夏季青藏高原气象学若干问题的研究

本文使用经过1979年5—8月青藏高原气象科学实验观测资料订正过的欧洲中心FGGE—Ⅲb资料、GMS1地球同步卫星云图资料及其它一些资料,详细分析了夏季青藏高原的水汽状况、热力层结状况和月平均环流场的主要特征;计算了主要经圈环流圈的位置分布和从高原上上升气流的轨迹;通过逐月、逐日的涡度方程诊断分析,讨论了夏季高原高、低空稳定环流场的维持机制,发现高原上存在的强盛频繁的积云对流活动对高原大型环流场的维持是非常重要的;最后提出了一个高、低层多层次的对流活动振荡过程造成的热量水汽接力式上传输送的物理模型,认为它可能是夏季青藏高原高空大气高温、高湿状况维持的主要物理过程。     

激光剥蚀电感耦合等离子体质谱在涂料重金属分析中的应用

将激光剥蚀进样技术(LA)与ICP-MS检测器联用,并将这一新技术应用在涂料重金属元素的检测上,通过优化LA和ICP-MS参数,并采用双气流校正技术,以13C、103Rh为双内标,有效地改善了信号强度和稳定性,同时对Hg的记忆效应进行研究,最终建立了LA-ICP-MS法测定涂料中Cr、As、Cd、Sn、Sb、Hg、Pb元素的定量分析方法,样品测定结果与湿法消解ICP-OES法基本吻合。     

激光熔蚀金属平板的三维有限体积法数值分析

为了研究气流条件下强激光对金属靶的熔蚀效应,采用有限体积方法建立了数值模型,并开发了三维Fortran计算程序。综合考虑强激光与材料耦合规律、光束能量空间分布、材料高温热物理性能以及熔蚀界面移动等关键影响因素,模拟了激光辐照下金属靶板升温、熔化和剥蚀的复杂物理过程。最后,将计算结果与试验数据进行了比较,验证了计算模型和程序的有效性。结果表明,计算模型能够反映强激光熔蚀金属平板的基本规律,熔蚀深度和后表面温度计算值与试验吻合较好,并且自编计算程序简单高效。     

湍流的诱导及其对瓦斯爆炸过程中火焰和爆炸波的作用

在实验的基础上,研究了管内瓦斯爆炸过程中湍流的诱导及其对瓦斯爆炸过程中火焰和爆炸波的影响作用.研究结果表明,管道面积突变对瓦斯爆炸过程中湍流的产生具有重要影响.管道面积突变(变大、变小)时,产生附加湍流,并使下游火焰气流的湍流度增加,瓦斯爆炸过程中火焰的传播速度迅速提高,并可诱导激波的产生.在80×80mm等截面直管中(瓦斯浓度为理论上最猛烈的爆炸浓度9.5%),瓦斯爆炸最大火焰传播速度为40.8m/s,管内各点均为压力波信号,当管道加装一Φ300mm圆管形成面积突扩11倍和突缩11倍两断面后,面积突扩处(L/D=22)火焰速度增大5.05倍,达到64.4m/s,面积突缩处(L/D=28)火焰速度为156.0m/s, 增大4.55倍,并在L/D=48倍处形成激波(超压1.6976atm、波速416.7m/s),在L/D=98倍处,激波强度最大.在面积突变管内加装加速环可使瓦斯爆炸过程中湍流度加剧,火焰的传播速度更高,激波生成的位置(L/D=28)、最强点位置(L/D=70)均前移,激波强度增大.研究结果对指导现场如何防治瓦斯爆炸,减轻瓦斯爆炸的威力具有一定的指导意义.     

高焓湍流边界层壁面摩阻产生机制分析

高超飞行器在中低空以极高马赫数飞行时,飞行器表面会遇到湍流与高温非平衡效应耦合作用的新问题.这种高焓湍流边界层壁面摩阻产生机制是新型高超声速飞行器所关注的基础科学问题,厘清此产生机制可以为减阻方法的设计提供指导,具有重要的工程实用价值.本文选取高超声速飞行时楔形体头部斜激波后的高焓流动状态,开展了考虑高温非平衡效应的湍流边界层直接数值模拟研究,并设置同等边界层参数下的低焓完全气体湍流边界层流动作为对比,采用RD (Renard&Deck)分解技术研究了高焓湍流边界层摩阻的主要产生机制,对摩阻产生的主要贡献项积分函数分布进行了详细分析,研究了高温非平衡效应对摩阻产生的影响规律;采用象限分析技术,研究了摩阻分解湍动能生成项的主导流动事件.计算结果表明,高温非平衡效应会使得壁面摩阻脉动条带的流向和展向尺寸均减小.分子黏性耗散项和湍动能生成项是高焓湍流边界层摩阻生成的主要流动过程.分子黏性耗散项主要作用在近壁区,高焓流动的分布与低焓流动存在差异.象限分析表明,上抛和下扫运动是影响摩阻分解中湍动能生成项的主导事件.     

气管支气管树内气流和颗粒运动的大涡模拟

为更精确地描述真实人体呼吸道内的空气流动,明晰颗粒的运动沉积规律,本文从直接医学CT扫描得到的原始数据出发,利用图像辨识技术,重构了一个男性真人气管支气管树前三级的三维几何模型.采用大涡模拟的方法计算了非规则几何曲面结构内的气体流动现象,并在拉格朗日框架下跟踪颗粒的运动规律.数值计算得到了气流场的三维分布,以及颗粒的运动轨迹情况,结果表明现有基于Weibel的对称模型与真实人体的几何结构有较大的差异,而几何结构对流动影响较大;受非对称复杂结构影响,在不同截面的二次气流速度的分布规律不同;分叉后颗粒进入左右支气管的数量有明显的不同.     

Vapour-to-Liquid Nucleation in Associating Lennard-Jones Fluids with Multiple Association Sites

The excess Helmholtz free energy functional for associating Lennard-Jones （L J） fluid is formulated in terms of a weighted density approximation for short-ranged interactions and a Weeks-Chandler-Andersen approximation for long-range attraction. Within the framework of density functional theory, phase equilibria, vapour-liquid surface tension and vapour-liquid nucleation properties including the density profile, work of formation, excess number of particles and critical supersaturation are investigated for associating LJ fluids with different numbers of association sites （M =1,2, 3, 4） per particle. The influences of association energy and association sites on phase equilibria, surface tension and vapour-liquid nucleation properties are discussed.     

关于“具人工粘性项的2守恒律组的有限差分格式”一文的注记

In [ 2 ], D.Hoff analyzes an implicit finite difference scheme for the mixed initial -value Dirichlet problem for a system of two conservation laws with artif ficial viscosity . The system is a model for isentropic flow in one space dimen-sion .However, in [2], there is an additional condition on the state function p(v),(?)For polytropic gas, p(v) = k²v^-γ, where k>0 and 1<γ≤3,the condition (*) is equivalent to 1<γ<2. In the present note, we remove the restriction(*),so that the main results of [2] still hold for the general state function p(v) with p′(v)<0, p″(v)>0.     

高亚声速气动探针气流速度求解方法研究

气动探针是叶轮机械风洞实验中关键测试工具,有必要开展能够提高测量精度、扩展适用范围的基础性研究。本文推导出气体压缩因子δ_ε～f (p~*,p_s,κ,λ)来修正伯努利方程,并讨论了扩展探针校准文件的适用范围问题。研究结果表明:本文所提出的气流速度算法与现行的算法相比的计算误差在1.9×10~(-5) ～2.1×10~(-5)内,具有可信性。引入气体压缩因子的修正项能够实现利用低速和跨声速流动的校准文件来求解高亚声速流动的气流速度和马赫数,其误差值均在接受范围内。但是,求解跨声速流动时的误差值超出接受范围。本文的研究能够丰富完善气动探针理论体系,为叶轮机械风洞实验提供理论指导和技术支撑。     

汽轮机转子在气流力和油膜力作用下的非线性动力学特性

为了分析转子在油膜力和气流激振力共同作用下的非线性振动特性，本文以短轴承支撑的不平衡刚性对称Jeffcott转子系统为研究对象，首先分析转子在非稳态油膜力作用下的振动特性，然后分析转子在油膜力和气流激振力共同作用下的非线性振动特性。采用数值模拟的方法研究了系统的分岔和混沌特性，计算结果表明，考虑气流激振力和油膜力共同作用下的转子系统与仅考虑油膜力的转子系统相比，在相对进气速度v=30m／s时，随着无量纲转速ω的增加。二者都出现了周期运动和混沌运动多次交替出现的复杂运动特性，但是前者首次出现倍周期分岔和混沌运动时的转运提前，在定转速情况下，随着v的增大，系统最终在经历周期运动之后进入混沌运动，而且圆盘中心的最大振幅随着v的增大而增大。