站提供了丰富的水汽.T-lnp图上对流有效位能为397J/kg,对大气对流具有重要作用.低空假相当位温随高度减小,表明存在潜在的对流性不稳定条件;受日射作用,测站中午前后低层空气被下垫面加热,使气层变得不稳定,均有利于对流天气的出现.黄山地形对气流的抬升作用,触发或加强对流天气产生.     

北天山东段一次暴雨过程的数值模拟研究：动力与微物理机制

利用WRF中尺度数值模式对2010年6月22日~23日发生在新疆北天山东段的一次暴雨过程进行数值模拟研究,重点探讨了暴雨过程形成演变的动力与微物理机制。结果表明,控制北疆的西北气流遇到博格达山脉,在迎风坡的强迫抬升作用下,形成对流单体并维持加强。降水蒸发冷却与摩擦拖曳产生的下沉气流紧贴迎风坡地表下泄,与环境西北气流对冲辐合引起对流区域由山坡向山前扩展。霰通过收集云水增长是降水形成的主要微物理机制。当云水被上升气流输送至-20℃以上时,能有效促进霰的增长过程,霰碰并雨滴(低层)及冰雪晶(高层)为霰增长的次要机制。     

风电场复杂地形效应的数值模拟及微观选址

以复杂地形风电场微观选址问题为背景,通过对孤立山丘、断崖和山谷复杂地形的数值模拟,研究坡度和粗糙度对不同地形的风场影响,并在数值模拟结果的基础上进行了风场的微观选址分析.通过对三种不同地形模型进行数值分析,在坡度越大时山顶处的风速就越大,粗糙度越大风速就越小,并容易产生回流区.对于山丘模型,在背风面坡脚处湍流强度最大,风机应选址在山顶或半山坡以上;对于断崖模型,在山顶处湍流强度最大,风机适宜选址在坡顶和坡顶水平后方;而对于山谷模型,在谷底处湍流强度最大,风机适宜选址在坡顶处.     

房间内强自然对流的两方程模型模拟研究

强自然对流是火灾时的主要流态之一,利用标准火灾房间内的基准实验数据,比较了工程上常用的3种两方程k-ε模型在预测大功率热源引起的强自然对流时的效果,即Standard(标准)k-ε模型,RNG(重整化)k-ε模型和Realizable(可实现)k-ε模型.研究发现火灾房间内存在垂直方向的下低上高的温度分层,且加热量越大,垂直温度分层的梯度也越大.Standard k-ε模型计算得到的热源附件的湍流动能最大,湍流黏性也最大.总体而言,Realizable k-ε模型的模拟效果稍好于Standard k-ε和RNGk-ε模型.3种k-ε模型预测的温度场准确度比自然对流速度场要高.在房间的中央位置,水平方向的室外流入气流与浮升力气流相互作用导致流态复杂,两方程模型在模拟这一现象时效果不佳.     

TA2-Q235B爆炸复合板钢侧组织特征

借助光学显微镜、电子背散射衍射和扫描电子显微镜等测试技术和手段,系统地研究热处理温度对TA2--Q235B爆炸复合板钢侧组织转变的影响,并分析了其形成机理.结果表明:在热处理过程中,钢侧界面组织发生脱碳,形成完全由铁素体组织组成的脱碳层,这些铁素体没有织构特征;当热处理温度在850℃及以下时,钢侧界面组织在靠近波头漩涡的地方发生异常长大,形成粗大的铁素体;当热处理温度在900℃及以上时,钢侧界面组织在钛钢复合界面上发生异常长大,产生柱状的铁素体组织.这些组织的形成受到碳元素的扩散和钢侧基体组织相变的共同作用.热处理过程中,界面产生的TiC在界面上分布不均,随温度升高,在界面局部富集,从而加速了碳元素向界面的扩散.     

车顶绝缘子绝缘薄弱域的形成及影响因素研究

随着空气湿度及固体污秽等因素的影响,动车组车顶绝缘子表面存在的局部沿面放电会给列车运行安全造成严重威胁.依据有限元分析法,建立了25kV动车组车顶绝缘子流场及电场的三维模型,研究了高速气流、水珠及固体污秽对车顶绝缘子绝缘薄弱域形成的影响规律.结果表明:绝缘子表面气流速度较高、气压较低的侧风面及背风面区域容易发生局部沿面放电.当绝缘子表面附着雨滴和固体污秽后,表面电场发生了畸变,水珠周围局部电场强度增大;当水珠局部电场强度较大区域附着固体污秽时,水珠-污秽-空气-硅橡胶结合处形成新的绝缘薄弱域.     

双层皮带机防雨罩流场和粉尘浓度场分析

上层运煤下层运粉煤灰的双层皮带机比常规单层皮带机高度增加,为了确定双层皮带机防雨罩的最适高度,防止在17 m/s强侧风环境下粉尘泄露污染环境,以气固两相流理论为基础,运用Fluent软件分别在有无强侧风的条件下,对双层皮带机的防雨罩内流场和粉尘浓度场的分布进行数值模拟。计算结果表明,强侧风会强化双层皮带之间形成的流动漩涡,从而可能导致粉煤灰被吹动,当侧风速度为17 m/s时不会导致形成的漩涡强度过大,粉煤灰不会被吹到罩外。有侧风时防雨罩顶部会出现非常高流速（高达55 m/s）的风,在对其进行强度设计时必须考虑由于强风冲击造成的受力。有侧风时防雨罩内粉尘浓度最大位置出现在运煤皮带和煤堆交界处,其次是运粉煤灰皮带和粉煤灰堆交界处,当侧风速度为17 m/s时,防雨罩外部空间的粉尘浓度均小于4×10^-6 kg/m³,满足《煤矿安全规程》的要求。     

城际铁路隧道列车风特性及对人员安全的影响分析

采用数值模拟方法,对列车在城际铁路隧道内运行过程中所产生的列车风变化过程进行分析,计算CRH2流线型列车在隧道内运行时,隧道内沿纵向不同位置列车风最大风速,进一步探讨隧道内列车风纵向和横向分布特性,并参考相关标准分析隧道内轨侧疏散通道、轨下疏散通道进行人员疏散时的安全性.结果表明:车头风速梯度很大,且在车头侧面空间出现风速转向,环隙空间内气流流动为典型的Couette湍流流动和Poiseuille湍流流动的叠加,车尾风速最大,对轨侧人员安全最为不利;CRH2流线型车以200km/h速度运行时,轨侧疏散通道最大风速17.2 m/s,轨下疏散通道口及通道内最大风速分别为15.2和9.5 m/s.按照16.9 m/s风速标准进行判断,人员可从轨下疏散通道进行疏散.     

晶体旋转对浅层内热毛细对流的影响

为了了解微重力下水平温度梯度作用时晶体旋转对Czochralski结构浅液池内硅熔体热毛细对流的影响,利用有限差分法进行了非稳态三维数值模拟,坩埚外壁被加热,半径为50 mm,晶体半径为15 mm,液池深度为3 mm,坩埚外壁与生长界面温差为16 K.模拟结果表明,晶体无旋转时,熔体表面会出现稳定的轮型,当晶体转速较低时,表面轮型会随晶体慢速旋转;当晶体转速超过4 r/min后,表面轮型运动速度发生突变,此时将出现热流体波.     

风波水气界面湍流涡旋结构研究

采用有限体积方法和自由界面捕捉格式,发展了基于单流体模型的水气两相流数值仿真模型.所用的对流格式具有良好的数值黏性,不仅能够有效地保证在密度不连续和具有奇异源项条件下的计算稳定性,还可隐式地模拟亚网格尺度湍流的黏性效应.作为该领域的探索性研究,我们模拟了风驱动水面波(风波)的发生和发展过程,研究了水气两相流空气侧涡旋运动的发展演变规律.揭示了自由界面附近空气侧涡旋的主要结构特点,涡旋结构与雷诺应力的相互关系,以及两相流中流向涡输运过程的主要特征,并与单相槽道平壁湍流进行了对比分析.     

江苏西部—次大暴雨过程的中尺度分析

利用常规探测资料、NCEP10？10再分析资料、结合江苏省自动气象站观测资料、追踪南京多普勒天气雷达观测资料、垂直风廓线产品以及FY2C红外卫星云图分析发现：在这次暴雨过程中,对流不稳定能量、700hPaθse高能舌的形成和锋区的分布是揭示强雷雨活动的重要特征。在θse的剖面图上,θse高能舌跃过500hPa,是判断盎夏季节强雷雨结束的重要信号。新对流与MCS结合会触发新的MCS迅速发展增强。相对于对流层的平均风而言,新的对流在MCS的上风方发展,MCS将逐渐东移。利用多普勒雷达垂直风廓线产品能很好地追踪冷空气的活动。另外,当自动气象站地面风场产生扰动形成气旋性波动时,雨团将会在气旋性区域内发展并作相应的移动,这对短时临近落区预报有指示意义。     

加热沥青桶时应注意哪些安全事项

加热桶装沥青,曾发生过爆炸事故。究其原因,主要是铁桶盖上没有放气孔。当桶内沥青受热熔化后,产生大量的水蒸汽或其他气体,聚积在桶的上方不能排出,随着加热温度不断上升,桶内的压力增高。当桶内压力超过铁桶所能承受的压力时,就会发生爆炸。另外,或者是铁桶盖上虽有放气孔,但气孔盖螺帽常因生锈或沥青粘死打不开;再就是铁桶斜放加热,结果当沥青熔化后,使放气孔被沥青堵死,大量水蒸汽和其他气体聚积在桶的上面而无法排出,也会产生爆炸。