等离子体湍流能量传输的尺度相关性

对于空间环境中近乎无碰撞的等离子体,可采用Vlasov方程进行理论描述,基于Vlasov方程,讨论了等离子体湍流能量传输和耗散的过程:由亚格子应力引起的尺度间的能量传输,电场做功,压强张量做功（压强张量与速度梯度张量的相互作用）.通过混合Vlasov-Maxwell（HVM）数值模拟,进一步研究了能量传输通道之间的联系与区别.不同能量传输通道尽管在不同尺度起主要作用,但其空间的分布非常相似,即各能量传输通道之间存在一定的空间相关.结合近年数值模拟和卫星观测的结果,可以大致概括等离子体湍流从磁流体动力学（magnetohydrodynamic,MHD）尺度到动理学尺度的能量传输过程.      

钝头机体用FADS-α的求解算法及精度研究

针对钝头机体用嵌入式大气数据传感（flush air data sensing,FADS）系统的4类攻角求解算法及算法的求解精度进行研究.针对典型的15°钝头体外形,在Mach数Ma=2.04,3.02,5.01,攻角α=-5°~30°,侧滑角β=0°的条件下,首先基于势流理论及修正的Newton流理论建立了钝头机体用FADS系统的理论模型,并给出了典型的测压孔配置方案;然后采用经典三点式及改进三点式算法、基于线性理论的五孔探针算法、基于非线性理论的五点拟合算法、基于神经网络建模的方法及基于压力模型的加权最小二乘迭代算法,分别建立了FADS-α的4类求解算法;最后对钝头机体用FADS-α的算法求解精度进行了系统对比及论证.研究结果表明,三点式算法、改进三点式算法与加权最小二乘迭代算法精度相当,都可以比较准确地预测攻角;神经网络算法精度较好,但算法涉及的经验参数较多,且需要大批量数据集的训练及验证;拟合算法优劣明显,基于线性理论的五孔探针算法精度在小攻角时与上述几种算法精度相当,但随攻角增大（大于10°）精度下降显著;而基于非线性理论的拟合算法精度较好,但拟合过程复杂繁琐.对钝头机体用FADS-α的算法精度而言,三点式算法、改进三点式算法及加权最小二乘迭代算法是较好的计算方法.      

西安冬季棕碳气溶胶多相颗粒光吸收特性及源解析

棕碳(Brown Carbon,BrC)通过直接或间接效应对气候环境产生严重的危害。本文以西安地区冬季大气环境颗粒物PM_(2.5)为研究对象,采用液相萃取得到样品中的BrC,并对其光吸收特性以及潜在来源排放进行测量分析。使用甲醇溶液和水进行BrC萃取,发现甲醇萃取出的化合物占有机碳的79%左右。对光学参数计算评估发现,甲醇萃取液的吸光性对波长的依赖很强,在330~550 nm波长范围内其平均吸光指数为6.8,且在365 nm处甲醇萃取液的质量吸收效率((2.5±0.6)m~2·g~(-1))要高于水萃取液的质量吸收效率((2.0±0.6)m~2·g~(-1))。使用正矩阵因子分解(PMF)模型推测出采样期间生物质燃烧和机动车排放对于西安地区有机碳(Organic Carbon,OC)的贡献较大(约62%),对于BrC的进一步控制还需要从这两类主要排放源入手。     

细颗粒湍流聚并的分区法群平衡模拟

通过聚并促进细颗粒(PM_2.5)特别是亚微米颗粒(PM_1.0)团聚长大或被大颗粒捕集,是提高其脱除效率的有效方法之一。本文采用分区法对燃煤电厂尾部烟气中飞灰的聚并进行了群平衡模拟研究。利用圆柱阵列实现的湍流聚并装置,圆柱横向间距为4倍直径时,纵向间距宜在圆柱直径的15~30倍之间,在工程上较为可行的条件下,对于PM_1.0可达到55%或更高的聚并效率。粗颗粒的存在对于细颗粒聚并具有明显的促进作用,聚并停留时间越短,该作用相对越显著。     

大气稳定度对山地风力机功率影响研究

大气稳定度对风力机功率影响较为显著,但该影响在复杂地形中的研究尚不深入。本文通过分析某一山地风电场运行数据和流场测量数据,定量研究了大气稳定度通过风加速因子、湍流强度和风切变指数对风力机功率的影响。受地形影响,风力机来流风速不能直接按上游测风塔轮毂高度风速处理,使用机舱风速根据机舱风速传递函数推算。研究表明,非中性与中性条件下的风加速因子的差值与中性条件下地形效应正相关,且由风加速因子不同造成的来流风速每改变1%可引起功率改变3%。对于同一来流风速,中性时的功率最大,稳定条件时功率略微降低,而在不稳定条件下功率降低显著可达到8%。这一差异可能与风力机最大功率追踪的控制系统参数按中性条件设置相关。     

尾流的双尺度简化模型及其大涡模拟建模

叶轮机中存在着复杂的湍流流动结构,如何准确地模拟湍流流动一直是工程界关注的核心问题。由于湍流在大部分区域都处于强非均衡态,根据均衡能量传输假设建立起来的RANS湍流模型和大涡模拟亚格子模型都不再适用。非均衡湍流的一个经典的模型流动是尾流,但通常意义上的尾流往往是无数不同尺度相互作用的结果,难以进行简化分析。本文构造了一个极度简化的双尺度尾流模型进行了直接数值模拟(DNS),结果显示在转捩前期就存在反向的非均衡能量传输。分别采用各种传统的RANS湍流模型和大涡模拟亚格子模型进行了数值模拟,发现各种模型都无法准确预测尾流转捩。在考虑非均衡能量传输机制后,通过流向速度梯度扭率构造的理性亚格子应力模型可以使大涡模拟模拟的转捩位置相对于标准Smagorinsky模型有所改善;不采用涡粘假设的改进速度增量(IVI)模型可以得到更加接近DNS的结果。这些结果为湍流模型进一步的改进提供了思路。     

湍流预混火焰LES/FDF模拟中标量混合时间尺度建模

在实际应用中,精确模拟高湍流度预混火焰十分关键但极具挑战性。本文将被动标量混合时间尺度动态封闭方法与hybrid混合时间尺度模型结合,在湍流预混火焰LES/FDF模拟中提出一种新的标量混合时间尺度建模方法。该方法不需要人为选取混合模型参数C_M,且动态地考虑了由湍流和火焰结构分别引起的亚网格标量混合。对悉尼值班预混射流燃烧器高湍流度PM1-150火焰进行了LES/FDF模拟。结果表明,新模型显著改善了对整体燃烧进程的预测结果,正确地预测了局部熄火/再燃现象。进一步的结果显示,模型参数C_M明显大于在RANS框架下量级为1的常用取值,这表明该参数在不同框架下具有不同的物理内涵。     

利用代谢组学研究大气细颗粒物的生殖毒性效应

大气细颗粒物(PM2.5)污染已成为严峻的环境问题,探究PM2.5的毒性效应和机理变得尤为重要.本研究利用基于液相色谱/质谱的代谢组学技术,分析经PM2.5悬混液气管滴注暴露后成年雄性大鼠睾丸代谢组的全局变化,采用偏最小二乘判别分析法和非参数检验进行统计分析.结果表明,PM2.5暴露组大鼠睾丸的油提和水提代谢指纹谱均可与对照组实现准确区分,表明PM2.5暴露对大鼠睾丸的整体代谢网络产生了显著影响,最终鉴定出56个差异代谢物.通路分析显示,PM2.5暴露会引起大鼠睾丸的氨基酸和核苷酸代谢紊乱、类固醇激素代谢失衡以及脂类代谢异常,而这些重要通路可能是PM2.5生殖毒性的关键分子事件.     

管流系统的可控扰动装置及其应用

阐述了具有可控人工扰动装置的低背景湍动液体管流系统的研制和评价要点在及在高分子减阻液研究中的应用，并指出了这种实验系统在液体内流研究中的重要意义。     

槽道湍流近壁区多尺度输运特性研究

利用槽道湍流直接数值模拟的数据库和离散正交子波，对近壁湍流的多尺度输运特性进 行了研究. 通过在流向和展向分别进行子波多尺度分解，得到了近壁区湍动能在流向和展向 多尺度传输的不同性质，发现流向传输以能量的反传为主，而在展向能量存在明显的正传， 并且当过滤尺度较大时以正传为主. 近壁湍流能量传输的各向异性为进一步构造各向异 性大涡模拟亚格子模式提供了必要的参考.