均匀各向同性湍流的涡旋结构的统计理论

湍流运动是自然界和工程技术,如气象、水利、航空、喷气技术、化工、受控热核反应和大气污染等领域中普遍出现的流体运动。几十年来,湍流实验技术有很大进展,但理论研究却遇到很大困难。过去,我们曾提出:必须直接从粘性流体运动方程解得的小轴对称涡旋作为随机地组成均匀各向同性湍流运动的湍流元的统计观点,并分别用相似性条件得出衰变后期的运动解和初期运动的一些结果。但这两种涡旋结构的相似性统一不起来。在文化大革命和批林批孔运动的鼓舞下,根据毛主席“独立自主、自力更生”的教导,我们对过去的统计观点又作了进一步的研究。多年来在实践中反复观察和分析,我们发现作为湍流元的涡旋的结构并不服从简单的相似性规律,它在涡旋衰变过程中产生一种伸缩现象。为此,我们首先提出一个涡旋尺度-涡旋雷诺数关系;其次引进准相似性解的概念,它包括一般相似性作为特例。在小涡旋雷诺数流动情况下,我们计算得到的,包括从衰变初期到后期的整个范围内的湍能衰变规律、湍流微尺度和二元速度关联,都和实验符合得很好。我们还计算了能谱交换函数。     

旋转大气中运动的非线性相互作用和旋转适应过程

本文研究了在引力场和旋转力场中流体运动的基本规律性,提出“旋转适应”概念,证明在一定条件下有“旋转适应过程”,即运动最终趋向于轴对称带状环流状态,但在另一些条件下,则不可能有完全的适应,例如存在多个涡旋中心则永远不可能演变成轴对称环流,旋转适应过程可以解释大气运动中有“负粘性”、能量集中过程以及由低指数环流向高指数环流转换的过程。其次,文中指出高空强涡旋中心和地面上平流区的配置是决定中长期天气演变过程的主要因子,文中还讨论了能量沿不同尺度运动的转移过程,指出Fjφrtoft的结果不能直接应用,旋转大气运动不具有各向同性。     

不可压缩均匀各向同性湍流的统计理论

本文根据均匀各向同性湍流的涡旋结构理论,从Navier-Stokes方程出发,引进了准相似性条件,认为均匀各向同性湍流场在衰变过程中具有相似性,相似性尺度由表征湍流强弱的湍流脉动速度均方差q以及与特征涡旋尺度具有密切关系的湍流广义Taylor微尺度λ所决定,在对均匀各向同性湍流场计算中,假定湍流脉动在空间呈周期性,周期性尺度正比于λ。 本文对脉动速度等物理量用Fourier级数展开,将在物理空间上的计算转化到谱空间上,利用快速Fourier变换,采用前差格式和Leap-frog格式,对不同Reynolds数的均匀各向同性湍流场从衰变后期到前期进行了计算,得出了与实验较符合的结果。     

扭秤周期法测量万有引力常数G

在华中理工大学引力实验中心的山洞实验室进行了扭秤周期法测量万有引力常数G的实验 .初步的实验结果为G =( 6 .6 6 90± 0 .0 0 1 6 )× 1 0 ^-11m³ ·kg^-1·s^-2 ,其相对精度为 240× 1 0 ^-6.这一结果在3σ范围内与1986年Cohen和Taylor给出的平均值相吻合 .     

向列相液晶与朗道相变理论

本文给出了把de Gennes-Landau理论应用于向列相液晶的正确结果,解释了“相干长度”的临界指数在相变温度的上、下两边并不对称的实验事实,与一般的结论相反,文中指出,上述理论在定量上是与实验不相符合的。     

利用金刚石对顶砧超高压装置测量金属高压电阻变化率的实验方法的建立及锰铜高压电阻变化率的测量

本文建立了一个利用金刚石对顶砧超高压装置测量金属高压电阻变化率的实验方法,并用这种方法研究了锰铜的高压电阻变化率,压力达18.5GPa。实验表明:在低于13GPa的压力范围内,锰铜电阻随压力的变化呈一线性关系,在13—18.5GPa的压力范围内则是另一线性关系。在13GPa附近,出现一个线性关系的“转折点”。在“转折点”以下我们测得的压阻系数为0.024GPa^-1与Barsis和Kume以及苏昉等人最新给出的结果都符合得很好。在“转折点”以上,需用新的线性关系来描述,对应的压阻系数为0.020GPa^-1。     

激光驱动NaF等离子体keV能区线谱X光转换效率

本文报道了LF-11 Nd-玻璃激光器件驱动NaF等离子体0.9—1.5nm线谱X光转换实验的理论工作。结果表明:激光(λ=1060nm)功率密度在1×10¹³—3.5×10¹³W/cm~2内变化时,0.2％<ε<1％。对ε随λ的变化也做了讨论。同时,将理论结果与实验做了比较。     

南岭花岗岩熔化实验的初步研究

本文根据南岭代表性广泛的加里东期石英闪长岩、海西期堇青石黑云母花岗岩、燕山早期黑云母花岗岩和燕山晚期锂云母钠长石花岗岩以及板溪群石英云母片岩、建欧群石英长石云母片岩等的熔化实验与部分人工合成花岗岩结晶实验研究结果,讨论了南岭区花岗岩的成因.基于四种花岗岩初熔温度分别为:720°,710°,680°,576℃及后三种花岗岩包果体测温分别为:650°,675°—680°,512°—530℃,结合大量地质资料,初步认为,花岗岩主要是岩浆形成,而非花岗岩化(交代)成因。     

低超声速绕球流动的数值模拟

本文选择对不同Mach数M_∞都适用的曲线坐标和转换函数,将物理平面上的控制方程变换到计算平面上去,并使计算流场的范围都落在脱体激波、物面和声速线附近。这样在M_∞→1的低超声速下脱体激波远离物体时大大地缩小了计算流场的范围。本文用高精度的TVD差分格式求解了低超声速圆球绕流,所得结果如脱体激波、声速线位置等与实验结果吻合极好,解决了多年来在1.3≥M_∞>1范围内一些圆球绕流介的矛盾结果。本文得到的M_∞=1.05下的绕球流场结果是目前尚未见到的。     

三涡旋模式理论中小涡旋的二元和三元速度关联函数和网格湍流的衰变*

在三种涡旋分开考虑的湍流模式[1,2]里,我们用到了小涡旋的二元和三元速度关联函数。本文对小涡旋的二元和三元速度关联函数进行了讨论,并且对它们展开式的头几项中常用到的系数给出了表达式,最后,用它们讨论了网格湍流的衰减问题.计算结果与G.K.Batchelor和A.A.Townsend的实验[3]相符合得很好.     

复合泵浦类锂硅离子软X射线激光

本文给出了最近在上海光学精密机械研究所LF12激光装置上完成的复合泵浦类锂硅离子软X射线激光系统实验的结果,特别是第一次在较低激光辐照强度下同时观察到类锂硅离子5f—3d,5d—3p,6f—3d和6d—3p跃迁的显著自发发射放大(ASE),波长分别为88.84,87.28,75.83和74.64,测得的增益系数和增益-长度乘积分别在1—2cm^-1和2.0—4.5之间。另外还给出了增益沿靶面法线方向的空间分布和随靶面激光辐照强度的变化。用Edlen半经验公式和Cowan原子结构编码计算的4条激光谱线波长值与实验测量值符合很好。本实验结果表明复合泵浦类锂离子方案在将软X射线激光推进到“水窗”(43.8—23.3)波段中有巨大潜力。     

高能强子-强子碰撞多粒子末态纵向相空间的研究

对高能强子-强子碰撞多粒子末态高度各向异性的相空间(称为“纵向相空间”)进行了深入的研究。指出,相空间的各向异性除了表现在纵横两个方向上平均动量的大小悬殊之外,也应表现在这两个方向上的动力学起伏各向异性,导致相空间中的粒子分布有自仿射分形性质。给出了一种用实验检验自仿射分形和测量自仿射的特征量——Hurst指数的方法。此外,还讨论了纵向分形和横向动量之间的关联,给出了表征碰撞事件性质(硬、软、超软)的一个新特征量——单事件平均横动量Pt.将所得到的结果和实验作了比较。     

应力途径、岩石的强度和体积膨胀

在以下三种应力途径实验中,研究了济南辉长岩和房山花岗岩的强度和体积膨胀:A型——增加最大主应力σ₁使岩石破坏;B型—从某一应力状态开始,保持σ₁不变而减小围压,直至岩石破坏;C型——保持σ₁不变增加围压,这时岩石不发生破坏,结果表明,岩石强度与体积膨胀及应力途径有关,在一定条件下,B型实验岩石强度较A型为低,与A型实验中岩石的体积膨胀相比较,B型实验中岩石处于一种过密状态,而在C型实验中处于一种超膨胀状态。     

决定超导临界温度的主要参量和超导体新分类

文中建议:把超导体分成A型和B型两类,前者,λ<∧;后者,λ>∧,其中1/∧是T_c级数解的收敛半径。本文分析表明了,有效声子谱对这两类超导体T_c的影响是不同的,因而决定它们T_c的主要参量以及提高T_c的方法也都不一样,决定A型超导体T_c的主要参量是λ,决定B型的是λ,因此,提高A型超导体T_c的最有效方法是增大λ;提高B型的是增大λ,本文还对T_c实验数据进行了分析,得到和上述结论相符合的结果。     

表示湍流场的一种新设想

本文仿照量子场论中描述基本粒子产生湮灭的方法来描述湍流中涡旋的产生和消灭.因为当某一基本粒子存在的时候,我们可以认为它是一个不变实体,而湍流中涡旋则在时间过程中不断变化和耗散,所以在类比应用量子场论方法时首先要解决怎样的湍流涡旋可认为是同一个涡旋.根据线性化理论的特点,我们认为在时间过程中按相似性规律变化时湍流涡旋才算是同一个涡旋,而把不具有相似性的涡旋出现或消失,看成是方程(2.6)中相互作用项φ_i所引起的湮火和产生的结果.然后,我们采用和量子场论相类似的产生算符和消灭算符来描述湍流涡旋系统所处的状态.最后,我们利用原N-S方程中相互作用项来构成涡旋相互作用的“Schr?dinger”方程以描述其状态的变化.这样就得类似于量子场论的湍流涡旋相互作用理论.     

聚苯乙烯在环己烷溶剂中的核磁共振弛豫和微成象研究

通过聚苯乙烯(PS)在θ溶剂(环己烷)中的变温¹³C-NMR弛豫测量,获得了侧基苯环和主链的两类碳核在溶剂中明显不同的行为。显示出聚苯乙烯在环己烷溶剂中溶解过程分成两步,在θ温度以下聚合物的溶胀实质上主要是侧基苯环被溶剂分子分散的结果;θ温度以上聚合物的溶解是聚合物主链在溶剂中分子水平的分散。由质子核磁共振化学位移成象结论进一步证实了¹³C-NMR的T₁(C)的结果。实验结果显示,核磁共振能够得到聚合物在θ溶剂中溶解的动力学过程的信息。     

用位相共轭方法研究阶梯量子阱的三阶非线性极化系数X(3)及其色散关系

用位相共轭的实验方法,以TEA CO₂激光器作为激发光源,研究了阶梯量子阱子带间光学跃迁三阶非线性极化系数X⁽³⁾(-ω;ω,-ω,ω)及其随波长变化的色散关系,得到在近共振情况下的X⁽³⁾为8×10^-5esu,位相共轭反射率η为6×10^-3用实验的方法验证了位相共轭信号,并对实验结果进行了分析.     

氢分子电子态b1Пu及其振动态的微分截面和振子强度

在电子入射能量300 eV条件下,测量了氮分子在不同散射角下的12—14 eV能区的能量损失谱,散射角范围为2.75°—10.25°。得到了电子态b¹∏_u振动能级v’=1—4的散射微分截面和广义振子强度,并通过外推k~2至零的方法得到了b¹∏_u及其振动能级v’=1—4的散射微分截面和广义振子强度,并通过外推K~2主零的方法得到了b¹∏_u及其振动能级v’=1—4的光学振子强度。所得结果与已发的实验数据和理论结果作了比较     

气相外延生长单晶金刚石薄膜

本文用氢气、丙酮做为气体源,通过微波增强的化学气相沉积方法,在人造金刚石的<100>,<111>及<110>晶面上实现了气相外延生长。通过扫描电子显微分析,观察到了外延生长台及螺旋线,并用显微激光Raman光谱法分析证明,生长层中不合非金刚石成分。反射电子衍射分析结果表明,在金刚石<100>,<110>面上的生长层为单晶生长层。从实验结果中还发现,外延生长温度与晶面原子密度密切相关。     

作物“三系”一些生物学特征的研究——关于胞质-胞核遗传因子控制的雄性不育性状发生机理的探讨

农作物“三系”的选育成功是生产上利用杂种优势和配制杂种种子的先决条件,为了配合群众性“三系”选育科学实验工作的开展,需要了解“三系”植株的内在机理。为此,我们选择在生产上长期应用,特征较为稳定的高粱“三系”材料进行了研究。实验结果表明,胞质、胞核雄性不育遗传因子(或基因)所控制的花粉败育性状的发生途径是复杂的。它大致可归结为:孢原细胞分裂的异常;花母细胞减数分裂的反常;花母细胞初生壁的破坏以及它们之间粘连现象的发生;胼胝质、花母细胞次生壁的破坏以及异常小孢子的发生;毡绒层生理机能的破坏和小孢子发育过程中途的停滞;在不育系植株有规律地发生细胞中核酸和蛋白质的代谢障碍。另外,“三系”植株的形成,看来与卵细胞的亚显微结构的变化有关。本研究的结果可作为“三系”选育过程的参考依据。