激波与湍流相互作用的实验研究

在超声速湍流混合层风洞中, 以NPLS技术为基础研究了激波与湍流的相互作用, 观察到了斜激波与湍流边界层的相互作用以及湍流混合层中的大涡对斜激波的影响. 所得到的NPLS实验图像不仅再现了复杂的流场结构, 而且不同图像之间还具有时间相关性. 在NPLS图像基础上探讨了激波与湍流相互作用的规律.     

基于NPLS的超声速层流/湍流后台阶流动精细结构研究

在Ma=3.0低噪声、吸气式超声速风洞中,对台阶高度h=5mm的超声速后台阶流场进行了精细结构测量.通过改变台阶上游壁面的表面粗糙度,实现了超声速层流、湍流两种后台阶流动.采用NPLS技术对流场整体结构的时空演化特性以及4个局部典型区域的细节结构等方面进行了实验研究.瞬态流场揭示了扇形膨胀波系、再附激波、超声速边界层及其分离、再附和恢复等结构的空间特征.通过比较时间平均的结果,可知超声速湍流后台阶流动分离后的膨胀角较大、回流区的长度相对更短,而再附后重新发展的边界层厚度以较小的倾角增长,但两种流动的再附激波角度大致相同.在时间演化上,超声速层流后台阶流动主要表现为K-H涡结构的变形受剪切、膨胀、再附以及三维效应等影响;而湍流后台阶流动则主要表现为大尺度结构在再附点前后受膨胀、黏性以及再附后逆压梯度的作用而倾斜和变形.对局部区域的研究表明,在超声速层流后台阶流场中微弱压缩波与当地对流马赫数和K-H涡结构的诱导作用有关,并且在下游汇聚成再附激波的现象明显;而湍流后台阶流场中则未有明显的压缩波和K-H涡结构,其再附激波的形成主要与壁面的压缩效应有关.     

超声速混合层密度场测量与近似重构

利用纳米示踪粒子研究了超声速混合层的密度场结构.探讨了基于实验图像的密度场校准方法,采用斜激波实验校准了示踪粒子浓度与当地流场密度之间的关系.针对混合层流动图像的实际特征,校准了光强分布不均匀对密度场测量的影响.以对流马赫数0.12混合层为研究对象,测量得到了相应的密度场结构.根据混合层展向结构的涡结构特征和流向的密度场分布,近似重构了超声速混合层的密度场,所得到的密度场结构较好地反映了混合层流动的三维特征.     

TC-1卫星在近地磁尾(9～13 R_E)探测到的对流型高速流和场向高速流

对2004～2006年期间每年的6～11月(2006年截止到10月),共17个月的TC-1卫星上4s精度的FGM和HIA数据进行了统计分析.统计结果显示:在区域(-14RE相似文献   

TC-1卫星在近地磁尾(9~13 RE)探测到的对流型高速流和场向高速流

对2004~2006年期间每年的6~11月(2006年截止到10月), 共17个月的TC-1卫星上4 s精度的FGM和HIA数据进行了统计分析. 统计结果显示: 在区域(-14 R_E < X <-9 R_E, |Y |< 10 R_E, |Z| < 5 R_E)内, TC-1卫星共观测到的高速流事件共465起, 其中对流型高速流94起, 场向流型事件371起. 对流型高速流和场向高速流有明显不同, 主要表现在: 对流型高速流流场和磁场夹角超过45°, B_x磁场强度小于15 nT较弱, β 的最可几值为0.4; 场向高速流流场和磁场夹角的最可几值为20°, B_x磁场强度的最可几值约为30 nT, b 的最可几值0.1. 对流型高速流主要发生在等离子体片内; 场向高速流主要分布在等离子体片边界层附近. TC-1卫星的观测结果表明, 近地对流型高速流与爆发性整体高速流(bursty bulk flows, BBFs)的特性一致, 说明有相当数量的BBFs是可以进入近地13 R_E以内的. 由于对流型高速流能够更有效的向近地磁尾输运能量, 有可能会对亚暴触发过程产生重要的影响.     

基于NPLS 技术的气动光学畸变测量方法与应用

现有的气动光学畸变测量方法, 存在时空分辨率不高、受环境和积分效应影响等问题. 本文提出了一种新的超声速流场气动光学畸变测量方法, 基于自主开发的超声速密度场测量方法, 借助光线追迹法测量超声速流场某一截面对应的气动光学畸变. 与其他测量方法相比, 该方法有3 个显著的优点: (1) 高时空分辨率, 时间分辨率为6 ns, 空间分辨率最高可达微米量级; (2) 可避免传统方法的积分效应, 对感兴趣的局部流场进行研究; (3) 可避免风洞实验段壁面边界层和环境扰动等因素的影响. 采用该方法, 对超声速光学头罩流场的气动光学畸变进行了测量研究. 高时空分辨率的测量结果揭示了精细的波前畸变信息; 对局部流场的研究结果表明, 激波、膨胀波和湍流边界层对气动光学畸变有不同程度的影响; 测量范围的可控性, 使得测量结果免受风洞壁面边界层和环境等因素的影响.     

新一代绿色超声速民机的发展现状与挑战

高速、安全的旅行和运输是人类久远的梦想.随着世界各地往来日益频繁和困扰超声速商业飞行的绿色超声速民机关键技术逐渐取得突破,重返商业超声速飞行的历史机遇呈现在公众面前.现在启动我国超声速商业飞行计划恰逢其时,一旦实现必将对国际商业航空产业格局产生深远影响.     

黄鳝二价体的一种“类刷形染色体”现象

在部分粗线期分裂相中发现一种未曾见报道的二价染色体结构特征——“类刷形染色体”现象.具此特征的二价体上,可观察到一条沿纵向长轴分布的核状结构和许多在两侧分布的环状结构.本文对上述现象进行了分析和讨论.     

天堂鸟翼凤蝶平板模型绕流特性实验研究

蝴蝶的扑翼飞行因其相对翼展较大、扑翼频率低等特点引起广泛关注, 尤其是具有越 洋迁徙特性的蝴蝶更是备受瞩目. 本文以天堂鸟翼凤蝶这种长距离迁徙蝴蝶作为研究对象, 设计了简化模型, 应用氢气泡流动显示的方法研究该蝴蝶翼面绕流结构, 包括前缘涡、翼尖涡、翼身相交处的分离泡和马蹄形尾迹等流动结构, 并进一步讨论了各绕流结构随迎角的变化规律. 特别是在本实验条件下观测到的倒八字形前缘涡结构, 是一种新的流动现象.     

利用3D 激光扫描技术分析周口店直立人脑的不对称性

探讨早期人类脑不对称性的主要研究材料是古人类颅内模, 即从颅骨内表面得到的脑的外部形态. 由于受研究材料和方法的限制, 对脑不对称性的研究一般只局限在左右半球向前、向后突出的程度, 或者对脑的前部、后部宽度的对比上. 本文利用3D 激光扫描技术, 对距今40~80 万年前的周口店直立人脑的不对称性进行了研究, 通过与现代人颅内模对比, 显示周口店直立人和现代人在左右半球的绝对脑量和表面积上都没有表现出明显的不对称性,然而在脑量和表面积构成的相对脑量上表现出明显差异: 周口店直立人左右半球的相对脑量没有显著差异, 个体间差异较大; 现代人左半球的相对脑量明显大于右半球, 个体间变异范围较小. 提示在人类进化过程中脑的不对称性不是发生在左右半球的绝对脑量上, 而是起源于相对脑量的变化, 这种解剖结构的变化可能与脑一侧优势的演化过程相关.     

高超声速空气动力学研究进展与趋势

高超声速空气动力学是空气动力学研究的前沿,它随着现代高超声速飞行器的发展需求而发展.未来高超声速空气动力学的发展趋势可大致概括为:重视物理建模、预测的精细化;重视实用的高性能计算、海量信息的提取和理解;重视飞行器与流动的非定常、非线性的耦合运动及控制研究;重视多目标/多学科优化设计、发展新的交缘学科.建议学科重点发展方向为:高温气体、化学非平衡效应与材料耦合响应的物理建模;临近空间飞行器跨流域复杂非平衡绕流问题的数值模拟;高速飞行器动稳定性与控制;实用高性能计算方法与海量信息的提取;气动数据不确定度与多目标优化;多物理场耦合、多尺度数值模拟方法.     

地球内部热散失量分布的非对称性

采用Pollack等人 1993年给出的全球热流场 12阶球谐系数 ,求出南、北半球以及0°半球、180°半球的平均热流值和热散失量 .计算结果表明 ,南半球平均热流值为 99 3mW·m^-2 ,显著高于北半球平均热流值(74 0mW·m^-2 ) ;0°半球的平均热流值 (94 1mW·m^-2 )也高于 180°半球 (79 3mW·m^-2 ) .南半球的地幔热散失量达 22.1× 10¹²W ,是北半球地幔热散失量(10.8×10¹² W )的两倍;0°半球的地幔热散失量为16.9×10¹² W ,与180°半球的地幔热散失量16.0× 10¹²W相近 .大陆与海洋在全球的非对称分布是导致地球内部热散失量具有半球非对称性的原因 .热散失量的非对称分布是地质历史中的长期现象.     

螺旋结构日珥宁静和爆发的判据

不少作者从观测上或理论上研究过螺旋结构日珥的演化规律和特征.我们早先对几个螺旋结构宁静日珥和爆发日珥的分析,已确认Lundquist场是描述螺旋结构日珥内部磁场分布的合适位形.本文利用能量原理讨论Lundquist场的稳定性判据,并与28个螺旋结构日珥的观测资料进行比较.不仅进一步证实Lundquist场与螺旋结构日珥之间的密切关系;更重要的是找到了螺旋结构日珥宁静或爆发的判据,以及日珥爆发的物理原因.     

激波不稳定性效应的k-ε可压缩修正湍流模型

针对高速可压缩湍流流动, 在已有的压力膨胀项和可压缩耗散率的可压缩性修正湍流模型基础上, 引入激波不稳定效应修正, 发展了一个新的可压缩性修正k-ε湍流模型. 新模型采用抑制湍流动能和耗散率方程中湍流动能产生项的方法模化激波不稳定性效应, 压力膨胀项和可压缩耗散率的可压缩性修正采用广泛使用的Sarkar修正模型. 新模型物理意义明确, 形式简单, 可适用于超声速复杂湍流流动. 对自由流动中超声速混合层和复杂的超声速横侧射流干扰流场的多个工况进行计算分析以及与实验结果的比较, 表明本文发展的k-ε模型能抑制过大的湍流动能增长, 预测结果显著优于标准k-ε模型. 对超声速混合层流动, 新模型准确预测到了混合层增长速率随对流马赫数增加而减小的趋势, 与实验结果符合地较好. 对复杂横侧射流干扰流场中的分离流动, 激波不稳定性修正抑制激波区域过大的湍流动能增长, 计算出较宽的激波区域, 从而显著改善了对强分离流动的预测结果. 流体分离越强, 修正模型效果越明显, 即使在强分离情况下, 新模型的预测结果也与实验结果较好吻合.     

TC-2/中性原子成像仪观测到等离子体片纵向振荡

2005年8月24日磁暴期间(Dst = -219 nT ), TC-2卫星上的中性原子成像仪(NUADU)观测到了绕近地等离子体片区磁力线作螺旋运动的全空间4π立体角离子通量分布. 在TC-2卫星历时34 min的多次穿越等离子体片过程中, 多个能量离子束事件均具有绕磁力线呈现两个对称环状离子通量分布特征. 在每一次穿越等离子体片过程中低频波探测器(LFEW/TC-2)都探测到了频率略高于低混杂波摸的哨声波摸合声的增强. 比较离子投掷角分布与磁场, 我们发现场向能量离子通量增强总伴随有等离子体片磁力线的尾向拉伸; 垂直磁力线方向的能量离子通量增强却伴随有等离子体片磁力线的地向压缩, 并出现总磁场强度的峰值. 由于平行和垂直磁力线的离子通量增强是间歇性地交替出现, 探测数据揭示了一种近地等离子体片磁力线的纵向振荡(磁力线的尾向拉伸和地向收缩)过程, 这有助于在近地等离子体片区域形成离子与场的相互作用区, 从而触发磁暴期间的连续极光亚暴.     

激波不稳定性效应的k-ε可压缩修正湍流模型

针对高速可压缩湍流流动,在已有的压力膨胀项和可压缩耗散率的可压缩性修正湍流模型基础上,引入激波不稳定效应修正,发展了一个新的可压缩性修正k-ε湍流模型.新模型采用抑制湍流动能和耗散率方程中湍流动能产生项的方法模化激波不稳定性效应,压力膨胀项和可压缩耗散率的可压缩性修正采用广泛使用的Sarkar修正模型.新模型物理意义明确,形式简单,可适用于超声速复杂湍流流动.对自由流动中超声速混合层和复杂的超声速横侧射流干扰流场的多个工况进行计算分析以及与实验结果的比较,表明本文发展的k-ε模型能抑制过大的湍流动能增长,预测结果显著优于标准k-ε模型.对超声速混合层流动,新模型准确预测到了混合层增长速率随对流马赫数增加而减小的趋势,与实验结果符合地较好.对复杂横侧射流干扰流场中的分离流动,激波不稳定性修正抑制激波区域过大的湍流动能增长,计算出较宽的激波区域,从而显著改善了对强分离流动的预测结果.流体分离越强,修正模型效果越明显,即使在强分离情况下,新模型的预测结果也与实验结果较好吻合。     

极光半球能量季节变化与太阳活动周期的关联

极光半球能量(auroral hemispheric power,HP)是指通过极光沉降粒子进入地球南北半球的总能量,其南北半球不对称性或者季节不对称性早已为人们所熟知,即冬季半球的HP与同期夏季半球的HP存在差异,但对于究竟冬季半球还是夏季半球获取更多极光能量尚有争议,且迄今还没有关于极光能量半球不对称性与太阳周期关联的报道.本文根据NOAA卫星1979~2010年获得的极光能量数据,分析了极光半球能量HP的季节不对称性对太阳周期的依赖.分析结果表明,HP的半     

我国海岸沙丘石英砂表面结构特征再探

海岸沙丘砂有无典型的表面结构特征的问题,国内外学者有不同看法.近年,作者在我国地处南北方不同气候带的海岸沙丘中,共取了21个沙样,每个沙样任取20～25颗石英砂粒,经样品制备,进行了扫描电镜观察,共计观察了500颗石英砂粒,并对观察到的表面结构特征,运用环境颗粒百分比法作定量分析.现据观察与定量分析结果,对其特征提出再认识.1 石英砂表面结构     

区域平均温度计算的最优权重方法——Ⅰ.理论分析

资料空间覆盖不均匀给全球(或半球)及区域平均温度的计算造成了很大困难.在求全球(或半球)平均温度时,Jones,Hansen,Vinnikov等分别用了不同的方法来解决这一问题.Vinnikov等用最优权重方法,即在误差最小的前提下,求出不同纬度带上每一站的权重,而后用加权平均方法来计算全球(或半球)平均温度.Shen等在用最优权重方法求全球平均温度方面又做了一些工作,结果表明,全球只用60多个分布合适的台站便可得到精度甚高的平均温度.     

GPS观测的2015年尼泊尔M_S 8.1级地震震前应变积累及同震变形特征

2015年4月25日,在印度板块与欧亚板块交界区的喜马拉雅地震带上发生了尼泊尔MS 8.1级大地震.震前GPS速度场和应变率场显示,喜马拉雅地震带整体表现为15.94±1.82 mm/a的压缩特征,同时还具有分段活动特征.此次地震发生在速度场顺时针旋转和逆时针旋转的分界带,该处最大主压应变率的量值在喜马拉雅地震带并非最大.GPS观测的同震位移场揭示了尼泊尔MS 8.1级地震引起的地壳变形特征,分别有9和6个测站观测到明显的水平向和垂向同震位移,其水平分量的运动方向整体表现为南向运动,位于震中东南侧的3个测站垂直分量表现为上升,其余测站为下降.中国境内距离震中最近的5个测站的垂向同震位移显示,此次地震造成珠穆朗玛峰的沉降量约为4mm.依据GPS观测到的同震位移场,利用非负最小二乘方法反演震源断层面上的滑动分布.反演结果表明最大滑动量为6.84 m,滑动量较大的区域分布在加德满都附近及其以北区域的下方,这可能是造成加德满都地区具有较大破坏的原因之一,该滑动分布模型能够很好地解释GPS观测到的同震位移.利用此滑动分布模型计算的地震矩为8.21×1020 N m,对应的矩震级为MW7.9.