大气压氩气介质阻挡放电中的四边形斑图和六边形斑图

在大气压氩气介质阻挡放电中，研究了斑图形成随放电条件的变化.观察到随电压的增加，斑图经历六边形—四边形—具有辉光背景的四边形—具有辉光背景的六边形的转变过程.其空间波长与放电丝密度也随之改变.在一定的放电条件下，斑图涌现出辉光背景，此时空间波长与放电丝密度保持不变，但放电丝每半周期放电脉冲数由一次变为两次. 关键词： 介质阻挡放电 四边形斑图 六边形斑图 空间波长     

流动氩气放电系统中条纹斑图形成的实验研究

采用双水电极介质阻挡放电装置, 在大气压下流动氩气中产生了稳定的条纹斑图, 并采用拍照和电学方法对其产生机理进行了研究. 研究发现, 条纹斑图仅出现在外加电压较低的情况下, 在较高电压下放电会过渡到均匀模式. 低电压下的条纹斑图是由于放电丝沿着气流方向定向移动形成的, 该定向移动速度几乎与电压无关, 主要由气体流量决定. 分析发现放电空间中活性粒子的记忆效应对条纹斑图的形成起决定作用. 电学测量发现放电电流和放电的气隙起始电压都随着气流的增加而减小, 本文对这一现象进行了定性解释. 本文结果对斑图动力学研究和介质阻挡放电的工业应用都具有很重要的意义.     

气体放电系统中时空斑图的时滞反馈控制

采用时滞反馈的方法实现了对气体放电半唯象模型中时空斑图的控制．在Turing—Hopf切空间附近分析了时滞反馈对Turing模与Hopf模的影响,确定了反馈参数与系统振荡频率及临界波长的关系．结果表明,在保持外加电压不变的情况下,时滞反馈可有效控制斑图的转换．增加反馈强度或延迟时间等效于增加外加电压．进一步利用二维数值模拟进行了验证．研究结果对气体放电系统中实现斑图的控制提供了一种新思路．     

轴对称激光系统的静态和旋转横向斑图

讨论在好腔近似下轴对称激光系统中静态和旋转横向斑图的主要结构和特征.数值模拟结果还证实了形成这些斑图的模式强度和频率满足合作频率移动律. 关键词：     

介质阻挡放电中单晶胞白眼斑图的光谱研究

在介质阻挡放电系统中,空气和氩气混合气体的实验条件下,第一次实现了只具有一个单元结构的白眼斑图。该斑图的结构从中心位置向外依次为：中心点,围绕中心点的环和环外六个点。由于出现该单晶胞白眼斑图时的电压较低,而本实验采用的水电极中的水的比热容大,具有良好的吸热性,这使斑图在放电过程中放电气隙间的气体的温度没有升高,并且放电现象没有发生变化。因此在实验过程中,单晶胞白眼斑图在长时间放电的情况下并没有使其等离子体状态发生改变。由普通照相机所拍摄的图片可以看到,单晶胞白眼斑图的中心点,围绕中心点的环和环外六个点的亮度有明显不同。在不同压强下该斑图的稳定性有所不同,并且中心点,围绕中心点的环和环外六个点的亮度随压强的变化有所不同。鉴于此,本实验采用了发射光谱法,研究了单晶胞白眼斑图中不同位置处(中心点、环及外围六个点)的等离子体温度随压强的变化关系。其中,分子振动温度使用氮分子第二正带系(C3Π_u→B3Π_g)的发射谱线来计算;电子激发温度利用氩原子763.26 nm(2P₆→1S₅)与772.13 nm(2P₂→1S₃)两条谱线强度值进行比较的方法进行研究;电子密度利用氩原子696.57 nm(2P₂→1S₅)谱线的展宽来测量。发现在同一实验条件下,单晶胞白眼斑图的中心点的电子激发温度、电子密度和分子振动温度均最低,环外六个点相应的电子激发温度、电子密度和分子振动温度次之,环相应的电子激发温度、电子密度和分子振动温度均最高;随着气体压强从40 kPa增大到60 kPa,单晶胞白眼斑图不同位置处的电子密度增高但分子振动温度和电子激发温度均降低。本实验结果有助于进一步研究自组织斑图形成的机制。     

数字散斑条纹图的滤波方法

在现代数字散斑测量方法中，一般采用减模式来产生数字散斑条纹图，它是进一步图像处理的信息载体，同时不可避免地附带有大量的乘性噪声。为了保证测量精度，在进一步图像处理前必须对其进行降噪，选择合适的滤波方法显得尤为重要。在多年实际经验及阅读了大量文献的基础上，该文对国内外常用的数字散斑干涉条纹图滤波方法进行了分类阐述，选择了一些有代表性的方法予以实现，给出实验结果，并进行了对比分析。最后对数字散斑干涉条纹图滤波方法的发展方向给出了自己的看法。     

介质阻挡放电斑图中放电通道的相互作用研究

在近大气压介质阻挡放电中，研究了六边形斑图的空间波长随放电参数的变化，仔细观察了稳定的六边形中放电通道的产生及运动行为.结果表明空间波长随电压增加而减小，变化曲线与放电间隙和气压有关.电压升高，边界处生成新的放电丝，位于六边形最外层顶点处新生成的放电丝沿径向运动，而位于六边形边长上新生成的放电丝的运动方向平行于距其最近的C₂轴(过六边形顶点). 继续升高电压，放电丝变为条状进而形成螺旋波或靶波.在观察实验结果和分析放电丝受力的基础上，认为放电区域可能存在一种类似二维库仑晶体中存在的约束势. 关键词： 介质阻挡放电 斑图 放电通道 约束势     

蜂蜜溶液法拉第斑图的研究

本文研究周期性外力驱动下蜂蜜溶液法拉第斑图的特性.实验中观察到相较于水或黄原胶溶液,蜂蜜溶液的法拉第斑图具有很高的有序度.对产生斑图的临界加速度进行了探究,发现蜂蜜溶液与黄原胶溶液在弱非线性区具有相似的动力学特性.关于色散关系的测量结果显示,蜂蜜溶液色散关系与重力-表面张力波理论色散关系有较好的一致性,但蜂蜜溶液的非牛顿黏滞性导致两者有所差异.     

Rayleigh-Bénard热对流中non-Boussinesq效应的数值研究

采用变物性格子Boltzmann通量求解器（VPLBFS）研究了Rayleigh-Bénard热对流.以超临界流体为例,采用VPLBFS的简化形式和标准形式分别得到了通常关注的基于Boussinesq假设的常物性解,只考虑部分物性变化的基于partial Boussinesq假设的PBA解,以及考虑流体全部物性变化的变物性解,分析了non-Boussinesq效应对Rayleigh-Bénard热对流的影响,讨论了不同温差条件下的non-Boussinesq效应.研究结果表明:non-Boussinesq效应对超临界流体的Rayleigh-Bénard热对流有非常显著的抑制作用,论证了在研究热对流时考虑流体全部物性变化的必要性.      

湍流热对流大尺度环流反转时的角涡特性

本文采用DNS方法计算二维方腔Rayleigh–Bénard热对流.在软湍流区热对流场呈现大尺度环流和两个反向转动的角涡,并出现了大尺度环流的反转现象.连续的温度等值线和流线图清晰地描述了反转现象的全过程.在反转过程中,角涡的大小尺度变化起到重要的作用.对角涡大小尺度变化的分析发现,在反转现象中其角涡尺度随时间的变化出现剧烈的振荡,而没有反转现象的热对流场中角涡尺度变化只有小幅的脉动.对反转过程前后的角涡大小尺度、典型位置速度及角点附近温度等流动特性进行了探讨和分析,发现反转是在瞬间完成的,角涡内速度脉动较小、温度较高,反转前角涡尺度与角涡侧壁垂向速度变化具有同步性.     

Large-scale patterns in Rayleigh-Bénard convection

Rayleigh-Bénard convection at large Rayleigh number is characterized by the presence of intense, vertically moving plumes. Both laboratory and numerical experiments reveal that the rising and descending plumes aggregate into separate clusters so as to produce large-scale updrafts and downdrafts. The horizontal scales of the aggregates reported so far have been comparable to the horizontal extent of the containers, but it has not been clear whether that represents a limitation imposed by domain size. In this work, we present numerical simulations of convection at sufficiently large aspect ratio to ascertain whether there is an intrinsic saturation scale for the clustering process when that ratio is large enough. From a series of simulations of Rayleigh-Bénard convection with Rayleigh numbers between 10⁵ and 10⁸ and with aspect ratios up to 12π, we conclude that the clustering process has a finite horizontal saturation scale with at most a weak dependence on Rayleigh number in the range studied.     

分离比对混合流体Rayleigh-Bénard对流解的影响

混合流体Rayleigh-Bénard对流是研究非平衡对流的非线性动力学特性的典型模型之一.基于流体力学方程组的数值模拟,首先探讨了矩形腔体中具有强Soret效应(分离比Ψ=-0.60)的混合流体行波对流的分叉特性及斑图演化,沿着分叉曲线的上部分支,随着相对瑞利数的增加,此系统依次出现了局部行波对流、具有缺陷的行波对流、行波对流、摆动行波对流及定常对流5种行波对流解.然后,研究了分离比Ψ对对流解的影响,与弱Soret效应(Ψ=-0.11)时的对流解相比较,强Soret效应(Ψ=-0.60)时出现的对流解更丰富.由于有强Soret效应的对流的复杂性,Ψ=-0.60时的对流解与Ψ=-0.20,-0.4时的对流解不同.     

三维湍流Rayleigh-Bénard热对流的高效并行直接求解方法

高Ra数Rayleigh-Bénard热对流的湍流特性研究是当前国际上的一个热门研究课题, DNS模拟计算是研究该课题的重要手段之一. 当计算规模增大而网格数巨大时计算工作难以实现, 高Ra湍流热对流的数值模拟研究面临重大挑战. 本文创建了大规模高效并行计算的三维湍流热对流直接求解方法. 采用FFT变换解耦压力泊松方程, 将其变换成沿z方向上的块三对角方程组, 并利用块三对角方程的MPI与OpenMP联立的大规模高效并行近似解求解方案, 创建了可以高效并行计算的热对流直接求解方法. 通过对该方法并行效率的验证计算, 证明新的直接求解并行计算方法具有很好的并行效率和计算时效. 三维窄方腔热对流的计算结果表明, 本文方法计算的三维热对流特性是合理的. 本文创建的可大规模高效并行计算的三维湍流热对流直接求解方法, 也很可能是关于计算流体力学不可压NS方程大规模高效并行计算在特殊情况中计算技术上的一个突破.     

Characteristics of temperature fluctuation in two-dimensional turbulent Rayleigh-Bénard convection

We study the characteristics of temperature fluctuation in two-dimensional turbulent Rayleigh–Benard convection in′a square cavity by direct numerical simulations.The Rayleigh number range is 1×10⁸≤Ra≤1×10¹³,and the Prandtl number is selected as Pr=0.7 and Pr=4.3.It is found that the temperature fluctuation profiles with respect to Ra exhibit two different distribution patterns.In the thermal boundary layer,the normalized fluctuationθrms/θrms,max is independent of Ra and a power law relation is identified,i.e.,θrms/θrms,max～(z/δ)0.99±0.01,where z/δis a dimensionless distance to the boundary(δis the thickness of thermal boundary layer).Out of the boundary layer,when Ra≤5×10⁹,the profiles ofθrms/θrms,max descend,then ascend,and finally drop dramatically as z/δincreases.While for Ra≥1×10¹⁰,the profiles continuously decrease and finally overlap with each other.The two different characteristics of temperature fluctuations are closely related to the formation of stable large-scale circulations and corner rolls.Besides,there is a critical value of Ra indicating the transition,beyond which the fluctuation hθrmsiV has a power law dependence on Ra,given by hθrmsiV～Ra?0.14±0.01.     

滑移边界对二维Rayleigh-Bénard热对流流态和传热特性的影响

采用并行直接数值模拟（PDM-DNS）计算无滑移和滑移边界二维Rayleigh-Bénard热对流.与无滑移边界形成的随机羽流运动的湍流热对流不同,滑移边界热对流最终形成湍流特征消失,且温度仅分布于四壁的一个大尺度环流的流动形态.平均场近底板的温度分布特性,无滑移边界逐渐变化而滑移边界出现过冲现象.宽高比Γ=1时,Nusselt数（Nu）随Rayleigh数（Ra）的变化具有相同标度指数,Nu~Ra^0.3.滑移边界热对流具有传热增强作用.滑移边界热对流Nu随Γ变化明显,并分为两个阶段,在Γ=0.5时出现Nu_max≈250,是无滑移边界热流Nu的5倍.     

混合流体Rayleigh-Benard行波对流中的缺陷结构

通过流体力学基本方程的数值模拟,研究了含有缺陷的行波对流的动力学特性. 当分离比Ψ＝－06时,随着相对瑞利数r逐渐增加,系统由局部行波对流过渡到含有缺陷的行波对流,然后缺陷消失过渡到无缺陷的行波对流. 对于不同分离比的研究表明,缺陷出现的周期随着分离比减小而迅速增加,随着r增加而增加. 在负的小分离比时的增加速率大于大分离比时的增加速率. 缺陷存在区间Δr随着分离比绝对值减小很快变小, 并且当Ψ＝－011时缺陷消失,没有发现含有缺陷的行波对流. 当r大于Δr的上限时,系统过渡到无缺陷的行波对流.可是,当r小于Δr的下限时,不同的分离比Ψ值,对应不同的行波对流斑图. 这说明分离比明显地影响着各斑图形成及它们之间的转换,斑图之间的转换是很复杂的. 关键词： Rayleigh-Benard对流 缺陷 混合流体 行波     

Model for modulated and chaotic waves in zero-Prandtl-number rotating convection

The effects of time-periodic forcing in a few-mode model for zero-Prandtl-number convection with rigid body rotation is investigated. The time-periodic modulation of the rotation rate about the vertical axis and gravity modulation are considered separately. In the presence of periodic variation of the rotation rate, the model shows modulated waves with a band of frequencies. The increase in the external forcing amplitude widens the frequency band of the modulated waves, which ultimately leads to temporally chaotic waves. The gravity modulation, on the other hand, with small frequencies, destroys the quasiperiodic waves at the onset and leads to chaos through intermittency. The spectral power density shows more power to a band of frequencies in the case of periodic modulation of the rotation rate. In the case of externally imposed vertical vibration, the spectral density has more power at lower frequencies. The two types of forcing show different routes to chaos.      

Noise-induced intermittency in the quasiperiodic regime of Rayleigh-Bénard convection

Thermal measurements on a converting dilute³He-superfluid⁴He solution in the quasiperiodic regime show a transition from a mode-locked periodic state to chaotic time dependence via intermittency. The type of intermittency is discussed in the context of standard models of the phenomenon. In a region just below the onset of intermittency, injection of external multiplicative noise with noise amplitude above a certain threshold level induces the chaotic state. This noise-induced transition can be understood to be due to perturbations of a system with a barely stable attractor; the noise causes the system to escape the weakly attracting periodic points. We present a numerical simulation of a 1D map with external noise which explains some aspects of the noise-induced behavior, and a 2D map which has certain features of the intermittency.