磁热场协同作用下的传热传质强化

通过三维非稳态动量和能量方程的模拟,对圆管通道内空气的磁热风作用机理进行了分析。得出了无量纲长径比为 20、30、62和100,带电线圈和管道的直径比从2到200时磁场密度的梯度的影响规律。磁场与温度场的协同作用改变了速度和温度边界层的分布,存在最优条件下的强化传热、传质效果。     

底部加热空气层自然对流的可视化实验研究

本文对底部加热的水平空气层的自然对流换热进行了可视化实验研究,采用实时全息干涉照相技术获得了温度场的激光干涉图及流场的烟可视化图象。实验结果表明,这种水平空气层自然对流换热是非稳态的,并且在空间上是三维的。     

Bayesian geoacoustic inversion using wind-driven ambient noise

This paper applies Bayesian inversion to bottom-loss data derived from wind-driven ambient noise measurements from a vertical line array to quantify the information content constraining seabed geoacoustic parameters. The inversion utilizes a previously proposed ray-based representation of the ambient noise field as a forward model for fast computations of bottom loss data for a layered seabed. This model considers the effect of the array's finite aperture in the estimation of bottom loss and is extended to include the wind speed as the driving mechanism for the ambient noise field. The strength of this field relative to other unwanted noise mechanisms defines a signal-to-noise ratio, which is included in the inversion as a frequency-dependent parameter. The wind speed is found to have a strong impact on the resolution of seabed geoacoustic parameters as quantified by marginal probability distributions from Bayesian inversion of simulated data. The inversion method is also applied to experimental data collected at a moored vertical array during the MAPEX 2000 experiment, and the results are compared to those from previous active-source inversions and to core measurements at a nearby site.     

2019年—2020年秋、冬季淮南市灰霾过程拉曼-米气溶胶雷达观测研究

拉曼-米气溶胶激光雷达因无需假设雷达比,而在准确测量气溶胶消光系数方面较传统米散射雷达更具优势。在合肥市的外场探空比对实验结果表明,2.5 km以下拉曼-米激光雷达反演的消光系数更为准确,相差可达0.04 km-1,且获取的水汽混合比廓线与探空数据一致性良好。利用该技术获得了2019年—2020年秋、冬季期间淮南市的气溶胶消光系数廓线和边界层高度等数据,进而对空气质量污染期间的污染类型（本地污染排放、传输型污染、传输型污染叠加本地污染累积）和颗粒物的时空演变特征进行了统计分析。结果显示该市在此期间受到20次细颗粒传输和8次沙尘传输影响。其中沙尘传输主要来自西北方向,由高空沉降至近地面（厚度达2 km以上）,平均大气边界层高度达1.23 km以上。在典型细颗粒传输过程中,边界层高度基本维持在1.1~1.2 km左右,近地面风向以西北风为主,少量东南风主导。在细颗粒传输叠加本地累积的复合污染过程中,边界层高度略低（平均高度在1.0 km左右）,近地面风向以偏北风为主,污染气团自低空出现后,其下沿高度持续降低并最终与近地面污染耦合。在细颗粒导致的重污染过程中,近地面水汽混合比及相对湿度数据与PM_2.5的浓度变化趋势一致性良好,说明颗粒物的吸湿性增长和气态污染物二次转化过程可能助推了PM_2.5的生成,加重污染形势。对边界层的统计结果表明,其高度变化对污染气团的沉降和近地面污染累积有十分明显的正相关性。秋冬季期间,该市的小时边界层高度大部分分布在1.6 km以下,平均为1.0 km左右,小时空气质量达重度污染期间,边界层高度普遍不足0.6 km。从气团后向轨迹模拟结果来看,该市空气质量为中度及以上污染期间的气流主要来自偏北方向,少量来自东南沿线,因而污染期间需要加强市区偏北方向污染源的管控,防止叠加影响。     

Numerical simulation and experimental validation of multiphysics field coupling mechanisms for a high power ICP wind tunnel

We take the established inductively coupled plasma(ICP) wind tunnel as a research object to investigate the thermal protection system of re-entry vehicles. A 1.2-MW high power ICP wind tunnel is studied through numerical simulation and experimental validation. The distribution characteristics and interaction mechanism of the flow field and electromagnetic field of the ICP wind tunnel are investigated using the multi-field coupling method of flow, electromagnetic, chemical, and thermodynamic field. The accuracy of the numerical simulation is validated by comparing the experimental results with the simulation results. Thereafter, the wind tunnel pressure, air velocity, electron density, Joule heating rate, Lorentz force, and electric field intensity obtained using the simulation are analyzed and discussed. The results indicate that for the 1.2-MW ICP wind tunnel, the maximum values of temperature, pressure, electron number density, and other parameters are observed during coil heating. The influence of the radial Lorentz force on the momentum transfer is stronger than that of the axial Lorentz force. The electron number density at the central axis and the amplitude and position of the Joule heating rate are affected by the radial Lorentz force. Moreover, the plasma in the wind tunnel is constantly in the subsonic flow state, and a strong eddy flow is easily generated at the inlet of the wind tunnel.     

CPU散热器散热效果分析

对平直型散热器在顶送风和侧送风进行了数值模拟,结果表明顶送风温度场左右对称,而侧送风入口温度较低、出口温度较高,固体区域温度比侧送风时整体降低了10℃左右,强化了散热器散热。因此对于不均匀热源应在基板上尽量分开布置,功率密度前密后疏型布置可以有效降低基板温度。要根据流场和温度场的耦合关系来设计散热器的形状,充分利用流场。可以增加风扇风速或充分利用风扇出口处高速区域,来增加散热器的换热系数从而降低热阻。     

半干旱草原下垫面动量和感热总体输送系数参数化关系研究

本文利用锡林郭勒草原2008年春季近地层涡旋相关系统和铁塔的风、 温平均梯度观测资料, 分析了总体输送系数随梯度Richardson数的变化特征, 建立了动量总体输送系数随大气稳定度、近地层风速以及感热总体输送系数随大气稳定度和近地层气温的关系. 中性条件下, 半干旱草原植被下垫面动量总体输送系数与近地层大气动力状态之间存在明显的相互作用, 总体输送系数与近地面层风速之间满足二次曲线拟合关系; 风速较小时, 大气动力特征对地表粗糙度长度的改变不是很明显, 动量总体输送系数随气流增强而增大; 而当风速较大时, 强风速会使植被高度发生改变, 动量总体输送系数随气流增强而减小. 另外, 感热总体输送系数与近地层气温之间也存在二次曲线关系. 动量总体输送系数与近地层风速之间的关系、感热总体输送系数与近地层气温之间关系的建立为总体输送系数参数化提供了重要途径, 同时该方案避免了对动力学粗糙度长度和热力学粗糙度长度的求解. 关键词： 总体输送系数 参数化 湍流通量 相似性函数     

天山北坡绿洲城市车流量与对流层NO2垂直柱浓度关系研究

为探讨天山北坡河谷绿洲城市车流量与对流层NO₂垂直柱浓度(VCD)的关系,基于各城市车流量状况,利用地基多轴差分光谱仪(Mini MAX-DOAS)在2018年—2019年天山北坡经济带上的综合性大城市乌鲁木齐、工业型中等城市石河子和工业型小城市阜康市中心区连续固定监测,并沿城市交通主干道进行车载移动监测,研究车流量对NO₂VCD的影响,对比分析山盆体系河谷绿洲城市与中东部发达城市污染严重原因的差异。结果表明:(1)天山北坡大中小城市的车流量日均值大城市乌鲁木齐(1 406辆/5 min)远大于中小城市,中等城市石河子(203辆/5 min)和小城市阜康(185辆/5 min)差异并不显著(p>0.05),而各类城市NO₂VCD整体差异显著(p<0.05),其日变化峰值有所差异,表现为乌鲁木齐(22.613×10¹⁵ molec·cm^-2)>阜康(17.758×10¹⁵ molec·cm^-2)>石河子(15.2...     

On the lowering of the electronic energy in model insulators due to surface reconstruction

Shubnikov-de Haas oscillations, piezoresistance, Hall mobility, and transverse “Hall” field due to mobility anisotropy have been studied on n-channel (111) Si inversion layers. The valley degeneracy was found to be 2 between 1.7 and 300 K. Under uniaxial mechanical stress the initially isotropic conductivity became strongly anisotropic. All results can be described by the existence of domains in the inversion layer.     

激光诱导荧光技术在高焓空气氮原子测量中的应用

高超声速飞行器再入大气层时,受到激波的压缩和激波层内粘性阻滞作用,周围绕流流场的空气温度在4 000～15 000 K之间,使空气中的氧、氮分子发生离解,从而出现高温气体效应,形成高焓化学非平衡流。飞行器表面防热材料基本都含有大量的碳元素,通常情况下主要是氧原子与碳发生反应,但在焓值大于18 MJ·kg-1的情况下,氮原子与飞行器表面碳反应的无量纲烧蚀因子BC_N＞0.172 5,此时碳在高焓空气介质中的无量纲质量烧蚀因子BC_air＞0.345,因此,碳的氮化烧蚀变得非常剧烈,和氧化烧蚀相当;同时离解的氮原子也会在飞行器表面发生催化复合反应放出大量的热,使飞行器表面承受更多的热载荷。因此,分析高焓化学非平衡流流场中的氮原子具有现实意义。在地面模拟设备中建立高焓化学非平衡流场,对氮原子进行测量技术,可以很好的对其进行研究。双光子吸收激光诱导荧光（TALIF）技术作为一种非接触测量,在不干扰流场环境的情况下,可以直接获得氮原子的浓度分布。对流场氮原子激发荧光,通过布置在风洞试验段外与流场和激光形成的平面呈垂直方向的ICCD获取到二维氮原子的荧光信号。为确保荧光图像的清晰及视场合适,选择了Nikon f=50 mm F/1.4镜头作为前级收光设备。实验成像采用50次曝光的累计结果,以消除气流扰动及激光能量抖动造成的不确定性。实验中,在理论激发波长附件进行测试,优化选择出206.717 nm作为正式实验中脉冲激光的最佳激发波长。在最佳激光波长条件下,从小到大调整激发能量,获得了该环境下的氮原子激发的非饱和线性区为1.8 mJ以下。正式实验过程中激光能量为1.6 mJ,处于线性区。对所获取的荧光图像进行处理,提取激光中心线上的荧光强度进行分析,发现无论是亚声速还是超声速,荧光强度沿径向都呈驼峰状分布,与之前氧原子测试结果比较,发现流场中氮分子还未完全离解,这符合实验风洞流场特性。     

PIV在膜蒸馏系统流场测量研究中的应用

空气隙膜蒸馏系统热容腔内料液的流动状态直接影响到温度和浓度边界层效应,决定系统的膜通量。本文采用三根沿圆周平均分布的入流管,喷管是鸭嘴形,应用PIV系统测试膜面附近流动状态。在5种喷管中心线与热容腔径向夹角β和3种喷管前端和膜面间距离δ下,测试得到膜面附近的速度场数据,并计算得到涡量场信息。结果表明,所研究的膜组件结构参数β和δ对热容腔内料液的流动状态影响很大,适当的热容腔结构参数可以有效地改善温度极化边界层和浓度极化边界层的影响,增大膜通量。研究结果为空气隙膜蒸馏系统热容腔入流装置的优化设计提供了实验数据和研究经验。     

基于Ludwieg管的高超声速边界层转捩实验

高超声速边界层层/湍流转捩是高超声速飞行器气动力和气动热设计中的难点和热点问题.为了降低开展高超声速边界层不稳定性与转捩实验研究的门槛,研究基于Ludwieg管原理设计并建造了一座Mach 6高超声速管风洞,重点对Ludwieg管风洞的启动和运行过程开展了数值模拟,分析了储气段弯管布局对试验段流场的影响;之后,对该高超...     

无人机视角下的林木爆燃火特性研究

森林火灾“爆燃”现象的特征是突然发生的高强度、高蔓延速度的燃烧。目前为止，关于“爆燃火”的原因还没有达成共识。以无人机视角下对林木爆燃火特性研究，以四川木里特大森林火灾为研究对象，通过分析凉山州某森林扑火部队3月31日木里森林火灾当天KWT（科卫泰）无人机航拍火场画面，结合无人机实时影像及实地调研数据，分析了峡谷地形林火蔓延时空特征，探讨了峡谷中风向风速变化时空分布规律，研究了地形变化条件下，不同海拔高度风速特征，建立了无人机倾角测量风速模型（其中为风速m·s-1，为无人机倾角°）。结果表明，高山峻岭特殊地形环境下每天4:00—12:00时间段为静风期，为峡谷林火扑救最佳时期；午后15:00—17:00和晚上20:00—22:00为山谷地形风速活跃期；仿真软件数据显示山顶、谷底与山腰不同海拔位置的风速风向不统一，谷底会产生乱流现象，且风速与海拔不存在正相关关系，小气候在复杂地形中占主导影响地位；在谷口至山谷深处的中间位置会出现气流速度的波峰状态，并易形成乱流，为爆燃火发生提供了客观必要条件。该研究可为复杂地形环境下，森林草原火灾扑救安全提供数据和技术支撑。     

非定常空气流场中污染气体的对流与粘性扩散

基于离散涡方法求得的非定常、不稳定空气流场，数值求解了污染气体在空气中的对流湍流扩散方程．两者在每一个时间步耦合，以求非定常对流项．考虑速度脉动，改进了扩散模式．用SF6作为示踪气体，进行了现场测量实验．测得了各测点的SF6浓度随时间的变化．实验结果与数值仿真进行了对比，两者吻合．     

复杂流场的超声-激光测量原理研究

本文从复杂流场—旋涡场参量的超声—激光测试方法的需要出发,论述了超声波产生的声相位光栅对激光产生的偏转效应.并研制了适用于产生空气超声相位光栅的大功率高频超声换能器、位移灵敏接收器、数字相位差测定仪等设备,采用了超声发射的匹配技术等,从而获得了明显的空气超声-激光偏转效应,并且测定了两光束的偏转时间差.本文的结果为利用超声-激光的空气声光偏转效应测量空气旋涡流场参量提供了实验依据.     

Simulation of a morning air temperature inversion break-up in complex terrain and the influence on sound propagation on a local scale

A mesoscale atmospheric model is used to model the break up of a morning air-temperature inversion during a clear weather situation with low wind speeds at ground. Modified slope-radiation parameterization in the model results in more realistic predicted air temperature profiles when compared to profiles measured with a tethered balloon. A wave number integration code is used to demonstrate how the modelled atmospheric profiles can be used to predict the reduction of sound level along ground during inversion break-up.     

电子的谷自由度

电子在晶格周期性势场影响下的运动遵循布洛赫定理. 布洛赫电子除了具有电荷和自旋两个内禀自由度外, 还有其他内禀自由度. 能带色散曲线上的某些极值点作为谷自由度, 具有独特的电子结构和运动规律. 本文从布洛赫电子的谷自由度出发, 简单介绍传统半导体的谷电子性质研究现状, 并重点介绍新型二维材料体系, 如石墨烯、硅烯、硫族化合物等材料中谷相关的物理特性. 有效利用谷自由度的新奇输运特性, 将其作为信息的载体可以制作出新颖的纳米光电子器件, 并有望造就下一代纳电子器件的新领域, 即谷电子学(valleytronics).     

高速受限混合层结构和效应实验研究

受限混合层的流动主要是喷流与自由来流相互剪切形成的混合层受到壁面的限制而形成的一种流动.文章采用后向台阶平板模型研究了高速高压比条件下的受限混合层的典型流场结构以及冷却效率.实验自由来流Mach数为5, 喷流的Mach数为1.28, 喷流总压为0.2~0.7 MPa, 通过调整冷喷气流的总压, 基于纹影流动显.形成喷口附近波系的欠膨胀流动现象的深刻认识, 提取波系特征与流动参数之间的规律.基于流动显示及实验测量结果, 通过分析流场中大尺度结构的空间演化规律, 揭示流动参数对于冷却效率的影响规律及物理内涵.采用快响应压敏漆(FRPSP)技术在高超声速风洞开展热流分布和冷却效率研究, 获得了平板对受限混合层冷却效率的影响.      

Tomographic reconstruction of atmospheric turbulence with the use of time-dependent stochastic inversion

Acoustic travel-time tomography allows one to reconstruct temperature and wind velocity fields in the atmosphere. In a recently published paper [S. Vecherin et al., J. Acoust. Soc. Am. 119, 2579 (2006)], a time-dependent stochastic inversion (TDSI) was developed for the reconstruction of these fields from travel times of sound propagation between sources and receivers in a tomography array. TDSI accounts for the correlation of temperature and wind velocity fluctuations both in space and time and therefore yields more accurate reconstruction of these fields in comparison with algebraic techniques and regular stochastic inversion. To use TDSI, one needs to estimate spatial-temporal covariance functions of temperature and wind velocity fluctuations. In this paper, these spatial-temporal covariance functions are derived for locally frozen turbulence which is a more general concept than a widely used hypothesis of frozen turbulence. The developed theory is applied to reconstruction of temperature and wind velocity fields in the acoustic tomography experiment carried out by University of Leipzig, Germany. The reconstructed temperature and velocity fields are presented and errors in reconstruction of these fields are studied.