常数速度梯度时均匀湍流的二元速度关联函数

在湍流脉动速度比较小的条件下,本文得到了富氏变换过后脉动速度方程的解.它所代表的涡旋,在平均速度梯度为小量时,化为具有常数平均速度梯度的、组成后期均匀各向同性湍流场的涡旋和组成后期各向异性湍流场的涡旋.利用不同时刻的这种涡旋解,组成定常的有常数平均速度梯度的湍流场,这个湍流场可以近似地表达槽流和管流近中心区域的湍流场.我们求得了这种湍流场的二元速度关联函数,包括纵向的关联系数f(γ/λ)和横向的关联系数g(γ/λ).并且和均匀各向同性湍流实验中的前期和后期的f(γ/λ)和g(γ/λ)进行了比较.并且弄清楚了速度梯度对关联系数f(γ/λ)所产生的影响,最后还得到了雷诺应力和涡旋粘性系数的表达式.     

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。     

一层空间非均匀的随机介质的二维热辐射传输

本文讨论一层空间非均勻的随机散射元介质的二维热辐射传输方程的求解。由Fourier变换和矩阵表示,可得到一维的Stokes矢量谱函数的辐射传输方程。利用小反照率近似的迭代法求解,得到辐射传输积分方程的零阶解和一阶解。对散射粒子分数体积比具有Gauss形式的非均勻分布的大气雨、云、植被的垂直和水平极化的辐射亮度温度给出了数值结果;并对辐射亮度温度与散射元不均匀分布、波长、极化、下垫界面的介电特性等关系进行了讨论。     

应用于非惯性系湍流模拟的扩展内禀旋转张量

研究扩展内禀旋转张量在非惯性系湍流模拟中的作用,特别是对代数Reynolds应力湍流模式(如非线性K-ε模式)的重要性．为此,采用几个近年来发展的非线性K-ε湍流模式模拟旋转坐标系下均匀剪切湍流,并且和大涡模拟的结果进行比较．计算结果和分析表明,需要发展更先进的非线性K-ε模式从而更好地描述非惯性系下的复杂湍流．     

准地转演变过程中的多时态特征

本文利用大气运动中多时态的概念,对准地转运动的物理特征进行了分析与研究,指出在不考虑非绝热及湍流摩擦等作用时,准地转运动中所出现的多时态或多阶段的特征,是与运动的水平尺度密切相关的.文中还对正压与层结大气中的准地转运动的特征进行了分析与比较,并讨论了二者差别的原因.     

确定湍流的涡输运系数的新方法

本文发展了一种从基本运动方程确定湍流的涡粘度、涡扩散率和湍流Prandtl数的理论方法,区别于唯象方法,不需要借助经验参数;应用于均匀湍流,得到与实验结果一致的湍流Prandtl数;并且能计算Boussinesq模型的误差,评估各种方法的优劣.     

壁面加热湍流耗散率标度指数测量的实验研究

对中等雷诺数下壁面常温和壁面加热的平板湍流边界层中速度和温度粗粒化的耗散率结构函数标度指数进行了实验测量.用热线风速仪测量了风洞中壁面常温和加热的平板湍流边界层中不同法向位置的流向速度分量和温度的时间序列信号,研究了由于湍流边界层近壁区域相干结构的存在而导致的非各向同性、非均匀性对湍流耗散率结构函数标度指数的影响,研究发现,中等雷诺数下壁面加热的边界条件和剪切湍流的平均速度梯度对速度和温度耗散率结构函数的标度指数没有影响,均匀各向同性湍流的耗散率结构函数标度指数的层次结构模型对壁面加热平板湍流边界层的速度和温度耗散率结构函数的标度指数也是适用的.     

非均匀基流上扰动的演变

本文用WKBJ方法统一处理了叠加在非均匀气流上的小扰动随时间的演变问题,得到了二维正压大气中重力-惯性波(快波)和涡旋波(慢波)具有不同的演变规律.前者发展时伴随着波长变短,衰减时波长变长;涡旋波与此正相反.由此可推知:在实际大气中只有短波长的快波比较显著,波长较长的快波不明显,从而不易观测到.还可解释:一个移动性的高空槽脊发展时它加宽,而衰减时总以收缩(波长变短)北退(强度减小)的形式出现.上述两种波的不同演变特性,主要由气流的不均匀性和波动的类别所决定.对于科氏参数为零的情况也对.科氏力的影响只是给波包以附加的弥散,给能量变化过程以次要的影响,并使慢波满足地转风关系.     

含空隙的各向同性介质Helmholtz方程扰动问题的传输特征值

传输特征值在反散射唯一性理论中具有十分重要的意义.在含空隙的各向同性非均匀介质折射率扰动下,研究了Helmholtz方程传输特征值的存在性问题.首先,通过构造Neumann-Dirichlet算子,建立传输特征值问题的等价形式.然后,进一步构造特征值函数,将扰动的传输特征值问题转化为算子为零特征值的扰动问题.最后,利用隐函数定理的扰动方法证明传输特征值的存在性.     

在非轴对称非均匀媒质中光束的传播问题

本文导出光束在非轴对称非均匀媒质中传播的光线传输矩阵,为3×3阶,并给出在特定条件下的几种简化形式。为了进一步简化运算,接着引入相应的光线流图结构。分析了:传输空间折射率梯度对激光准直精度的影响,给出一系列公式;从而解决了当前存在的疑难。最后,对不均匀泵浦所引起的激光器光轴的变化,作了讨论。     

表示湍流场的一种新设想

本文仿照量子场论中描述基本粒子产生湮灭的方法来描述湍流中涡旋的产生和消灭.因为当某一基本粒子存在的时候,我们可以认为它是一个不变实体,而湍流中涡旋则在时间过程中不断变化和耗散,所以在类比应用量子场论方法时首先要解决怎样的湍流涡旋可认为是同一个涡旋.根据线性化理论的特点,我们认为在时间过程中按相似性规律变化时湍流涡旋才算是同一个涡旋,而把不具有相似性的涡旋出现或消失,看成是方程(2.6)中相互作用项φ_i所引起的湮火和产生的结果.然后,我们采用和量子场论相类似的产生算符和消灭算符来描述湍流涡旋系统所处的状态.最后,我们利用原N-S方程中相互作用项来构成涡旋相互作用的“Schr?dinger”方程以描述其状态的变化.这样就得类似于量子场论的湍流涡旋相互作用理论.     

光通信链路建模与网络规划

光纤是通信网络中优质的传输媒介,具有传输频带宽、容量大、抗干扰性能好等优点.首先考虑光通信链路中放大器自发辐射噪声和光纤非线性效应等效噪声对其信道进行建模,并分析了三种不同调制格式下的误码率(BER)性能.进一步,基于联盟形成算法,考虑存在中间节点和不存在中间节点两种情况,对光通信网络进行最优规划以获得最大化网络价值.此外,基于概率整形和几何整形原理对星座图进行设计,实现了误码率性能的改善.     

PSE在边界层中预测转捩位置的应用

层流到湍流的转捩是自然界和各项工程实践中广泛存在的现象,层流和湍流的性质大不相同．因此,预测转捩位置是流体力学中的重要理论和实际问题．针对不可压缩边界层,入口加入展向等幅值型和展向波包型两类扰动,展向等幅值型扰动是由一个二维波(2-D)和两个三维波(3-D)组成,使用抛物化稳定性方程(PSE)的方法来研究扰动的演化和预测转捩位置,并且与数值模拟的结果相比较．结果表明,PSE可以研究扰动的演化和预测转捩位置,同时其计算比数值模拟快得多．     

壁湍流多尺度湍涡结构推广的自相似标度律

在水槽中测量了中等雷诺数下平板湍流边界层中的瞬时流向速度的时间序列,验证了Benzi提出的推广的自相似标度律,用子波变换将壁湍流脉动速度分解为多尺度湍涡结构的速度,研究了每一个尺度的湍涡速度结构函数的推广的自相似标度律。主要结论如下:湍流的统计性质是自相似的,这不仅适用于充分发展湍流,而且适用于中等雷诺数和低雷诺数湍流,而且具有相同的标度指数;推广的自相似标度律的适用的尺度范围远远大于惯性子区的范围,可以一直延伸至耗散区的尺度范围;推广的自相似标度律不仅适用于均匀各向同性湍流,也适用于剪切湍流如边界层湍流。     

涡旋成对分布和对二元速度关联函数的影响

本文考虑了涡旋之间相互作用的影响,假定均匀各向同性湍流场是由涡旋对在整个空间等几率分布而成,这样计算出的二元速度关联函数f(γ/λ)在远处略有提高,这个结果是与Bennett和Corrsin的实验结果和其他实验结果相合的。     

湍流相干结构与小尺度结构之间的相互作用

本文首先对切变湍流场中存在大尺度相干结构与小尺度结构和不同尺度结构之间的相互作用进行了试验研究,得到了一些特征值,其次,在试验的基础上,建立了考虑不同尺度结构之间的相互作用后相干结构的数学描述和模式识别方法,并对光滑壁面与均匀密集加糙壁面条件下湍流边界层中的相干结构进行了模式识别。结果表明,文中所建立的计算方法是可行的。     

可压缩均匀各向同性湍流的直接数值模拟

采用8阶精度的中心差分格式及7阶精度的迎风偏斜格式对Re_l = 72~153, M_t= 0.2~0.7的均匀各向同性湍流进行了直接数值模拟, 建立了湍流数据库. 与他人的计算结果吻合十分理想, 说明方法的有效性. 数值结果表明, 采用适当的迎风型差分格式可以克服起动问题(start-up problem)对湍流Mach数的限制, 提高可计算的湍流Mach数, 是可压湍流直接数值模拟的有效方法. 分析了压缩性效应对湍流统计量的影响, 发现压缩性使得湍动能的衰减加快. 探讨了可压湍流中微激波产生的机理, 对流场进行了标度律分析. 发现在本文的Reynolds数和湍流Mach数条件下, 流场中扩展自相似性仍然成立, 同时发现压缩性对标度指数影响不大.     

二阶动态亚格子尺度应力模型

提出了一个基于亚格子尺度应力与速度梯度张量之间关系的二阶动态模型.然后利用在高雷诺数的流场直接数值解的结果对此二阶模型进行检验.直接数值解的流场包括均匀各向同性强迫湍流,衰减湍流以及均匀旋转湍流.数值检验结果发现与一阶动态模型相比,二阶模型的相关系数提高.     

有涨落效应的磁流体静力学关系——局部展开

本文采用局部展开的方法,分析了湍流近似条件下的磁流体静力学关系。对于涨落的、平均的动量守恒和磁感应方程,都得到了可以自洽的湍流场关系。与普通的静力学关系相比,湍流场引进的力包括与平均场平行和垂直分量的力1/(4π)(a⁽¹⁾×B_0)×B₀,以及与平均场垂直的由湍流边值引进的力1/(4π)k×B₀。对于二维磁场位形,基本方程可化为一个二阶椭圆型方程,其中包括由涨落场引进的一些线性和非线性项。湍流场使磁场位形改变,可使位形非均匀剪切。在许多天体物理环境中都观测到湍流场,因此研究湍流场的影响是重要的。     

风浪发展对海面阻力系数的影响

考虑海气界面附近大气边界层内不同风浪发展程度下的海气动量交换 .建立有效波加表面粗糙度的海气界面模型 ,提出了表面粗糙度的计算公式 .采用κ-ε模式以计算湍流流场 .计算所得海面阻力系数CD 随风速及波龄变化的规律与实测结果符合良好;所得流场结构包括风速廓线、湍流动能、湍能耗散及湍流粘性系数等都较合理