A review of recent studies on coronal dynamics: Streamers, coronal mass ejections, and their interactions

In this article I present a review of recent studies on coronal dynamics, including research progresses on the physics of coronal streamers that are the largest structure in the corona, physics of coronal mass ejections (CMEs) that may cause a global disturbance to the corona, as well as physics of CME-streamer interactions. The following topics will be discussed in depth: (1) acceleration of the slow wind flowing around the streamer considering the effect of magnetic flux tube curvature; (2) physical mechanism accounting for persistent releases of streamer blobs and diagnostic results on the temporal variability of the slow wind speed with such events; (3) force balance analysis and energy release mechanism of CMEs with a flux rope magnetohydrodynamic model; (4) statistical studies on magnetic islands along the coronal-ray structure behind a CME and the first observation of magnetic island coalescence with associated electron acceleration; and (5) white light and radio manifestations of CME-streamer interactions. These studies shed new light on the physics of coronal streamers, the acceleration of the slow wind, the physics of solar eruptions, the physics of magnetic reconnection and associated electron acceleration, the large-scale coronal wave phenomenon, as well as the physics accounting for CME shock-induced type II radio bursts.     

Solar chromospheric spicules from the leakage of photospheric oscillations and flows

Spicules are dynamic jets propelled upwards (at speeds of approximately 20 km s(-1)) from the solar 'surface' (photosphere) into the magnetized low atmosphere of the Sun. They carry a mass flux of 100 times that of the solar wind into the low solar corona. With diameters close to observational limits (< 500 km), spicules have been largely unexplained since their discovery in 1877: none of the existing models can account simultaneously for their ubiquity, evolution, energetics and recently discovered periodicity. Here we report a synthesis of modelling and high-spatial-resolution observations in which numerical simulations driven by observed photospheric velocities directly reproduce the observed occurrence and properties of individual spicules. Photospheric velocities are dominated by convective granulation (which has been considered before for spicule formation) and by p-modes (which are solar global resonant acoustic oscillations visible in the photosphere as quasi-sinusoidal velocity and intensity pulsations). We show that the previously ignored p-modes are crucial: on inclined magnetic flux tubes, the p-modes leak sufficient energy from the global resonant cavity into the chromosphere to power shocks that drive upward flows and form spicules.     

平鲁县风能资源状况分析

通过对平鲁区近30年风观测资料的综合分析,发现平鲁区多年年平均的风速日变化范围在2.5m/s～5m/s之间,风速的日变化主要随太阳辐射的变化而变化,风速的大小受太阳辐射、下垫面和地形影响较大。指出平鲁区每年4月份的风速最大,3月份风速次大,全年风速最大的季节在春季,冬季次之,夏季风速最小;全年的风能主要是由西北偏西风和西风提供,这两个风向的风能占到总风能的72%;多年的年平均风速没有明显的增大或减少趋势。     

高层建筑气动弹性模型风洞试验研究

以高层建筑为研究背景,制作了气动弹性模型,通过风洞试验测得结构的时程响应结果,采用频谱分析求得结构的动力特性,采用自然激励技术法(NExT)和ARMA模型时序法以及改变模态阶数的方法获得结构的气动阻尼比,研究了结构气动阻尼比随风速的变化规律.在强风下,对顺风向的加速度响应时程结合滤波方法,消除横风向能量转移的影响,同时发现了涡激共振现象.考虑气动阻尼影响的情况下,刚体模型测压和测力得到的峰值加速度响应结果,与气动弹性模型风洞试验结果十分接近,验证气动弹性模型风洞试验结果的正确性.对于刚体模型,不考虑气动阻尼时,峰值加速度比气动弹性模型试验结果大很多,差值最大达到41%,但在某种工况下,气动阻尼的影响使结构的响应值增大,验证了考虑气动耦合作用在高层抗风研究中的必要性.     

MHD吸积盘上两种能量转移机制的比较

MHD张力在黑洞吸积盘模型的角动量转移上扮演重要的角色，大尺度上的MHD力矩促进吸积盘垂直向的角动量转移，并出现与吸积相关的各种流的普遍现象，而且能够影响吸积盘的辐射谱。在标准吸积盘辐射模型的基础上，考虑坡印廷流主导（Poynting-fluxdominated）和物质流主导（Mass—fluxdominated）（质量吸积率随吸积盘的半径而变化），对吸积盘辐射产生的变化。理论表明两种主导因素对标准吸积盘的辐射能够产生很好的修正。同时两种主导模型之间也存在着一定的差别。坡印廷流主导的盘产生的辐射峰值频率比物质流主导的要高。物质流主导的吸积盘产生的辐射谱型在低频部分要比坡印廷流主导的要平坦。     

广州西塔台风特性及风致结构振动现场实测研究

广州西塔楼高432 m共103层,属目前华南地区第一高楼,在台风“鲇鱼”的影响下,对其台风特性及风致结构振动进行了现场同步实测,获得了其风场特性、结构动力特性以及风致结构振动响应等相关结果.结果验证了湍流强度随平均风速增大而减小、阵风因子随湍流强度增大而增大等规律,且实测的顺风向与侧风向脉动风速谱均符合Von Karm...     

环状有限空间内水平旋转圆柱强制对流和沸腾的换热特性

研究了一水平加热圆柱在３种不同形状的环状有限空间内旋转时的强制对流和沸腾换热特性。并与静态有限空间的沸腾换热特性进行了比较。在不同的热负荷条件下，测定了圆柱转速、环状有限空间间隙和有限空间形状对换热特性的影响。     

The rotating wind of the quasar PG 1700+518

It is now widely accepted that most galaxies undergo an active phase, during which a central super-massive black hole generates vast radiant luminosities through the gravitational accretion of gas. Winds launched from a rotating accretion disk surrounding the black hole are thought to play a critical role, allowing the disk to shed angular momentum that would otherwise inhibit accretion. Such winds are capable of depositing large amounts of mechanical energy in the host galaxy and its environs, profoundly affecting its formation and evolution, and perhaps regulating the formation of large-scale cosmological structures in the early Universe. Although there are good theoretical grounds for believing that outflows from active galactic nuclei originate as disk winds, observational verification has proven elusive. Here we show that structures observed in polarized light across the broad Halpha emission line in the quasar PG 1700+518 originate close to the accretion disk in an electron scattering wind. The wind has large rotational motions (approximately 4,000 km s(-1)), providing direct observational evidence that outflows from active galactic nuclei are launched from the disks. Moreover, the wind rises nearly vertically from the disk, favouring launch mechanisms that impart an initial acceleration perpendicular to the disk plane.     

汽车散热器的一种新型试验方法

研制出汽车散热器的一种新型试验方法，它不仅满足而且优于BJ2293－78的要求，试验装置风洞的试验段为开口自由射流，其核心区的流场是均匀的，免去了JB2293－78中所采用了风筒安装汽车散热器的麻烦，在风洞的风速调节和水循环系统流量和水量温采用了计算机控制，不仅节省了测试时间，而且大大地提高了测试精度，为确保测试的顺利进行，本检测系统还备有手动操作程序。     

风能密度增加装置的设计及应用

介绍了流体力学的基本原理,研制了一种收缩喷管状的＂风能密度增加装置＂;使风吹到风机叶片之前在风速增加管中进行加速,从而增加风能密度。试验结果表明,出风口处风速是进风口的1.9倍,风能密度提高6.9倍,总动能变为1.74倍;动能的增加量是由于进风口处的部分压力能转化为出风口处的动能;由于风机的单机容量与风能密度成正比,因此该装置可以成倍的提高风机的单机容量。     

双馈感应发电机调速风力机

研究了低成本宽范围双馈感应电机调速风力机，根据数学模型导出矢量控制系统，讨论了三种四象限功率变换器，该风力机在低风速时桨距角不变，保持最佳叶尖速比以获得最大风能；在高风速时储存或释放部分能量，桨距角仅完成限制最大输出功率，减少机械应力，风能储存在风力机机械惯性中，减少力矩冲击。     

A two-solar-mass neutron star measured using Shapiro delay

Neutron stars are composed of the densest form of matter known to exist in our Universe, the composition and properties of which are still theoretically uncertain. Measurements of the masses or radii of these objects can strongly constrain the neutron star matter equation of state and rule out theoretical models of their composition. The observed range of neutron star masses, however, has hitherto been too narrow to rule out many predictions of 'exotic' non-nucleonic components. The Shapiro delay is a general-relativistic increase in light travel time through the curved space-time near a massive body. For highly inclined (nearly edge-on) binary millisecond radio pulsar systems, this effect allows us to infer the masses of both the neutron star and its binary companion to high precision. Here we present radio timing observations of the binary millisecond pulsar J1614-2230 that show a strong Shapiro delay signature. We calculate the pulsar mass to be (1.97?±?0.04)M(⊙), which rules out almost all currently proposed hyperon or boson condensate equations of state (M(⊙), solar mass). Quark matter can support a star this massive only if the quarks are strongly interacting and are therefore not 'free' quarks.     

特高压输电塔气弹模型风洞试验研究

为进一步了解特高压输电塔风振响应的特点,以正在建设的淮南-上海1000kV特高压线路中的一基双回路直线塔为原型,采用离散刚度法制作了输电塔气弹模型,进行了输电塔在紊流场中不同风速、不同风攻角下的气弹模型风洞试验.试验结果表明:输电塔模型的响应随风速的增大而增大;位移响应受风攻角的影响比较明显,在15°风时位移响应最大;各试验工况下,输电塔模型横风向的振动比较显著,X向和Y向的加速度响应处于同一量级且数值比较接近;Y向的加速度响应在0°风时最大,X向的加速度响应在90°风时最大,但任何工况下,输电塔X向的加速度响应均大于Y向的加速度响应.     

PM2.5浓度湍流特征和通量获取的实验研究

利用PM_2.5质量浓度测量仪E-Sampler的1 Hz高频采样功能, 采用涡动相关法, 计算山东省德州大气环境实验站2018年12月27日至2019年1月7日多次污染事件的PM_2.5浓度脉动和湍流通量, 探讨PM_2.5浓度湍流特征。结果表明, 实验观测期间PM_2.5浓度湍流通量均值为0.026 μg/(m²·s); 不同污染过程中PM_2.5浓度湍流通量传输方向不同, 表明不同污染过程的污染源汇属性不同。随着湍流统计特征量(如湍流动能、水平风速标准差、垂直风速标准差、水平风速、动量通量和感热通量)增大, PM_2.5湍流垂直通量呈现指数型减小的趋势, 即先急剧减小, 然后随各变量的增长变化不大。随着PM_2.5浓度增大, 其湍流通量绝对值呈现增加趋势, 因此PM_2.5浓度湍流通量的大小与PM_2.5浓度和湍流强弱有关。不稳定条件下, PM_2.5浓度归一化标准差与稳定度参数ζ = z/L 遵循-1/3幂次关系, 即 σ_c/C_* = 6.7(-ζ)^-1/3; 稳定条件下, 实验结果相对离散。另外, PM_2.5浓度脉动方差谱曲线在高频段满足-2/3幂指数率, PM_2.5浓度脉动与垂直速度脉动的协方差谱曲线在高频段满足-4/3幂指数率。研究结果表明, 利用E-Sampler的PM_2.5浓度1 Hz高频采样功能可以得到连续且有效的PM_2.5浓度湍流通量。     

直喷式柴油机缸内气体辐射传热的研究

在一台直喷式柴油机上实测了气缸内辐射和火焰辐射热流量，在此基础上，研究了气缸内气体辐射传热及其随负荷和转速变化的规律，分析了气体辐射热流量占气缸内辐射热流量和总热流量的比例随负荷和转速变化的规律．研究表明：气体辐射热流量随负荷的增加而增大，随转速的升高而减小；气体辐射热流量约占辐射热流量的15％～30％左右，此比例随负荷的减小、转速的升高而增大；气体辐射热流量约占气缸内总热流量的3%～5％左右，此比例随着负荷及转速的增加而减小．     

地形抬升型微地形下台风风场计算模拟

福建省内多山地丘陵地貌,当台风经过山岭型微地形时,由于风速叠加效应和风压改变,在微地形附近空间的风速、风向、湍流强度和风压都会产生变化。每年台风登陆都对电网造成巨大的破坏,比如倒塔、断线。本文以流体力学理论为基础,采用计算流体力学方法,通过对实际地形的建模仿真,研究地形抬升型为微地形对风速的加速作用。计算结果表明地形抬升型微地形对风速有明显的加速作用,并且超过了国家标准规定,目前输电线抗风设计的执行标准存在偏低的问题。研究结果对输电线路的抗风设计具有一定的工程参考价值。     

大跨度斜拉桥下击暴流风致振动响应实测

以苏通长江公路大桥为工程背景,针对该桥风致振动响应监测系统实测的一次下击暴流风与桥梁结构振动加速度响应实测数据,对该桥在一次雷暴天气下风速、风向及主梁振动响应进行研究.首先,对桥位处下击暴流实测风速、风向数据进行分析,获得了该桥主梁跨中、桥塔塔顶处下击暴流风的时变平均风与脉动风特性;然后,对下击暴流作用下主梁风致振动加速度响应数据进行分析.结果表明:在下击暴流作用下,该桥主梁与塔顶高度处风速发生了明显突变,持续时间约为10～24 min;主跨跨中主梁外侧边缘处下游、上游侧最大瞬时风速分别为32.4 m/s和27.3 m/s,南、北桥塔塔顶高度处最大瞬时风速分别达60.5 m/s和62.9 m/s.主梁高度处30 s时距湍流度约0.048～0.32,10 min时距湍流度约0.43～0.51;主梁下游与北塔处折减脉动风速符合高斯特性,其功率谱与Burlando等学者的实测结果吻合较好.主梁跨中附近(即NJ26D、NJ32D拉索锚固处)发生了较为明显的短时竖向与横桥向振动,相应加速度响应幅值分别为0.25 m/s2和0.10 m/s2,对应位移幅值分别为0.12 m与0.03 m;主梁竖向振动响应明显大于横桥向振动响应,主梁竖向振动主频为0.183 Hz,与主梁全桥一阶正对称竖弯振型频率0.174 Hz接近;横桥向振动主频为0.117 Hz,与主梁全桥一阶正对称侧弯振型频率0.0975 Hz接近.     

尾部喷射对流向振荡柱体尾流旋涡脱落的抑制

强迫振荡柱体绕流旋涡脱落的抑制具有重要工程意义,但比静止柱体尾流的抑制更加困难,乍前这方面的研究很少．本文采用尾部喷射方法对流向振荡圆柱尾流旋涡脱落进行抑制实验,雷诺娄Re=V∞D／慌围为2700-9800,柱体振荡幅值A／D=O．2,柱体振荡频率范围feD／V∞=0-0．36,其中亿为来沥速度,D为柱体直径．沿圆柱母线开一个与圆柱等长、宽度为h／D=O．015的缝隙,用于喷射空气．喷射麦度比W％范围为0-18,相应的流量比hVb／DV∞范围为0-0．27．风洞中的烟线显示和热线测量结果表明当喷射速度比Vb／比（或hVblDV∞）介于其下临界值和上临界值之间时,振荡柱体两侧的尾流旋涡脱落被辛效抑制．发现在非锁频和锁频两种状态下均能抑制旋涡脱落．在振频fe／V∞和喷射速度比W亿（曼hVb／DV∞）组成的平面坐标系内找出了有效抑制旋涡脱落的区域,研究了有效区域随雷诺数的变化和喷身角对抑制效果的影响,并探讨了旋涡脱落抑制机理．     

水平弯管内水合物浆的流动特性

 为了掌握水平弯管内水合物浆的流动特性,采用基于颗粒动力学理论的欧拉双流体模型进行建模研究,其中RNG k-ε 模型用于模拟湍流运动,液固两相间的曳力体现相间耦合作用。结果表明,弯头处出现了明显的二次流现象,且速度最大值分布在偏向内侧横截面上;颗粒增大了管内水合物浆湍动能,并使弯曲段的浆液湍动能分布更均匀,弯管和水合物的存在对压能损失产生影响。在相同的水合物体积分数下,浆液压力梯度随平均流速的增加而增大;在相同的流速下,浆液压力梯度随水合物体积分数的增加出现了缓慢增长区、过渡区和快速增长区。为了对堵塞风险进行有效预警,除了考虑平均流速等因素,还需要从水合物生长过程中微观特性变化的角度对压降分区和流变多样性进行探索。