低纬磁层顶的平衡结构

采用了含磁场剪切的新的磁层顶模型,在Vlasov-Maxwell方程组框架下,解析地求得等离子体平衡分布函数,讨论了低纬模型磁层顶的特征。结果表明:(1)低纬磁层顶等离子体平衡分布函数由一个均匀Maxwell分布和两个非均匀的漂移Maxwell分布组成,速度分布中存在以不同速度作横场漂移的“洞”和“鼓包”结构.(2)从磁层顶外侧向内侧密度单调下降.(3)电流分布为一典型电流片结构.(4)在一定温度条件下,磁层顶厚度可以大于离子回旋半径,这些结果适用于行星际磁场北向分量间隔期间低纬磁层顶区.     

基于线性化Navier-Stokes方程二维水槽内单涡到双涡的数值模拟

建立了Navier-Stokes方程的预估-校正有限差分方法,在此基础上求得了二维水槽内部单涡到双涡的数值解,所得结果与前人的数值结果和解析解吻合很好.数值模拟结果表明,自由振动运动中自由面波高因粘性作用会发生衰减,且Reynolds数越大衰减越缓慢.在短时间内倾斜加速度激励下对于不同Reynolds数会出现一定周期的单涡.经过长时间的倾斜激励,水槽内涡场由单涡变化成双涡,而且只在较低的Reynolds数条件下出现双涡.     

基于球窝结构冷却通道的强化传热数值及实验研究

球窝作为一种小流阻的强化传热结构,在微型换热器中有较大的发展前景.该文采用实验与数值相结合的方法,研究层流条件下布置球窝结构的矩形通道内部的流动与换热特性,比较了不同球窝深度、不同Reynolds(雷诺)数对其强化换热特性的影响,并与光滑结构进行了对比.研究结果表明:随着Reynolds数的增加,换热效果逐渐增强.在3种Reynolds数(Re=500,1 000,1500)工况下,在球窝深度直径比在0.1~0.2之间时,球窝内部均存在流动分离且分离点位于球窝中心之前,球窝换热特性最好,与实验得出深度直径比为0.2时换热效果最好相吻合.在同一Reynolds数条件下,随着球窝深度的增加,其阻力特性逐渐降低.综合热特性随着Reynolds数的增大呈现下降趋势.     

振荡圆柱尾流内旋涡脱落的有序和混沌现象

研究了二维振荡圆柱后尾流内旋涡脱落的有序和混沌现象,实验Reynolds数的范围是Re=45-200。实验发现,当Re<180时,由于涡脱落的自然频率和圆柱强迫振荡频率之间的相互干涉,在通向混沌的途径上会形成“混沌窗口”。还揭示了在开放流体动力学系统内(尾流)的同步锁频现象及其与混沌现象之间的某些联系和规律。     

平面不可压缩Navier-Stokes方程五模系统的力学机理及能量演化

该文研究了平面不可压缩Navier-Stokes方程五模系统的力学机理及能量演化问题,通过将五模混沌系统转换成Kolmogorov形系统,把系统的力矩分为三种类型:惯性力矩,耗散力矩和外力矩.通过不同力矩的结合分析和研究了系统产生混沌的关键因素和物理意义.讨论了能量与雷诺数之间的关系.研究表明三种力矩的耦合是产生混沌的必要条件,而且只有耗散力矩和驱动力矩(外力矩)相匹配时,系统才能产生混沌,其中任何两种力矩耦合均不可能产生混沌.外力矩给系统提供能量,导致系统失稳出现分岔与混沌.引进Casimir函数分析系统的动力学行为和能量演化,并估计混沌吸引子的界.Casimir函数反映了能量转换和轨道与平衡点间的距离.     

湍流度对翼型绕流影响的数值模拟及与实验的对比

研究了NACA0012翼型在低Reynolds数不同湍流度下的空气动力学特性．既运用了有限谱法和QUICK格式相结合的数值计算方法,又通过实验手段,研究了湍流度对流场的影响,并得到了计算与实验相符的结果．计算结果说明了有限谱法的高精度及与其他格式结合后应用的灵活性．对翼型受力和流场的结果分析显示:低湍流度下无明显的失速特征,高湍流度下失速特征明显;湍流度还对边界层后的剪切层有很大影响,高湍流度的受力特征和流场结果与高Reynolds数下的情形相似．     

南极中山站对1998年4~5月太阳活动事件的多手段地面观测

给出1998年5月1~7日南极中山站日地物理多种仪器的系统观测结果, 并与卫星观测数据相结合, 讨论了极区电离层对1998年4~5月太阳活动事件的响应. 在磁暴的起始阶段, 极区电离层F₂层的高度急剧增加, 地磁场H分量开始负向偏移, 地磁Pc₃脉动的强度开始明显增强. 电离层扰动对轰击到磁层顶的太阳风变化有1 h量级的时延, 在5月2日0639UT左右有一个高达2.9 dB的宇宙噪声的吸收峰, 这可能与磁层亚暴在晨侧所加速的能量粒子大量注入有关. 在整个磁暴期间, 高纬电离层处于剧烈扰动状态, 表现为经常发生地磁场急剧起伏; 不时出现宇宙噪声吸收事件和强烈的ULF波; 电离层吸收很强, 以致于数字测高仪在多数时间收不到回波, 但从有限的回波数据中仍能推断出F₂层电子密度大为降低, F₂层的峰值高度上下起伏高达200 km. 还讨论了日地事件的时序因果关系.     

水轮混沌旋转的力学机理与能量演化研究北大核心CSCD

为了揭示水轮混沌旋转的生成机制,采用力矩分析方法研究了水轮混沌旋转的力学机理与能量转换问题.把Malkus水轮的数学模型转换为Kolmogorov系统,基于惯性力矩、内力矩、耗散力矩和外力矩的不同耦合模式,利用理论分析和数值仿真相结合的方法,分析探讨了Malkus水轮混沌旋转的主要影响因素和内在的力学机理.研究了水轮系统Hamilton能量、动能和势能之间的相互转换,讨论了能量与Rayleigh数之间的关系.影响水轮系统混沌生成的主要因素是外力矩和耗散力矩.通过分析和仿真得知:力矩缺失模式并不能使系统生成混沌,全力矩模式才能使系统产生混沌,即混沌发生时4种力矩缺一不可,与此同时,只有耗散和外力相匹配时系统才能产生混沌,此时水轮发生混沌旋转.引进Casimir函数分析了水轮系统的动力学行为和能量转换,并估计了混沌吸引子的界.Casimir函数反映了能量转换和轨道与平衡点间的距离,数值结果仿真刻画了它们之间的关系.     

超音速后掠椭圆柱横流定常涡的不稳定特性及转捩预测

实验发现,一定条件下超声速后掠圆柱的前半圆上可能发生定常涡引起的转捩.为了模拟高空超音速飞行器后掠翼前缘,以无限展向长度后掠椭圆柱为模型,基于eN方法,根据积分的N值,分析了迎风轴长度、Reynolds(雷诺)数、后掠角和Mach(马赫)数等参数的变化对超音速后掠椭圆柱横流定常涡不稳定性的影响.研究结果表明,后掠椭圆柱的迎风轴长度增加,会使横流定常涡的不稳定性增强;Reynolds数增大,使横流定常涡模态的不稳定性增强;不稳定性的强度与Reynolds数的大小为近似线性关系;飞行高度增加,Mach数变大,使横流定常涡的不稳定性变弱;后掠角在一定范围内的变化对横流定常涡的不稳定性影响不大.这些结果有助于提高对高空超音速飞行器翼前缘转捩机理的认识,为横流转捩预测提供理论指导     

Couette-Taylor流三模系统的混沌行为及其仿真

研究了旋流式Couette-Taylor流三模态类Lorenz系统的动力学行为及其数值仿真问题.给出了此系统平衡点存在的条件,证明了其吸引子的存在性,给出了吸引子的Hausdorff维数上界的估计,数值模拟了系统分歧和混沌等的动力学行为发生的全过程,基于分岔图与最大Lyapunov指数谱和庞加莱截面以及功率谱和返回映射等仿真结果揭示了此系统混沌行为的普适特征.     

永磁同步电动机中的混沌现象

讨论永磁同步电动机（PMSM）的动态特性,给出常输入电压、常外部扭转条件下的系统稳态特性表达式,基于Hopf分支条件提出一种调节系统参数的方法,以使其呈现极限环或混沌行为。计算机仿真结果表明在永磁同步电动机中存在混沌现象。     

微通道周期流动电位势及电粘性效应

求解了双电层的Poisson-Boltzmann方程和流体运动的Navier-Stokes方程,得到在周期压差作用下,二维微通道的周期流动电位势,流动诱导电场和液体流动速度的解析解．量纲分析表明,流体电粘性力与以下3个参数有关:1) 电粘性数,它表示定常流动时,通道最大电粘性力与压力梯度的比;2) 形状函数,它表示电粘性力在通道横截面的分布形态; 3) 耦合系数,它表示电粘性力的振幅衰减特征和相位差．分析结果表明,微通道周期流动诱导电场、流动速度与频率Reynolds数有关．在频率Reynolds数小于1时,流动诱导电场随频率Reynolds数变化很慢．在频率Reynolds数大于1时,流动诱导电场随频率Reynolds数的增加快速衰减．在通道宽度与双电层厚度比值较小情况下,电粘性效应对周期流动速度和流动诱导电场有重要影响．     

具有结构内阻尼磁性刚体航天器姿态动力学稳定性分析

在地球引力场和磁场中,在考虑了航天器结构内阻尼及气体阻力的影响条件下,研究磁性刚体航天器在绕地球圆轨道运行时可能出现的混沌问题.根据动量矩定理建立动力学模型,应用Melnikov方法证明了动力系统在一定条件下会发生混沌行为,并且给出了解析判据.最后利用数值仿真分析了系统的动力学行为,理论结果与数值仿真结果相一致.     

一类本原代换与混沌集

考虑两个符号的等长本原代换诱导的子移位. 通过探讨存在Li-Yorke混沌集的等价刻画以及证明Schweizer-Smítal混沌集的不存在性, 彻底地揭示了这类子移位在Li-Yorke意义与Schweizer-Smítal意义下可能出现的混沌性态.     

Couette-Taylor流的力学机理与能量转换

同轴圆筒间Couette-Taylor流问题是典型的旋转流动问题,它是层流到湍流过渡的范例,国内外众多学者对其进行了深入的研究.该文探讨Couette-Taylor流问题的力学机理与能量转换,通过将Couette-Taylor流三模混沌系统转换成Kolmogorov形系统,把系统的力矩分为四种类型:惯性力矩,内力矩,耗散力矩和外力矩.通过不同力矩的结合分析和研究了Couette-Taylor流产生混沌的关键因素和物理意义.研究了哈密顿能量,动能和势能之间的相互转换.讨论了能量与雷诺数之间的关系.研究表明四种力矩的耦合是产生混沌的必要条件,而且只有耗散力矩和驱动力矩(外力矩)相匹配时,系统才能产生混沌,其中任何三种力矩耦合均不可能产生混沌.圆筒旋转产生的外力矩供给系统能量,能量增长导致流动失稳,从而产生泰勒漩涡和混沌,进而得出了Couette-Taylor流的能量转换和物理意义.引进Casimir函数分析系统的动力学行为和能量转换,并估计混沌吸引子的界.Casimir函数反映了能量转换和轨道与平衡点间的距离,数值结果仿真出它们之间的关系.     

非线性弹性地基上的圆薄板的分岔与混沌问题

根据非线性弹性地基上圆薄板大幅度方程,弹性抗力有线性项,三次非线性项和抗弯曲弹性项。在周边固定的条件下,利用Galerkin法得到了一个非线性振动方程。在无外激励情况下,求出在平衡点处的Floquet指数。分析了其稳定性与可能发生的分岔条件。在外激励条件下,用Melnikov方法分析研究了可能发生的混沌振动。通过数字仿真给出了各种地基参数下混沌区域的临界曲线和相平面图。     

低Mach数翼型绕流数值模拟的低耗散预处理格式

低Mach数流动中,基于可压缩流动的数值模拟算法存在严重的刚性问题,预处理方法可以有效地解决这一问题,但其计算结果不稳定．基于原有的预处理Roe格式,引入可调节参数,得到一种新的低耗散格式．该格式可以减弱边界层以及极低速区域的过度耗散,使得整个流场计算稳定．低Mach数、低Reynolds数定常圆柱绕流和低Mach数、高Reynolds数翼型(NACA0012和S809)绕流3个验证算例表明,带可调节参数的低耗散预处理方法正确可靠,是低速流动数值模拟的有效方法．     

一个耦合双曲-抛物系统的全局光滑解

考虑一个源自生物学的耦合双曲-抛物模型的初边值问题.当动能函数为非线性函数以及初始值具有小的L~2能量但其H~2能量可能任意大时,得到了初边值问题光滑解的全局存在性和指数稳定性.而且,如果假定非线性动能函数满足一定的条件,在对初值没任何小条件假定下得到光滑解的全局存在性.通过构造一个新的非负凸熵和做精细的能量估计得到了结果的证明.     

滑移和感应磁场对Johnson-Segalman流体蠕动传输的影响

存在感应磁场和滑移条件下,研究Johnson-Segalman(J-S)流体在平面通道中的蠕动流.通道中的流动认为是对称的,并在剪切应力项中考虑了速度的滑移条件.首先给出问题的数学公式,然后在长波长和低Reynolds数近似下,求解该方程组得到摄动解,确定沿管道截面的压力增量、轴向速度、微转动分量、流函数、磁力函数、轴向感应磁场和电流密度分布公式.导出了小数值Weis-senberg数时解的表达式,分析并勾画出诸流动物理量的有趣变化.     

过渡Reynolds数下Stokes层的间歇湍流特性

针对典型的过渡Reynolds数Re=495,以壁面的表面粗糙度为激励,用数值模拟的方法研究了Stokes层的间歇湍流特性,分别从壁面平均速度梯度、平均速度剖面以及Reynolds应力等方面进行了分析.发现平均速度剖面在一个周期的大部分相位下并不符合对数律,只有减速阶段的极少数相位处与对数律符合得较好;将Reynolds应力与不可压缩边界层的结果进行了对比,发现两者从分布上很相似,包括峰值大小及位置,但二者在湍流核心区存在较大的差异.以上特性显示出Stokes层过渡阶段间歇湍流的强非平衡性.