大雷诺数平稳湍流的Markov过程描述

湍流扩散是湍流理论中的一个重要问题,并对大气污染等问题具有重要的实际意义。自从Taylor的文章起,五十多年来,许多作者运用拉格朗日观点处理平稳湍流中的扩散问题,取得了不少进展.但至今尚未从理论上解决湍流扩散的概率分布问题,只有解决了这一问题,才箅得到湍流扩散的完整的统计描述。 本文对大雷诺数平稳湍流这一情况,解决了概率分布问题。通过物理分析,文中阐明了大雷诺数平稳湍流可用Markov过程描述;论证了Fokker-Planck方程应采用本文的系数,得到了单粒子运动与二粒子相对运动的转移概率函数,从而得到平稳湍流中单粒子运动及二粒子弥散的完整的统计描述。由此作为特例,证明了单粒子扩散规律与二粒子弥散规律均满足正态性,从而证明了Batchelor的正态假设。此外,作为本文结果的推论,从理论上证明了脉动速度服从正态分布这一著名的实验事实。 关于二粒子相对速度与距离的弥散规律,以及Richardson定律的适用范围,本文与林家翘和W.H.Reid以及E.Krasnoff和R.L.Peskin的结果一致。本文公式当βt<<1时的渐近式与Obukhov一致,从而指明了Obukhov所给方程的局限性。     

HF化学激光放大器的交叉弛豫动力学研究

在低气压超声速cwHF化学激光放大器中 ,假设平动和转动非平衡交叉弛豫同时起作用 .对于气流介质的层流和湍流扩散混合两类流动模型 ,分别导出了饱和增益谱的表示式 ,并进行了数值计算 .计算结果表明 ,湍流扩散混合模型与实验结果符合得更好 .     

悬浮固粒和密度界面上粒子覆盖层对湍流扩散的影响

本文实验研究了两层流体之间的密度界面上的粒子覆盖层和上层湍流混合层中的悬浮粒子对湍流扩散的影响。实验结果表明,其影响是显著的。湍流扩散距离D以时间t的k次幂变化:D=Bt^k,其中k与覆盖层的相对厚度(?)_p有关即(?)=0.200—0.130(?)_p;对于上层有悬浮粒子和纯两层流体,(?)_p为零,k为0.200,两者D的变化规律一样,只是有悬浮粒子的k值较纯两层流体的小。湍流的无量纲扩散速率可归结为E=KR_il^-n,这里n=1.5+0.93(?)_p,(?)_p越大E值下降越快。这说明覆盖层改变了扩散速率的指数变化律,对湍流扩散有较大的阻碍作用。悬浮粒子的作用只是减小K值,其E的变化规律同纯两层流体的一样。本文还对湍流混合和扩散机制作了讨论。     

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.     

湍流边界层中固体小颗粒湍流运动的Lagrangian模型

给出了固体小颗粒在边界层中的Lagrangian运动方程,方程中包括受壁面影响的粘性阻力,Saffman升力及Magus升力等.使用频谱法,得到了颗粒响应流体的Lagrangian能谱的表达式,使用这些结果研究了各种响应特性.本文的结果清楚地表明了固体个颗粒在湍流扩散过程中,其湍流扩散是可能大于流体的.     

非轴对称模型Hagen-Poiseuille流的不稳定性

本文讨论流体通过圆管的运动不稳定性问题.作为流体运动所受的扰动波,我们考虑一个三维非线性模型.它的相关振幅函数满足扩散方程,当流体的雷诺数增大时,由于复杂的分子扩散和流体粘性的相互作用.该方程的扩散系数会出现负值.在"负扩散"现象出现时.在流体运动中出现的"湍流段"内部会引起能量的集中和使流体的阻尼减少.文中所得结果对说明圆管流中出现湍流段的实验现象是有价值的.     

二维剪切流的粘性-无粘湍流干扰理论

对二维不可压缩近壁剪切湍流,本文提出一个粘性-无粘湍流干扰理论.主要内容有:从分子粘性考虑出发确定干扰湍流的流动结构及其物理尺度,导出空间为小尺度的局部流动结构随顺流距离的演变规律,导出支配干扰湍流流动的简化Reyno-lds(SR)方程和扩散抛物化K-ε方程.该SR方程是作者早先提出的简化Navier-Stokes(SNS)方程的湍流形式,它的重要性质是“简化运算”和时间Reynolds平均运算的顺序可以交换.关于最大湍流剪应力、本理论计算值与实验测量值很好相符.经典湍流边界层理论、Clauser平衡湍流边界层以及湍流分离Triple-deck理论均是本文理论的特例.证实了顺流方向长度尺度随干扰增强而显著减小的实验结论.     

两层流体系统中含有悬浮粒子无平均剪切湍流混合层的增长

本文对两层流体系统中含有粒子的无平均剪切湍流混合层的增长(扩散)行为,进行了实验研究和理论分析,并提出一个估计湍流混合层扩散速率的理论方法,即势能模型。这种模型还包含了纯两层流体的湍流扩散的结果。实验结果与该模型符合很好。混合层中含有粒子时扩散距离D随时间t的变化、无因次扩散速率E与Richardson数及Ri₁的关系均与纯两层流体的相同,但还与初始体积浓度(?)₀有关,D和E分别以的负1/5和负1次幂变化。     

湍流速度和耗散率联合几率密度函数的输运方程

根据湍流动能耗散率满足对数正态分布的假定,给出耗散率的随机模型,并对速度的Langevin模型进行了修正,从而建立起完全封闭的湍流速度和耗散率联合几率密度函数的输运方程.为检验模型的可靠性,用Monte Carlo方法对输运方程进行了数值求解,给出衰变湍流和均匀剪切湍流的满意结果.     

基于有限分析法的平面铅垂壁羽流的相似解

应用计及浮力对湍动能及其耗散率的影响的k-epsilon湍流模式,结合有限分析法对密度差引起的平面铅垂紊动壁羽流进行了数值分析．在均匀环境条件下控制该类流动的连续性方程、流动方向的动量方程、浓度扩散方程、湍动能及其耗散率方程存在相似解．考虑到浮力通量守恒条件,应用有限分析法给出了铅直壁羽流的速度、相对密度差、湍动能及耗散率的分布,进而给出了各物理量最大值沿主流方向变化的关系式．湍流Schmidt数为1.0时的计算结果与实验资料吻合较好,表明应用有限分析法分析铅垂平面羽流是有效的,即在分析壁羽流时浮力对湍动能及其耗散率的影响应该予以考虑．     

颗粒的有限尺寸对颗粒在均匀各向同性湍流中扩散的影响

本文指出固体颗粒对流体湍流运动的响应有不同的机理,颗粒受大涡的粘性拖动,但受小涡的随机碰撞.基于这种原理,本文计算了有限尺寸的固体颗粒在均匀各向同性湍流中的扩散.结果显示存在着二种相互抵消的效应:颗粒的惯性使颗粒长期扩散系数上升,而颗粒尺寸使颗粒的长期扩散系数下降.     

复杂产业网络上的技术创新博弈扩散研究

创新的价值在于扩散,但扩散依赖于路径选择与扩散规则.提出了技术创新扩散的一对多博弈模型,并求解出了Nash均衡解.Nash均衡表明,传播者采取扩散策略的概率与学习者的学习成本和拒绝代价之差成正比;学习者采取学习策略的概率不但与传播者的封锁成本成正比,而且与网络的平均度成正比;进而,基于马尔科夫链的吸收态,进一步分析了产业网络上技术创新博弈扩散的平均步数;基于平均场理论,分析了产业网络上技术创新博弈扩散的分布及其分布密度.最后,通过长三角IC产业网络给出了实证分析.     

太阳风质子各向异性速度分布的产生机制

太阳风高速流中观测到质子速度的各向异性分布, 但是长期没有得到合理解释. 用质子与回旋波共振产生的扩散平台解释了这一观测现象. 研究了色散对回旋共振形成的扩散平台的影响, 发现用冷等离子体的色散关系求出的扩散平台与0.3AU高速流中观测到的质子速度相空间中的密度等值线符合得很好, 对于0.7~1.0 AU高速流中观测到的质子相空间密度等值线则需要考虑热等离子体的色散关系. 还给出了太阳风高速流中质子速度各向异性A与等离子体β 值的关系.     

超声速、高超声速粘性气体分离流动的显隐式差分解法

本文利用反扩散的两步显、隐式差分方法,求解了超声速、高超声速粘性气体绕二维、三维压缩拐角的层流和湍流分离运动.结果表明,它既能获得很好的精度,又能大大缩短计算机时.     

大气边界层中湍流场的团块结构

本文分析了从声雷达探测中发现的团块回波,它具有明显的边界,其形状是不规则的。回波强度在团块内部也是不均匀的,大多数团块具有扁平特点。团块回波一般出现在夜间、小风、稳定层结,并经常和一定的天气过程(如雷暴、降水等)相联系。根据声波在湍流大气中的传输理论,可以认为团块回波反映了边界层大气存在着密度不均匀的气块。这种气块的存在,对于波的传输、物理量(如动量、水汽、热量等)的输送、污染物的扩散、以及湍流化学等问题都会产生一定的影响。     

空气中PM2.5的扩散和衰减模型

PM2.5的时空分布及其演变规律十分复杂.为刻画PM2.5的发生、扩散和衰减规律,提出点源、线源和面源叠加的多源模型描述区域内的多污染源对某一监测点的影响.考虑风力风速、太阳辐射强度、湿度等天气和季节因素以及重力、湍流扩散、分子扩散等对源强强度的影响,提出源衰减、湿沉积、化学迁移叠加衰减模型,用监测点的PM2.5浓度数据对污染源强度和衰减系数进行反演求解.针对西安市某些监测点处的PM2.5浓度突然增至数倍且延续数小时,建立污染扩散预测与评估方法,对提升前后污染源源强进行分析,给出重度污染区域,并用数据的人工统计定性验证模型的合理性.     

反应扩散递归神经网络全局指数稳定的鲁棒分析

主要讨论反应扩散递归神经阿络全局指数稳定的鲁棒分析.给定反应扩散递归神经网络是全局指数稳定,首先,在此神经网络基础上考虑噪音扰动,利用超越方程得到噪音密度的上界,在上界范围内,带噪音的反应扩散递归神经网络仍然是全局指数稳定.进一步,在反应扩散递归神经网络基础上同时考虑噪音扰动和连接权参数不确定,利用超越方程得到连接权参数和噪音密度上界,在两个参数描述的超越方程范围内,带噪音和连接权参数不确定的反应扩散递归神经网络仍然是全局指数稳定.最后给出数值算例证实相关理论的有效性.     

Topology Optimization Design of Heat Convection Problems With Variable-Density Cells北大核心CSCD

为获得优异的散热结构设计,发展了一种基于腐蚀-扩散算子的变密度胞元层级结构设计方法.通过腐蚀-扩散算子得到了一系列拓扑相似但体积分数不同的变密度微结构,计算并拟合得到变密度微结构等效热传导系数曲线.在此基础上,采用移动渐近线法更新宏观设计变量,将变密度微结构植入相应体积分数的宏观单元中完成装配.通过数值算例对不同优化方法下温度场的热柔顺度、平均温度、方差等参数进行了比较分析,结果表明,变密度胞元层级结构比传统单尺度胞元结构和周期胞元结构具有更好的散热性能.     

一种基于多维尾条件期望的扩散模型检验方法

为了解决多维扩散模型的设定检验问题,我们基于多维尾条件期望(CTE)制定了一个检验统计量.虽然不能直接估计出多维扩散模型的转移密度矩阵,但是可以估计出每个分量的转移密度,再通过CTE将每个分量联合起来,建立了一个真正的多维统计量.最后通过仿真模拟评估了该检验方法的检验的性能.     

CML模型和湍流的非线性

本文在现有耦合映射格点(CML)动力系统模型的基础上,提出了能够同时模拟对流项和扩散项的强弱耦合系统的CML模型,分析了这类模型的特点和结构.数值试验表明,这类CML模型能够有效地研究时空复杂性,利用数值模拟的结果对湍流的物理机制作了初步的阐释.