旋转流体的实验研究

本文是作者近几年在旋转流体实验室模拟方面做的主要工作，研究涉及气动转台上，旋转流体对流涡旋的运动，水动转台上，旋转流体斜压波表面流动的变化，不稳定性结构，三维温度结构，急流的三维结构，地形的影响等诸多方面的问题。部分实验结论与大气实际观测结果有着极好地相似。     

有限深度两层流体系统中运动点源生成的内波及其与自由面的相互作用

基于水波动力学势流理论，以二流体系统中点源运动为基本模型，采用Green函数法，研究了分层流体中内部扰动诱生的内波对自由面的影响，探讨对合成孔径雷达成像起重要作用的自由面辐散场的变化规律．研究表明：当上下层流体密度跃变较大、源接近密跃层且Froude数Fr接近内波模式的临界值Fr2时，内波模式导致的自由面辐散场强度与表面波模式的贡献相当，两具有强烈的耦合作用，理论分析与实验结果定性一致．     

内孤立波沿缓坡地形传播特性的实验研究

以南中国海东北部海域底部缓坡地形为背景, 在大型重力式分层流水槽中模拟了下凹型内孤立波沿缓坡地形传播过程中的浅化、破碎、分裂等现象, 利用分层染色标识方法和多点组合探头阵列技术对内孤立波沿缓坡地形演化特征进行了定性分析和定量测量. 实验表明: 浅化效应使内孤立波传播速度减小, 对大振幅内孤立波具有抑制作用, 对小振幅波具有放大效应; 浅化效应可导致内孤立波的剪切失稳及破碎, 还可导致大振幅内孤立波的分裂. 利用Miles稳定性理论可定性描述内孤立波沿缓坡地形传播时发生不稳定状态的位置, 实验结果与理论分析相符合. 关键词： 分层流 缓坡地形 内孤立波 不稳定性     

连续分层流体中垂直薄板的水动力特性

研究了在线性连续分层流体中水波与半潜式刚性垂直薄板相互作用的问题. 在 Boussinesq近似下，基于分离变量法，导出了具有自由面的平面前进波的色散关系，建立 了半潜式刚性垂直薄板的反射与透射能量、水平波浪力的计算方法. 对给定的频率，当它大 于浮力频率时，流场中只有一种模态的平面前进波，当它小于浮力频率时，流场 中有无数多个模态的平面前进波，并证明了对每一种模态的入射波，其它每个模态水波的反射与透射能量是 相等的. 对水面漂浮和座底半潜式薄板的反射与透射能量，以及作用在薄板上的水平波浪力 进行了数值计算分析，表明了流体的线性连续分层效应对这些水动力的影响是不可忽视 的. 特别地，在入射波频率小于浮力频率时，与第1模态入射波的能量转化量及其对薄板产 生的水平波浪力相比，其它模态入射波的能量转化量及其对薄板产生的水平波浪力都要大得 多.     

分层流体中内孤立波在台阶上的反射和透射

基于匹配渐近展开和格林函数的方法，研究了两层流体系统中内孤立波在台阶地形上透射、 反射及其分裂的演化特征. 通过保角变换和求解奇异Fredholm积分方程，获得了反映地形 效应对Boussinesq方程影响的约化边界条件，藉此建立了KdV演化方程的``初值'问题， 根据散射反演理论获得了反射波和透射波的解析表达式. 分析结果表明：上下流体层的厚度 比、密度比以及台阶高度对于反射和透射波振幅及其分裂具有显著的影响. 尤其当上层流体 厚度小于下层厚度时，由于存在临界点，在其附近反射波的幅值随台阶高度的演化由单调增 变为单调减，透射波的幅值由单调减变为单调增；上台阶的反射波与入射波反相，其最大幅 值可达到入射波的数倍；此外，下台阶反射波也可发展为单支孤立波，它区别于单层流体中 反射波仅为衰减的振荡波列.     

线性密度分层流体中半球体运动生成内波的实验研究

在密度线性分布的分层流试验水槽中,对贴近侧壁面的半球体模型运动生成的内波进行了实验研究. 采用多通道电导率阵列,测量分析了拖曳模型产生内波的波形结构、垂向位移场及其相关速度等. 实验结果表明:半球体模型产生的内波可以分为两类,一类是由定常源激发的体积效应内波,另一类是由非定常源激发的尾迹内波,由前者转换为后者的临界内Froude(Fr)数是Fr_s =1.6;与球体模型实验比较,Fr_s约为球体的2/3,转换更迅速,界线更清 关键词： 分层流 半球模型 内波 尾迹     

TWO-DIMENSIONAL ALGEBRAIC SOLITARY WAVE AND ITS VERTICAL STRUCTURE IN STRATIFIED FLUID

IntroductionItis known thatthere exists a special kind of solitary waves—the algebraic solitary waveas the disturbance range is close to the scale of vertical variation of density in thecontinuously stratified fluid.The algebraic solitary wave is governe…     

分层流体中运动源生成的内波研究进展

针对两类密度分布模型------连续分层流体和间断分层流体, 综述了在运动潜体生成的 Kelvin型和非Kelvin型内尾迹研究方面的现状, 内容侧重于运动源生成内波的解析理论和 分层拖曳水槽中内尾迹实验方面的研究成果. 介绍了在连续分层流体中运动源生成的Kelvin 型非线性内波的一般方程和在间断分层流体中Kelvin型内波的势流分析的一般方法; 概述 了运动源诱生的先锋内孤立子、代数孤立子和平孤立波3类特殊非线性内波的研究进展, 其 中运动潜体生成的平孤立内波被作者实验证实是一类极限孤立波, 并首次建立了共轭流动模 型予以描述; 综合分析了在密度线性分布流体中潜体运动生成内波的动力学过程多样性特 征, 其中包括内尾迹近场和远场的时空结构、不稳定结构、涡旋与湍流耦合结构以及湍流与 内波相互作用结构等.     

B平面上斜压波热力结构特性的实验研究

首次用转环实验模拟方法研究了β效应对斜压波热力结构的影响,发现β效应有抑制流动的水平混合和垂直混合的作用,使流动趋于正压;β平面上急流随高度降低而减弱,在急流的内外两侧各有一个无量纲温度值分布的突跃区,它们的空间结构与大气环流中的极锋锋区和北极锋锋区的结构相似。     

有限深密度分层流体中运动物体生成内波的一种等效质量源方法

采用一种等效移动质量源来模拟有限深密度分层流体中运动物体生成内波的体积效应和旋涡、湍流尾迹激发源,结合内波本征值问题及Fourier变换等方法,建立了计算运动物体生成内波垂向位移场的一种理论模型,提出了确定移动质量源速度、回转直径及长度的具体方法.利用该理论模型,对一类典型密度分层流体中运动球生成内波的波系与波形结构,以及波高特征等进行了数值模拟与分析,结果与Robey实验结果符合良好,表明了所建立理论模型的合理与有效性. 关键词： 分层流体 内波 等效质量源