均匀各向同性湍流的涡旋结构的统计理论

湍流运动是自然界和工程技术,如气象、水利、航空、喷气技术、化工、受控热核反应和大气污染等领域中普遍出现的流体运动。几十年来,湍流实验技术有很大进展,但理论研究却遇到很大困难。过去,我们曾提出:必须直接从粘性流体运动方程解得的小轴对称涡旋作为随机地组成均匀各向同性湍流运动的湍流元的统计观点,并分别用相似性条件得出衰变后期的运动解和初期运动的一些结果。但这两种涡旋结构的相似性统一不起来。在文化大革命和批林批孔运动的鼓舞下,根据毛主席“独立自主、自力更生”的教导,我们对过去的统计观点又作了进一步的研究。多年来在实践中反复观察和分析,我们发现作为湍流元的涡旋的结构并不服从简单的相似性规律,它在涡旋衰变过程中产生一种伸缩现象。为此,我们首先提出一个涡旋尺度-涡旋雷诺数关系;其次引进准相似性解的概念,它包括一般相似性作为特例。在小涡旋雷诺数流动情况下,我们计算得到的,包括从衰变初期到后期的整个范围内的湍能衰变规律、湍流微尺度和二元速度关联,都和实验符合得很好。我们还计算了能谱交换函数。     

旋转大气中运动的非线性相互作用和旋转适应过程

本文研究了在引力场和旋转力场中流体运动的基本规律性,提出“旋转适应”概念,证明在一定条件下有“旋转适应过程”,即运动最终趋向于轴对称带状环流状态,但在另一些条件下,则不可能有完全的适应,例如存在多个涡旋中心则永远不可能演变成轴对称环流,旋转适应过程可以解释大气运动中有“负粘性”、能量集中过程以及由低指数环流向高指数环流转换的过程。其次,文中指出高空强涡旋中心和地面上平流区的配置是决定中长期天气演变过程的主要因子,文中还讨论了能量沿不同尺度运动的转移过程,指出Fjφrtoft的结果不能直接应用,旋转大气运动不具有各向同性。     

不可压缩均匀各向同性湍流的统计理论

本文根据均匀各向同性湍流的涡旋结构理论,从Navier-Stokes方程出发,引进了准相似性条件,认为均匀各向同性湍流场在衰变过程中具有相似性,相似性尺度由表征湍流强弱的湍流脉动速度均方差q以及与特征涡旋尺度具有密切关系的湍流广义Taylor微尺度λ所决定,在对均匀各向同性湍流场计算中,假定湍流脉动在空间呈周期性,周期性尺度正比于λ。 本文对脉动速度等物理量用Fourier级数展开,将在物理空间上的计算转化到谱空间上,利用快速Fourier变换,采用前差格式和Leap-frog格式,对不同Reynolds数的均匀各向同性湍流场从衰变后期到前期进行了计算,得出了与实验较符合的结果。     

扭秤周期法测量万有引力常数G

在华中理工大学引力实验中心的山洞实验室进行了扭秤周期法测量万有引力常数G的实验 .初步的实验结果为G =( 6 .6 6 90± 0 .0 0 1 6 )× 1 0 ^-11m³ ·kg^-1·s^-2 ,其相对精度为 240× 1 0 ^-6.这一结果在3σ范围内与1986年Cohen和Taylor给出的平均值相吻合 .     

向列相液晶与朗道相变理论

本文给出了把de Gennes-Landau理论应用于向列相液晶的正确结果,解释了“相干长度”的临界指数在相变温度的上、下两边并不对称的实验事实,与一般的结论相反,文中指出,上述理论在定量上是与实验不相符合的。     

利用金刚石对顶砧超高压装置测量金属高压电阻变化率的实验方法的建立及锰铜高压电阻变化率的测量

本文建立了一个利用金刚石对顶砧超高压装置测量金属高压电阻变化率的实验方法,并用这种方法研究了锰铜的高压电阻变化率,压力达18.5GPa。实验表明:在低于13GPa的压力范围内,锰铜电阻随压力的变化呈一线性关系,在13—18.5GPa的压力范围内则是另一线性关系。在13GPa附近,出现一个线性关系的“转折点”。在“转折点”以下我们测得的压阻系数为0.024GPa^-1与Barsis和Kume以及苏昉等人最新给出的结果都符合得很好。在“转折点”以上,需用新的线性关系来描述,对应的压阻系数为0.020GPa^-1。     

激光驱动NaF等离子体keV能区线谱X光转换效率

本文报道了LF-11 Nd-玻璃激光器件驱动NaF等离子体0.9—1.5nm线谱X光转换实验的理论工作。结果表明:激光(λ=1060nm)功率密度在1×10¹³—3.5×10¹³W/cm~2内变化时,0.2％<ε<1％。对ε随λ的变化也做了讨论。同时,将理论结果与实验做了比较。     

南岭花岗岩熔化实验的初步研究

本文根据南岭代表性广泛的加里东期石英闪长岩、海西期堇青石黑云母花岗岩、燕山早期黑云母花岗岩和燕山晚期锂云母钠长石花岗岩以及板溪群石英云母片岩、建欧群石英长石云母片岩等的熔化实验与部分人工合成花岗岩结晶实验研究结果,讨论了南岭区花岗岩的成因.基于四种花岗岩初熔温度分别为:720°,710°,680°,576℃及后三种花岗岩包果体测温分别为:650°,675°—680°,512°—530℃,结合大量地质资料,初步认为,花岗岩主要是岩浆形成,而非花岗岩化(交代)成因。     

低超声速绕球流动的数值模拟

本文选择对不同Mach数M_∞都适用的曲线坐标和转换函数,将物理平面上的控制方程变换到计算平面上去,并使计算流场的范围都落在脱体激波、物面和声速线附近。这样在M_∞→1的低超声速下脱体激波远离物体时大大地缩小了计算流场的范围。本文用高精度的TVD差分格式求解了低超声速圆球绕流,所得结果如脱体激波、声速线位置等与实验结果吻合极好,解决了多年来在1.3≥M_∞>1范围内一些圆球绕流介的矛盾结果。本文得到的M_∞=1.05下的绕球流场结果是目前尚未见到的。     

三涡旋模式理论中小涡旋的二元和三元速度关联函数和网格湍流的衰变*

在三种涡旋分开考虑的湍流模式[1,2]里,我们用到了小涡旋的二元和三元速度关联函数。本文对小涡旋的二元和三元速度关联函数进行了讨论,并且对它们展开式的头几项中常用到的系数给出了表达式,最后,用它们讨论了网格湍流的衰减问题.计算结果与G.K.Batchelor和A.A.Townsend的实验[3]相符合得很好.