夜光云内小尺度重力波对冰晶粒径谱的影响规律研究

本文利用AIM卫星搭载的CIPS云图反照率和冰晶粒径数据,从中提取了2007/08南半球和2008年北半球共6489个小尺度重力波活动（波长5~150km范围）个例,对重力波区域与背景云层冰晶粒径谱进行对比分析,从而研究重力波对冰晶平均半径和谱宽的影响规律.结果表明,北半球重力波区域冰晶的平均半径和谱宽分别比背景云层小2.5nm和6.1nm,南半球则分别减小1.1nm和7.9nm.在随纬度的分布上,小于80°时,南北半球的平均半径扰动值均为负值,绝对值随纬度增大而减小,而大于80°时,负扰动转变为正扰动,且绝对值增加;谱宽扰动的绝对值也随着纬度增加而减小,但均为负值.在季节内随时间的分布上,南北半球重力波对冰晶平均半径和谱宽的扰动在始末阶段以负值为主,且绝对值较大,而在中期阶段正负值相当,且绝对值较小.这一特征与重力波引起冰晶粒径变化的振幅在纬度和时间上的分布趋势一致.重力波的波长均随纬度升高而减小,在季节的始末阶段较大,中期小,且南半球的平均波长和变化幅度都要明显大于北半球的,粒径扰动振幅随波长的变化率为南半球0.207nm·km-1,北半球的0.163nm·km-1.根据分析推断,重力波自身的扰动振幅应与其影响区域内的谱参数相对于背景云层的变化量有直接关系,且振幅越大,平均半径和谱宽的负扰动就越大.

水平直管内冰浆流动过程冰晶粒径演化研究

本文采用实验研究与数值模拟相结合的方法,研究了冰浆在水平直管内流动过程中冰晶粒径的分布及其演化规律。通过CFD-PBM耦合模型模拟研究冰浆在不同过冷度、流速、含冰率下冰晶粒径分布及其演化规律,并通过实验对数值模拟结果进行验证。结果表明:在含冰率为15%的冰浆管道入口处,冰晶粒径数量密度分布均近似高斯分布;随着冰浆流速和含冰率的增加,沿流动方向中心轴的冰晶平均粒径增大,截面冰晶粒径分布越不均匀;流速越小、含冰率越大,冰晶粒径的长度数量密度分布曲线的峰值升高,峰值所对应冰晶粒径的平均值减小。

面向适航验证的人工造雪晶核直径实验研究及应用

为了满足国产大飞机的适航试验需求,为扬雪、降雪试验提供规定密度与含水量的雪质,开展结冰风洞造雪实验,对不同工况下的人造雪进行采样和显微观察,利用图像识别算法进行数据分析,探究环境温度、风速、成雪距离、气水比等因素对冰晶生长的影响。结果表明:较大的环境过冷度有利于冰晶的快速生长,导致冰晶平均直径的减小,小于5℃的过冷度有利于冰晶均匀稳定生长;风速的降低与成雪距离的增加均可促进冰晶的直径增大;相比于气水比为1.1时,在气水比为1.2的工况下,较高的气相比例可以促进液滴的成核,然而过低的液相水比例会限制冰晶直径的增长。

等离子电场辅助冷冻羊肉过程中冰晶变化及热力学分析

为探究等离子电场辅助冻结对羊肉品质及冻结过程的影响,选用羊背最长肌作为试验材料,研究辅助不同场强(1,3kV/m和5 kV/m)的等离子电场对羊肉冻结速度的影响,以及对冻结过程中肉中冰晶分布及冰晶粒径和圆度的影响,并用热力学理论进行分析。结果表明:在-20℃和-35℃时,辅助5 kV/m等离子电场环境下的肉样通过最大冰晶生成带的时间最短,分别为70 min与40 min,与对照组相比均有差异显著(P<0.05)。组织切片显示-35℃辅助5 kV/m等离子电场冻结时形成的冰晶面积和粒径最小,-20℃辅助5 kV/m等离子电场冻结的冰晶圆度最高,平均值为0.88。以上指标与对照组相比均有显著差异(P<0.05)。运用波尔兹曼公式分析体系的熵,结果显示:在-20℃和-35℃时,辅助5 kV/m等离子电场冻结的肉样的熵最小,与对照组相比有显著性差异(P<0.05),表明辅助5 kV/m等离子电场可以显著提高体系冷冻肉水分玻璃化程度,可使结晶过程更加可控,电场辅助冷冻所需的能量更低,提高过冷度,加快肉样的冻结速率,且场强越大作用越显著。综合试验结果以及实际生产中节约能源,认为-20℃辅助5 kV/m电压冷冻可以作为一种新型冷冻方式应用于生产。

季节性积雪区不同遮挡条件下深霜发育比较

以中国科学院天山积雪雪崩研究站为研究区,在2009～2010年冬季观测期利用体视显微镜(XTZ-E)及拍照设备和雪特性分析仪(Snow Fork),对3种遮挡条件的开阔地(0遮挡)、树缘(50%遮挡)和树下(90%遮挡)的积雪深霜进行连续观测,比较和分析西北季节性积雪区不同遮挡条件下的深霜发育特征。研究表明:1)深霜发育主要受温度制约,其次是温度梯度。由不同遮挡条件引起积雪累积和太阳辐射差异而导致雪深不同,从而形成的温度环境差异,是深霜发育差异的根本原因。2)深霜发育厚度与雪深呈正相关关系,有开阔地(0遮挡)>树缘(50%遮挡)>树下(90%遮挡),融雪期深霜的消减速率为树下>开阔地>树缘。3)深霜冰晶粒径呈先减小(稳定累积期-过渡期)再增大(-融雪期)的变化,积雪稳定累积期后,深霜粒径开阔地>树缘>树下。4)2009～2010年冬季雪深大,因而圆角深霜(DHxr)和圆角刻面冰晶(FCxr)在深霜中发育最多,二者共占70%～80%。开阔地易发育杯型深霜(DHcp),树缘和树下则易发育柱状条纹深霜(DHla)、棱柱状深霜(DHpr)和刻面冰晶(FCso)。深霜中胶结态冰晶约占10%～30%,其比例在开阔地深霜中递减,而在树缘和树下处递增。