高原东侧低涡切变线发展的个例数值研究 Ⅱ.中尺度…

通过应用和发展ＭＭ４中尺度数值模式模拟系统，对１９８３年７月的川陕暴雨中尺度系统进行了一系列２４ｈ数值试验，其中包括：初始风场处理，物理过程和地形动力强迫对西南涡切变线发展的作用。结果指出：有辐散风场能为中尺度系统模拟提供良好的初始值，平均无辐散风则稍差；水汽凝结的潜热释放对中尺度系统发展的强度，结构有决定影响；而地面热通量相对前者略小；地面摩擦则对系统发展不利，表现为涡度汇，耗散动能并使低涡平移     

高原东侧低涡切变线发展的个例数值研究──Ⅱ．中尺度数值模拟

通过应用和发展ＭＭ４中尺度数值模式模拟系统，对１９８３年７月的川陕暴雨中尺度系统进行了一系列２４ｈ数值试验，其中包括：初始风场处理，物理过程和地形动力强迫对西南涡切变线发展的作用。结果指出：有辐散风场能为中尺度系统模拟提供良好的初始值，平均无辐散风则稍差；水汽凝结的潜热释放对中尺度系统发展的强度，结构有决定影响；而地面热通量相对前者略小；地面摩擦则对系统发展不利，表现为涡度汇，耗散动能并使低涡平移。高原地形构形对西南涡在四川盆地７００ｈＰａ维持非常必要。同时证明，运用大尺度分析资料做中尺度预报是可行，用于中尺度诊断则不可取。     

西南涡大气边界层结构的数值模拟Ⅰ:Ekman层流场特征分析

本文利用大气边界层模式,对1979年7月24～25日的一次西南涡进行了Ekman层流场分析。在理论计算的前提下,通过加入有限的实测风资料进行动力学调整,不仅在Ekman层中能较好地表现出西南涡的气旋性环流特征,而且发现西南涡在大气边界层中具有中尺度扰动的特征,在整个气旋环流的形势中有局部的反气旋环流出现,这是850hPa、700hPa大尺度天气图上所不能得到的。     

高原低涡研究的回顾与展望

分别从时空分布特征、结构特征、降水与其他天气系统的相互作用及发生、发展的物理机制方面,总结了高原低涡的研究进展,从而对高原低涡的形成原因、变化特征及其对中国的天气、气候的影响有了较系统的认识.在此基础上展望了未来高原低涡的重要研究方向和基本趋势.     

西南涡大气边界层结构的数值模拟Ⅱ:边界层物理量的数值分析

本文在计算分析了一个西南涡Ekman层流场特征的基础上,进一步对该西南涡边界层涡度、散度和垂直速度进行了数值分析,初步得出了西南涡在边界层内的垂直结构及物理量分布特征。     

98.7暴雨中尺度系统发展的视涡源涡度变率诊断分析

利用 MM5输出的高分辨率资料和视涡源与总涡源诊断方程对“98.7”特大暴雨的涡度场、视涡源、总涡源进行了诊断分析 .结果揭示 :此次暴雨的发生和发展与其视涡源、总涡源的生成和发展直接相关 .正视涡源柱和总涡源柱的存在及强烈发展是强暴雨中尺度系统发生发展的主要动力机制 ,这种机制有利于突发性特大暴雨发生 .暴雨的落区基本处于视涡源、总涡源中心位置的下方 .因而 ,视涡源与总涡源的强度及所处的位置为雨强及落区的预报提供了参考依据     

基于大涡模拟的平屋盖锥形涡数值分析研究

采用大涡模拟(LES)对平屋盖建筑受45°风向角作用下的表面风荷载问题进行了非稳态数值模拟分析.通过与风洞试验结果的对比得出,大涡模拟能较好地捕捉到建筑物顶面出现的锥形涡及其特性.在此基础上,研究了锥形涡作用下建筑物顶面平均风压与脉动风压的分布,以及加设分隔挡板和不同高度的女儿墙对屋面风压分布和旋涡强度的影响.研究结果表明,基于Q准则的旋涡判别法可以较好地识别斜风向下屋面形成的锥形旋涡;在背风区锥形涡与侧面脱体涡相互作用并脱落,其影响将反馈至屋面旋涡上导致屋盖两个锥形涡强度以屋面对角线为轴交替波动,此消彼长;屋面女儿墙的存在使得两个锥形涡之间的间隙变窄,旋涡足迹变阔,且屋面峰值吸力随女儿墙高度的增加而迅速减小.     

低雷诺数下方柱和圆柱涡致振动的数值分析

通过数值求解二维不可压粘性流体的N-S方程,研究了方柱和圆柱在低雷诺数（Re＝90～130）下的涡致振动．柱体振动对流体的影响用动网格法模拟,N-S方程采用时步分裂技术先求出中间速度场,再用多重网格法求解泊松方程得到压力场,最后根据压力场对中间速度场进行修正．柱体的振动方程用Newmark-β法求解．通过计算柱体和流体的相互作用,成功地捕捉到了“锁定”和“拍”现象．计算结果与实验结果相当吻合,并和已有的用任意拉格朗日-欧拉公式有限元法计算的结果进行了比较．     

一次由西南低涡引发的我国南方特大暴雨的综合分析

2008年6月10～14日我国南方出现了一次区域性的强降水过程,给江河、水库的防汛工作带来了极大压力。该文利用常规观测资料和NCEP再分析资料,诊断分析了此次强降水过程发生的大尺度环流形势以及西南低涡在此次暴雨过程中的作用。其结果表明：（1）此次强降水发生期间,中高纬度经向环流明显,主要表现为“两槽一脊”型,有利于冷空气不断南下;（2）在中低层流场图上分析出了“鞍”型场的环流配置,西南地区上空低层不断聚集由西南气流输送的大量暖湿空气,而在高层有干冷空气侵入,从而导致西南低涡强烈发展、东移以及强降水的发生;（3）本次西南低涡初期具有暖性结构,暖平流使中低层增温增湿,加大了大气层结的不稳定性,从而引起上升运动和凝结潜热释放,促使低涡强烈发展;（4）影响此次强降水的水汽来源有三支：一支来自孟加拉湾的水汽输送,另一支来自中印半岛和南海的水汽输送,第三支是西风带的水汽输送。     

有壁均匀切交流中马蹄涡发展的数值模拟

从Ｎａｖｉｅｒ—Ｓｔｏｋｅｓ方程出发．应用渐近衔接方法研究了马蹄涡在均匀切变流中的发展。在外层，用涡方法模拟了上抛和下扫两种马蹄涡的发展过程，初步地探讨了有壁切交流中马蹄涡的相干性。例如发现两种渴都向基本流的第一主变形率方向偏转，不断受到拉伸而增强等等。在内层，通过直接求解Ｓｔｏｋｅｓ方程而得到流场的发展过程，发现在外层扰动作用下，内层有新的涡产生并且随其厚度增加而缓缓升起。数值计算的结果与已有的流场显示结果相一致，从而说明涡动力学方法在研究切变层的拟序结构中是有效的。     

自由水涡结构及运动特征的数值研究

采用雷诺应力湍流模型和PISO算法对自由水涡的运动全过程进行了仿真模拟，运用流体体积（VOF）模型处理自由表面问题，通过模拟计算得到了自由水涡的详细结构和运动过程，研究结果表明，自由水涡是由旋转能量的局部集中造成的，其设旋转方向是由水池内水的旋转方向所决定的，自由水涡是一种类兰金涡，其旋转速度和压力的分布具有兰金组织合涡的特点；没有长排水管的自由水涡在成熟阶段具有两个特征区域，分别称为吸气孔和抬气区。     

低功耗涡街流量计的硬件设计

低功耗涡街流量计适用于电池供电并具有温度补偿的单相流体测量功能,是适合于脉冲、频率传感器输出的两线制、低功耗二次流量测量显示的标准工业仪表.该流量计采用超低功耗TI公司的MSP430F449系列单片机设计,具有电池充电、液晶显示、多输出方式和掉电数据保护存储等功能.     

2006年南海夏季风爆发过程数值模拟

本文用中尺度模式MM5V37对2006年南海（SCS）夏季风爆发过程进行了数值模拟。结果表明，模拟结果很好的反映了此次季风爆发的过程及与季风爆发相伴台风演变过程。从而证明了通过台风的协助，南海上空的季风风场和水汽通道的建立，南海夏季风建立的过程。     

水轮机蜗壳内流动的数值研究

在分析研究现有的水轮机蜗壳设计理论的基础上，对蜗壳在不同工况下的内部流动情况进行了三维不可压定常粘性流动的数值模拟。基于N－S方程和标准的κ－ε模型，采用贴体坐标、非结构化网格和SIMPLE算法，对蜗壳内部流动进行了计算分析，其结果与实验值吻合，可作为蜗壳优化和固定导叶设计、改型的依据。     

旋流条件下的气液环空流流动规律研究

针对涡流工具排液效果的问题,开展了旋流条件下气液两相流动模型的研究。考虑到旋流中角速度的存在,研究中采用气液流动在径向和周向上的动量和角动量平衡的方法,建立了气液流动控制方程,计算了液膜厚度,气液相旋流强度等参数以及压降梯度,并进行涡流工具实验验证模型。涡流工具降低压降损失的机理结果表明,安装涡流工具后流动压降可以降低5%~20%。根据实验及模型,在低速（气相速度小于13 m/s）时,小旋流角和高旋流强度更利于降低压降,而高速（气相速度大于16 m/s）时,高旋流强度会增加额外摩擦阻力。旋流强度的衰减速度会随着液相速度增大而减小,而随气相速度增大而增大。该研究结果可对涡流工具进行优化设计,以达到最佳排液效果。     

Flow Chamber流动腔高度的数值研究

平行平板流动腔是当前研究不同切应力下细胞的变形特点的主要工具之一，通过ANSYS计算力学软件，对相同压力边界条件下不同高度的流动腔内的定常不可压粘性流体的流动进行了数值研究，发现Flow Chamber流动腔底部切应力只有在离两端有一定距离的中间部分才是均匀分布的，而在入口和出口都有比较大的跳跃，入口处的切应力值明显要大干出口处．     

鸭翼涡与边条涡对前掠翼布局的增升研究

为了研究鸭翼、边条对前掠翼布局气动性能的影响,采用三维N-S方程,分别计算了加装鸭翼、边条及鸭翼边条组合的前掠翼模型纵向气动性能,并通过流场显示分析了旋涡流动机理.研究表明,3种模型均可有效改善前掠翼布局的升阻特性.前掠翼加装鸭翼后,鸭翼分离涡的下洗作用使机翼上翼面的分离区减小,能有效控制机翼表面流动,最大升力系数提高40%;加装边条后,边条翼产生的边条涡干扰推迟了前掠翼翼根气流分离,并产生涡升力,升阻特性优于基本翼;同时加装鸭翼与边条,鸭翼涡与边条涡相互诱导,增强了对机翼表面流动的控制能力,最大升力系数比加装鸭翼模型提高3%左右,气动性能显著改善.     

基于k——ω湍流模型的翼尖涡演化过程数值模拟

为深入研究近场翼尖涡的演化过程,同时给远场尾流的计算提供初始参考,建立了飞机着陆状态仿真模型,采用结构化网格对模型进行网格划分,利用转捩修正的SST k-omega湍流模型,通过求解不可压缩的N-S方程对生成的网格进行数值计算,得到了着陆状态下机翼及近翼流场翼尖涡的连续演化过程。研究结果表明：机翼表面形成的两次共转融合涡与次级尾迹涡共同作用于近翼流场,并于0.5L处形成稳定的翼尖涡;在整个演化过程中,翼尖涡受环境因素影响较大,并伴随着较大的能量转换。     

矩形截面半潜式平台浪流耦合作用涡激运动响应二维数值模拟

通过计算流体力学(CFD)数值模拟,针对一型采用矩形截面立柱设计的深吃水半潜式生产平台,研究其在波浪和流共同作用时的涡激运动响应.选取典型135°来流方向,以正弦振荡流模拟波浪,考虑不同KC数、不同相对流数下波浪与同向均匀流耦合作用.研究表明,较之于仅有均匀流作用,均匀流和正弦振荡流耦合作用时,矩形截面立柱的半潜式平台运动响应明显增大.振荡流耦合作用影响显著.