土壤-植物-大气系统中水分分布的数学模型

研究了土壤-大气系统和土壤-植物-大气系统中水分传递的数学模型。表述了建立模型的原则。所提出的模型反映了所研究系统中水分传递过程的基本物理现象,并且其中只包含最少的参数。计算得到的含水量所描述的含水量变化规律,其精度不劣于实验的误差。这个模型有助于确定直接用实验难以确定的一些数值,有助于研究实验不易得到的一些特征量,有助于计算栖根层中水分亏缺时制订最优灌水制度。      

考虑植被影响的陆气耦合模式

以黄淮海平原大气边界层的观测数据为基础，发展了一个土壤－植被－大气多层模式，对大气和地表进行耦合模拟．模式对植被冠层作多层划分，以助于细致了解植被冠层沿高度分布的各物理量，为非均匀下垫面的参数化提供依据．运用观测结果对数值模拟结果进行验证，表明该模式较成功地模拟了陆气相互作用过程．同时，对模拟进行了敏感性数值试验，以了解植被在陆气相互作用中的影响大小     

多输入—多输出实验模态参数识别（1）：统一的数学模型

本文利用状态空间方程给出一般粘性阻尼线性振动系统的线性高阶微分多项式模型,及其所对应的离散差分模型.这个模型描述了系统多输入激励信号和多输出响应信号之间的关系.近十年来发展起来的多输入—多输出实验模态参数识别都是建立在这个模型之上的,在这个意义上,我们称之为多输入—多输出实验模态参数识别技术的统一数学模型.当考虑到测量频段外模态和测量数据中噪声的影响时,本文也给出了相应的统一数学模型.     

土壤内水分流动及温度分布计算——耦合型模型

本文目的在于发展一个计算土壤内水分输送及能量交換的物理模型——耦合型模型,驱动该模型的大气条件是由实测而得的,引用对蒸发的土壤表面阻抗关联了在大气中水汽通量与从地表的蒸发,由于这种阻抗引入,计算模拟的结果与实测值达到了较好的吻合。     

多输入—多输出实验模态参数识别（2）：时域识别法及其内在联系

本文在多输入——多输出实验模态参数识别技术离散统一模型的基础上,介绍了几种得到广泛应用的多输入——多输出实验模态参数时域识别技术,如直接参数模型识别法,Polyreference 识别法,Ibrahim 时域法和特征系统实现算法(ERA),并将这几种算法统一在一个基本的数学模型—离散的统一模型上,指出了这几种识别方法相互之间的联系。     

等离子体诱导圆锥前体流场的PIV测量

在封闭光学玻璃箱体内,应用介质阻挡放电等离子体对20°顶角圆锥附近的静止大气进行了定常和脉冲循环控制,对等离子体诱导的圆锥截面绕流速度场进行了二维PIV测量,在定常控制和脉冲循环控制下,比较分析了最大绕流速度及最大轴向涡量,研究了脉冲频率和电压对上述参数的影响。实验结果表明:存在一个交流电压阈值(Vp-p≈14.0 kV),当电压高于这个阈值后,相对于定常控制模式,脉冲循环控制下沿90°方位角径向线上分布的时间平均切向速度和轴向涡量迅速增加;在脉冲循环控制控制下,动量传递主要表现为分离涡的形成而不是气流的加速。     

土壤-植物-大气连续体水分传输动力学及其应用

本文根据作者的研究成果介绍土壤-植物-大气连续体(SPAC)中的势场与水势分布、水流阻力与水容的组成和量级,SPAC 中的水流通量计算,SPAC 中水分传输动力学模拟模型及 SPAC 水分传输动力学在农田节水灌溉和田间水量转化与水量平衡研究中的应用等问题.     

比例极限对数模型和球壳稳定系数

根据材料应力应变曲线在比例极限和屈服极限处的一阶导数为已知值的事帝，建立了一个含有比例极限的对数模型，简称为比例极限对数模型，用它来描述金属材料应力应变的非线性品质，球壳稳定系数可以用这个模型来表示，它说明该模型可求解许多结构非线性问题。     

基于雷诺应力模型的平衡大气边界层模拟

基于雷诺应力湍流模型（简称RSM模型）,研究了平衡大气边界层风场数值模拟问题．假设流体不可压,且不计雷诺应力输运方程中的对流项、浮力产生项、系统旋转产生项和扩散项,在准各向同性的条件下,推导出RSM模型湍动能k的表达式是标准k-ε模型k常数表达式的0.893倍．考虑k沿高度变化的修正,根据在标准k-ε模型中满足水平均匀性的湍流来流边界条件,提出在RSM模型中产生平衡大气边界层的湍流来流边界条件．基于空风洞的数值模拟结果表明,与工程上常用的湍流来流边界条件相比,基于本文提出的湍流来流边界条件得到的风场水平均匀性更优,且在整个流域内,得到的雷诺应力剖面更合适．从而验证了该湍流来流边界条件的适用性．     

大气边界层的风洞模拟

本文通过比较大气边界层与不同比尺的模型实验，研究了风洞模型实验中的比尺效应。结果表明，大气边界层粗糙高度的比尺应当和边界层厚度比尺相等。边界层厚度的比尺在２００～４００之间时可以得到最好的速度分布的相似性，表面压强分布主要依赖于边界层比尺而与建筑物几何比尺关系不大。如果正确选择了粗糙高度比尺，扩散系数比尺和边界层厚度比尺相同。     

速度分布对分层流中底部边界混合层结构的影响

对分层流中海底边界混合层发展问题提出了一个新的垂直积分模型。在这个模型里，新建立的能量方程中出现了一个表征速度大小随高度变化规律的参数，从而得出了被Ｐｏｌｌａｒｄ等人文章中应用的但被本文修正过的Ｒｉｃｈａｎｄｓｏｎ数封闭模型，对在水平乎底上的混合层成长问题，给出了分析解。从而把以往的公式都统一到本文的结果中，而且给出了以往海底边界混合层公式的理论依据与适用范围，这个结果与Ｗｅａｔｈｅｒｌｙ与Ｍａｒｔｉｎ（１９７８）用Ｍｅｌｌｏｒ与Ｙａｍａｄａ（１９７４）的高阶模型所得的数值解结果是基本一致的，并与现场实验相符。     

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从理论上研究了锚杆-土之间相互影响的机理和现象,认为铺杆-土界面摩擦力的增量的主要影响因素是土的剪胀,提出了硬化和软化土中铺杆-土界面模型．应用这个模型,在给定界面参数条件下可预测锚杆的特性,或根据给定的锚杆抗技试验结果,可以确定界面参数．     

转轴上裂纹开闭模型的研究

本文提出了一种新的描述转轴裂纹开闭状态的数学模型,此模型描述了裂纹开、闭及过渡状态的持续过程,它将开裂纹、方波和余弦模型统一于同一模型中,它的使用不受动、静挠度关系的限制.用这个模型算得的裂纹轴刚度变化曲线与实验结果吻合程度比余弦和方波模型好.文中还以Jeffcott裂纹转子为例,对各模型进行了理论探讨.结果表明:当研究非同步运动时,本文模型与方波和余弦模型所得的解差别较大,且轴心位移矢量的方向角在静平衡位置处的波动,影响到所得响应的特性.而对同步运动,这种差别及影响都很小.     

一种黏弹塑性统一本构模型

经过对大量有关统一本构模型的文献资料分析，指出了现有统一本构模型存在的问题，并通过对材料实验数据的分析，指出了黏弹性现象在实验中的表现，并据此将黏弹性引入到弹性黏塑性统一本构模型之中，建立了黏弹塑性统一本构模型，通过模型的数值模拟证明：模型计算结果无论在变形趋势上，还是在数值精度上都与实验数据符合得很好，克服了此前统一本构模型存在的问题。黏弹塑性统一本构模型的产生将统一本构模型的产生将统一本构理论的内涵扩大到黏弹性范围，进而构造了一个黏弹塑性理论的新框架。     

不同高度柔性植被对坡面流水动力特性的影响

基于系列坡面流试验,研究了柔性植被的高度(4 cm,8 cm和15 cm)对坡面流水动力特性的影响.研究表明:覆盖率相同时,4 cm植被阻水效果最好,15cm最差,而该差异随着坡度增大而减小.4 cm和8 cm植被覆盖时,水流阻力系数随雷诺数增加先减小后增加,这是由于雷诺数较小时水流阻力主要以床面阻力为主,雷诺增大时主要以植被阻力为主.另外,通过染色剂法测得光滑床面平均流速修正系数为0.2～0.4,有植被覆盖床面为0.4～0.8,且修正系数随平均流速增大而增大.     

油-水两相湍浮力回流双流体模型

在自然界和工程技术的许多领域,常遇到这样一类物理性质相差悬殊的两相复杂湍流,其特点是流场中包含有回流和因两相间的密度差而产生的浮力,在一定条件下,流场的密度分布会发生突变,使数学模拟和数值计算的难度大大增加。本文把研究精细的油污染预报模型作为基本目标,广泛地涉及了两相湍流精细模拟的理论和方法。用Eulerian坐标系中多流体模型统一描述油和水两相各自的运动,并分别对油和水本身的湍流输运规律以及相间相互作用规律进行模拟,建立了油-水两相湍浮力回流双流体模型及相应的数值计算方法。选定了包含有浮力和回流的两相复杂湍流作为模拟对象,对模型进行了数值验证,并与实测资料作了对比。然后,对油-水两相湍流进行了预报。结果表明,模型的模拟效果非常满意。     

铝制旋转抛物面型激光推力器温度效应的实验研究

研究了激光推进中铝制旋转抛物面型推力器的温度变化情况。采用脉冲TEA-CO2激光器作为推进光源,用响应较快的K型热电偶丝作为温度传感器,分别在大气呼吸和烧蚀两种工作模式下,研究了抛物面上不同点的温度分布情况,以及脉冲个数和环境气压对抛物面温度的影响。文中对冲量耦合系数和气压的关系也作了研究,并将其与温度联系起来。结果发现在旋转抛物面的顶点处温度为最高,随离顶点距离的增大而减小。在大气呼吸和烧蚀两种模式下,抛物面温度随着激光脉冲个数增加,但增加的斜率逐渐减小,有饱和的趋势。在激光脉冲个数确定的条件下,大气呼吸模式的温度随气压的减小先增大后减小,出现一个峰值;烧蚀模式则随气压的减小而增大。在大气呼吸模式下,冲量耦合系数随着气压的减小先略为增大而后迅速减小,在约0．5atm处出现了一个弱峰;在烧蚀模式下,冲量耦合系数随气压减小迅速升高,在气压低于0．5atm后,几乎为定值。     

临近空间大气密度时空扰动规律及建模研究

大气密度是飞行器能源动力设计、飞行控制中的重要输入参数. 近年来, 多项研究发现, 对于临近空间高层大气, 常用经验模型如USSA-76, NRLMSISE-00的密度预示值偏大. 另外, 随着飞行器精细化设计趋势, 要求经验模型可预示不同纬度、昼夜和季节条件下的密度特性. 基于此, 本文利用卫星观测数据全面分析了临近空间大气密度随纬度、地方时、日期的变化规律, 包括变化模式和变化幅度. 纬度、日期引起的变化幅度大于地方时引起的变化幅度. 纬度、日期引起的密度变化在不同高度范围表现出不同模式; 变化幅度在78 km附近达最大值, 在22 km和92 km附近达局部极小值. 地方时引起的密度变化随高度递增. 根据大气密度的时空变化特性, 本文提出了临近空间大气密度的时空扰动模型, 该模型能描述临近空间大气密度及其随纬度、地方时、日期的变化规律. 与以往经验模型相比, 时空扰动模型可更好地描述不同高度下密度的时空变化规律. 在相同误差带条件下, 本文模型的置信度明显优于NRLMSISE-00. 本文建模方法合理, 模型结果对临近空间飞行器设计有应用价值.      

页岩气藏的双重介质-离散裂缝模型

考虑页岩气藏开发中渗流的多尺度效应,提出了一个基于裂缝-孔隙双重介质的离散裂缝模型．在该模型中,基质、天然裂缝和人工压裂裂缝采用各自控制方程独立计算,不同介质之间通过流量交换相互关联．为分析模型可靠性,分别和基于渗透率粗化及压裂裂缝导流能力无穷大的模型对比．数值算例显示,伴随着网格细分,该模型与精确渗透率粗化模型具有相同计算精度,两者收敛速度均较快,但该模型易推广到多相流动问题,而等压模型对产量将有所高估．研究了地质参数和工艺参数对气井产量的影响规律．计算结果表明天然裂缝渗透率及基质孔隙扩散系数对产气速率有着重要影响,产气速率伴随着人工压裂裂缝导流能力、长度以及数目的增加而增加,但是增加幅度会逐步趋缓．     

地球物理流体力学简介

地球物理流体力学,是流体力学的一个古老而又年青的独立分支。研究内容包括:地球大气、海洋、河流、地幔等的动力学,海洋大气相互作用,以及分层流体、旋转流体的一般理论等。它具有尺度大,需要特别重视密度(或熵)的不均匀性,重力与科里奥利力的作用等特点。虽然,早在一两个世纪以前,就不断有许多流体力学家注意研究与地球科学相关的