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     

分层流体中移动动量源生成准二维偶极子涡街特性实验

采用水平移动射流方法模拟移动动量源,实验研究了该移动动量源在密度分层流体中生成准二维偶极子涡街的机理,分析了偶极子涡街的演化特性. 在系列实验基础上,获得了移动动量源在密度分层流体中能够演化为偶极子涡街的(Re,Fr)组合条件. 对不同的Re取值,获得了偶极子涡街无因次形成时间及其无因次涡街平均波长倒数与Fr之间的相关关系,表明它们不依赖于Re数,而与Fr近似为幂指数关系. 关键词： 分层流体 移动动量源 偶极子涡街 涡街形成时间     

具有密度跃层分层流体中回转体激发内波特性实验

在具有连续密度跃层的分层流体中,对长径比为7:1的回转体在迎水和背水运动下激发体积效应与尾迹效应内波特性开展了系列实验.结果表明,体积效应激发内波属于一种相对于回转体定常的多模态Lee波结构,而尾迹效应激发主控内波为相对于回转体非定常的拟Lee波结构,这是一类由湍流尾迹中大尺度相干结构作为移动源激发的内波结构,在Lee波与拟Lee波之间存在一个与长径比近似为线性关系的临界转捩Froude数Fr_c,当FrFr_c 时拟Lee波为主控内波,而且拟Lee波相关速度Froude数近似为一个常数0.8,其无因次峰-峰幅值随Fr的增大近似线性增大,其中Fr为回转体特征直径Froude数.结果还表明,回转体头部与尾部几何形式并不影响其激发内波临界转捩Froude数Fr_c、 拟Lee波相关速度Froude数及其峰-峰幅值变化特性.     

微束核反应及其对流体包裹体的应用

本文主要介绍了扫描质子探针中微束核反应分析原理。给出了用８７２ｋｅＶ质子能量的＾１９Ｆ（ｐ,αγ）＾１６Ｏ共振反应测量氟元素的方法,并利用扫描质子探针对地幔流体包裹体内的氟元素含量进行了测量。     

有限深两层流体中内孤立波造波实验及其理论模型

将置于大尺度密度分层水槽上下层流体中的两块垂直板反方向平推, 以基于 Miyata-Choi-Camassa (MCC)理论解的内孤立波诱导上下层流体中的层平均水平速度作为其运动速度, 发展了一种振幅可控的双推板内孤立波实验室造波方法. 在此基础上, 针对有限深两层流体中定态内孤立波 Korteweg-de Vries (KdV), 扩展KdV (eKdV), MCC和修改的Kdv (mKdV)理论的适用性条件等问题, 开展了系列实验研究.结果表明, 对以水深为基准定义的非线性参数ε 和色散参数μ, 存在一个临界色散参数μ₀, 当μ < μ₀ 时, KdV理论适用于ε ≤μ 的情况, eKdV理论适用于μ < ε ≤√μ 的情况, 而MCC理论适用于ε > √μ 的情况, 而且当μ ≥μ₀ 时MCC理论也是适用的.结果进一步表明, 当上下层流体深度比并不接近其临界值时, mKdV理论主要适用于内孤立波振幅接近其理论极限振幅的情况, 但这时MCC理论同样适用.本项研究定量地表征了四类内孤立波理论的适用性条件, 为采用何种理论来表征实际海洋中的内孤立波特征提供了理论依据. 关键词： 两层流体 内孤立波 双板造波 临界色散参数     

组合阵列相干声源激发局部大气不均匀体分布特性研究

声波作为具有能量的机械波,在传播过程中与大气相互作用,扰动大气湍流的时空分布特性。本文基于声波的波动方程和叠加原理,结合大气折射率与大气物理参数的关系式,通过理论建模和仿真模拟,数值分析了基于单个点阵列相干声源的五种不同类型组合阵列相干声源模型激发的人工折射率不均匀体分布情况。结果表明：组合阵列声源在局部空间平面上激发的不均匀体分布特征受阵列声源的数量和分布位置共同影响,组合阵列模型内部声源个数越多,激发出的人工不均匀体的数量级以及起伏更大,同时声波之间的干涉条纹也更加的明显。本文为生成或抑制湍流效应提供了新思路,数值计算结果可为光工程选择合适的声源模型提供依据。     

束流实验中不同尺寸塑料闪烁体的时间特性

北京谱仪(BESⅢ)中的飞行时间探测器将采用长2.3m宽6cm的长条形塑料闪烁体. 利用北京高能物理研究所的实验束流对铝膜包装的不同厚度闪烁体的本征时间分辨进行了研究,给出了4cm, 5cm和6cm闪烁体的时间分辨, 而且用蒙特卡罗模拟做了比较, 结果表明5cm厚的闪烁体具有最佳性能.     

光热敏折变玻璃及其布拉格体光栅特性研究

采用高温二次化料的方法制备了一种SiO2-Al2O3-ZnO-Na2O(F、Br)玻璃体系的光热敏折变(PTR)玻璃,通过紫外曝光、透射率光谱、X射线衍射(XRD)和差热分析等方法研究了其光热敏析晶机理。研究表明,PTR玻璃的光敏区为280～350nm,工作区为400～2700nm,最佳成核温度和析晶温度分别为490℃和595℃,析晶组分为NaF晶体。采用双光束干涉方法与"两步法"的热处理工艺在PTR玻璃中制备了周期为1000mm-1的布拉格体光栅,光栅的相对衍射效率达到91%,并验证了制备的布拉格体光栅具有角选择滤波能力。     

双掺杂LiNbO3:Fe:Mn体全息光栅的时空衍射特性

通过联立求解两中心带输运物质方程和双光束耦合波方程 ,建立了研究双掺杂LiNbO3:Fe :Mn晶体采用双色光记录光折变体全息的时空特性的动力学模型 .数值计算表明 ,该动态体全息光栅的时空衍射特性与晶体中的折射率光栅相对于干涉场的空间相移有关 ,该空间相移的取值范围为 (-π ,π) ,当空间相移的符号发生变化时 ,双光束之间的能量耦合方向也相应地发生反转 .给出了晶体内的等相位线和光强的重新分布 .     

一种宽频带超材料吸波体的设计及其特性

为了获得吸收率高、吸波带宽宽的超材料,设计了一种谐振超材料吸波体.该吸波体由多个开口圆环组成,采用商业软件CST Studio Suite 2009频域求解器计算了其在25~35 GHz波段内的S参量,并计算了其吸波率A(ω),在28.4 GHz处吸收率达到86%,带宽达到3.5 GHz.利用不同吸波频段的叠加效应,设计了一种谐振超材料吸波组合体,计算了在25~35 GHz波段的S参量,在29.7 GHz处吸波率达99.9%,吸波带宽达到3.1 GHz,吸收率明显增加.将GHz波段的结构缩小1 000倍,在THz波段同样可以达到高吸收,说明超材料吸波体可以通过对结构尺寸调节改变吸收波段.同时,对其阵列进行仿真计算,发现不同的排列方式仿真结果不同.由于各个谐振环之间的相互作用对吸收效果影响较大,吸收率减小.该吸波材料由金属组成,能灵活地对介电常量和磁导率进行调节,从而实现高吸收.     

Experimental investigation of the generation of large-amplitude internal solitary wave and its interaction with a submerged slender body

A principle of generating the nonlinear large-amplitude internal wave in a stratified fluid tank with large cross-section is proposed according to the‘jalousie’control mode.A new wave-maker based on the principle was manufactured and the experiments on the generation and evolution of internal solitary wave were conducted.Both the validity of the new device and applicability range of the KdV-type internal soliton theory were tested.Furthermore,a measurement technique of hydrodynamic load of internal waves was developed.By means of accurately measuring slight variations of internal wave forces exerted on a slender body in the tank,their interaction characteristics were determined.It is shown that through establishing the similarity between the model scale in the stratified fluid tank and the full scale in the numerical simulation the obtained measurement results of internal wave forces are confirmed to be correct.     

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     

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     

A set of Boussinesq-type equations for interfacial internal waves in two-layer stratified fluid

Many new forms of Boussinesq-type equations have been developed to extend the range of applicability of the classical Boussinesq equations to deeper water in the study of the surface waves. One approach was used by Nwogu (1993. J. Wtrw. Port Coastal and Oc. Eng. 119, 618--638) to improve the linear dispersion characteristics of the classical Boussinesq equations by using the velocity at an arbitrary level as the velocity variable in derived equations and obtain a new form of Boussinesq-type equations, in which the dispersion property can be optimized by choosing the velocity variable at an adequate level. In this paper, a set of Boussinesq-type equations describing the motions of the interfacial waves propagating alone the interface between two homogeneous incompressible and inviscid fluids of different densities with a free surface and a variable water depth were derived using a method similar to that used by Nwogu (1993. J. Wtrw. Port Coastal and Oc. Eng. 119, 618--638) for surface waves. The equations were expressed in terms of the displacements of free surface and density-interface, and the velocity vectors at arbitrary vertical locations in the upper layer and the lower layer (or depth-averaged velocity vector across each layer) of a two-layer fluid. As expected, the equations derived in the present work include as special cases those obtained by Nwogu (1993, J. Wtrw. Port Coastal and Oc. Eng. 119, 618-638) and Peregrine (1967, J. Fluid Mech. 27, 815-827) for surface waves when the density of the upper fluid is taken as zero.     

南海东沙海域线性内波引起的声场统计特性

海洋内波对声传播及水声探测具有重要影响。利用南海东沙附近海域一次低频声传播起伏实验同步获取的声学与水文观测数据,从水文连续观测数据中提取了内波特征参数,验证了修正线性内波频谱公式,用蒙特卡洛方法统计分析了存在线性内波条件下的声场起伏特性,并用射线理论解释了声源与跃层相对位置对声场起伏的影响机理。结果表明:随着频率、平均能流密度和收发距离的增加,最大概率传播损失(TL)增大;受线性内波活动的影响,与“上发下收”相比,“下发下收”情况下传播损失的概率分布更发散;随着收发距离的增加,内波的累积效果更加显著,在“下发下收”情况下,40 km处传播损失概率分布最大可增加至8 dB;在负跃层环境下,内波的扰动更有利于声线穿越温跃层。     

Second-order random wave solutions for interfacial internal waves in N-layer density-stratified fluid

This paper studies the random internal wave equations describing the density interface displacements and the velocity potentials of N-layer stratified fluid contained between two rigid walls at the top and bottom. The density interface displacements and the velocity potentials were solved to the second-order by an expansion approach used by Longuet-Higgins （1963） and Dean （1979） in the study of random surface waves and by Song （2004） in the study of second- order random wave solutions for internal waves in a two-layer fluid. The obtained results indicate that the first-order solutions are a linear superposition of many wave components with different amplitudes, wave numbers and frequencies, and that the amplitudes of first-order wave components with the same wave numbers and frequencies between the adjacent density interfaces are modulated by each other. They also show that the second-order solutions consist of two parts： the first one is the first-order solutions, and the second one is the solutions of the second-order asymptotic equations, which describe the second-order nonlinear modification and the second-order wave-wave interactions not only among the wave components on same density interfaces but also among the wave components between the adjacent density interfaces. Both the first-order and second-order solutions depend on the density and depth of each layer. It is also deduced that the results of the present work include those derived by Song （2004） for second-order random wave solutions for internal waves in a two-layer fluid as a particular case.     

海洋内波对水下声场的影响

海洋内波是海水内部的波动之一,它与海洋表面的海浪运动有着非常不同的物理特征。海洋内波会引起海水温度剖面发生剧烈的波动,这种波动具有很强的方向性和时变性,对水下声传播影响巨大,并展现出一些很奇特的声波导效应(包括二维波导效应和三维波导效应),给水下目标的探测与定位以及水声通信等带来严重影响。海洋内波对声场的影响研究涉及到海洋动力学和水声学两个学科领域,文章重点介绍海洋内波对声场影响研究领域的相关进展,并对内波环境下典型声波导现象进行了讨论,最后对该领域未来的发展进行了总结和展望。