通道层流场中单颗粒惯性横向迁移的数值研究

为研究通道层流场中单颗粒惯性横向迁移规律,以圆管和方管为例,对层流场中性单颗粒惯性横向迁移现象开展数值模拟研究。将颗粒放在圆管和方管进口截面的若干位置并释放,采用离散颗粒模型,计算粒径d=0.8、1.0、1.2 mm的3种球形颗粒在雷诺数Re=100、125、150条件下,由不同初始位置释放后在流场中的迁移轨迹及横向迁移后所达到的平衡位置。结果表明,对于圆管,颗粒在初始半径分别为0.7R与0.8R(R为圆管半径)处释放时,惯性迁移的平衡位置均在0.6R附近;随着粒径增加,颗粒迁移的平衡位置向管道轴心偏移;随着Re的增加,颗粒迁移的平衡位置向管壁方向偏移。对于方管,颗粒的初始释放位置设定在z0=0.22L与0.33L(L为方管截面边长)处,当颗粒释放位置越靠近通道轴心时,颗粒的横向迁移距离就越短;随着Re的增加,颗粒的平衡位置会更加偏向通道中心;相对于大颗粒,小颗粒的平衡位置更靠近壁面。

辽宁省辽中降水化学特征与边界层流场的相关性

于2007年2月—2008年1月在辽宁省辽中县进行了酸雨观测,获取了辽中站降水中主要化学离子组成,并观测了同期的地面气象条件,结合不同气象流场分析方法,分析降水化学特征与边界层流场的关系.结果表明:①降水酸碱性与风向有一定关系,偏南风易出现酸性降水,而偏北风易出现碱性降水,降水的酸碱性与850～925 hPa(约700～1 500 m)高度上的风向相关性较强,与近地面风向的相关性不明显;②降水的酸碱性和离子组成与研究区所处天气系统的相对位置关系显著,同是偏北气流,如研究区位于大陆反气旋东部,气流来源于西北地区,Ca2+浓度较高,反之,如位于海洋气旋的西部,由于气流来源于东南海上,故Na+浓度相对较高.

海口地区近地层流场与海陆风结构的研究

对海口市西郊观测的近地层流场与低空风、温探测资料进行了综合分析，讨论了位于我国北热带的海口市西郊近地层的流场特征，以及低层海陆风发生发展的观测实例及其规律。发现雨季海陆风出现频率达７５％，白天海风持续时间一般为１—４小时，最长可达１０小时。

基于Fluent平衡大气边界层流场模拟及应用

采用Fluent进行平衡大气边界层流场模拟,在地面边界引入气动粗糙壁面函数,上边界分别采用剪力驱动和速度驱动。首先对平坦区域进行流场模拟,然后基于模拟的流场对立方体建筑物表面风压分布进行了计算。结果表明:基于本文的边界条件设置方法,三种k-ε湍流模型均能获得良好的自保持性平衡大气边界层流场;在地面边界引入气动粗糙壁面函数,可实现任意类型的平衡大气边界层流场模拟,且对近地单元的高度无限制,有利于精细化网格计算;在上边界采用剪力驱动和速度驱动是等效的,采用速度驱动边界条件有利于提高计算效率;三种k-ε湍流模型计算的立方体中心面表面压力分布基本在测量值变化范围内,说明基于本文的平衡大气边界层流场可应用于结构风荷载数值模拟研究中。

梅雨期高层流场对低层急流及中尺度系统影响的数值试验

用中尺度模式对一次江淮流域暴雨过程进行了数值试验，并研究了对流层高层青藏高压东侧偏北大风的强弱与低层流场及中尺度系统发生及至降水过程的影响。试验不仅较成功地模拟了本次暴雨过程及相应的系统，而且揭示出较强的高空偏北大风将引起对低空急流的加强。而更为重要的是低层切变线的出现以及其上中尺度涡旋的发生。上下风场所构成的垂直反环流圈大大有利于对流的发展，特别是在切变线地区的上升支，带有明显的中尺度特征。

利用Argo浮标定位信息估算分析赤道太平洋中层流场状况

本文利用Argo浮标的定位信息,经过较为严格的质量控制与误差估算,得到2003～2005年赤道太平洋区域中层流场信息,并对其进行较为详细的诊断与分析,得到以下几个结论:(1)棉兰老涡、赤道逆流和南赤道流在中层流场中多数时间清晰可辨,北赤道流较弱,有时不易分辨。(2)棉兰老涡、赤道逆流和南赤道流都存在明显的季节变化。一般在2、3月间最弱,8、9月间最强。(3)棉兰老涡、赤道逆流和南赤道流存在较明显的年际变化。(4)赤道逆流通常表现为两支,分别位于东赤道太平洋和西赤道太平洋,东太平洋支主轴位置大约在7～8°N附近,西太平洋支主轴位置大约在3°N附近。

“96·8”特大暴雨中低层流场的滤波分析

１９９６年８月特大暴雨过程中Ｔ６３模式资料的低层流场进行滤波分析发现：在台风低压的东北象限有一条东北～西南向的辐合线，它的出现是台风低压北上过程中与西风带高压交绥，并相互作用的结果，其生命史与暴雨发生时段相当吻合，是造成“９６·８”暴雨的中尺度系统之一；该辐合线具有东风波的某些结构特征，暴雨区出现于它的东南一侧。

三维平面混合层流场的直接数值模拟

用拟谱方法对三维湍流混合层的流场进行了直接数值模拟 ,描绘了流场展向涡和流向涡的演变过程以及混合层的三维发展情况 ,对展向涡和流向涡的结构在演变过程的拟序特征进行了分析。为了验证混合层湍流直接数值模拟 (DNS)的正确性和可靠性 ,将流场的模拟结果与前人的实验进行了对比 ,定量对比了流向涡湍流脉动速度和混合层涡量厚度等流动量。数值计算与前人实验的结果吻合良好 ,验证了直接数值模拟计算方法的正确性和可靠性。

添加聚合物对混合层流场特性影响的实验研究

叙述了适用于粘弹性流体混合层流场的实验装置的设计和研制．采用二维激光多普勒系统对混合层流场进行了测量，得到了平均速度剖面、动量厚度、湍流脉动强度、雷诺应力等一些流场的基本特征量．结果表明，混合层中加入聚合物后流场将有较大的变化，同时也说明本文所研制的实验装置满足实验的要求．

粘弹性二阶流体混合层流场拟序结构的数值研究

本文用拟谱方法对随时间发展的二维粘弹性二阶流体混合层流场进行了直接数据值模拟，给出在高雷诺数和低Ｄｅｂｏｒａｈ数下大涡的卷起、配对和合并等过程，通过与相同雷诺数下牛顿流体的比较，揭示了弱粘弹性对混合层中大涡拟序结构演变的影响·

夏季多年平均及个别年份低层流场的准周期扰动分析

利用ＥＣＭＷＦ的１９８０～１９８６年多年平均及１９８０年的低层纬、经向网格点资料对季内振荡方差进行了分析，给出了多年平均及个别年份流场中季内同期振荡强度的对比特征及其在低纬和中高纬地区的差异。为动力学诊断和理论研究夏季风的年际差异提供线索。

南海上层流场对Frankic(9606)强热带风暴响应的数值计算

本文用一个三维、自由表面、斜压海洋模式计算了南海上层流场对Frankic(9606)强热带风暴的响应。结果表明:南海表层流场对Frankic的响应时间在1d之内,其流场结构与气旋型风场的对应十分吻合;表层以下流场对Frankic的响应时间随深度的增加而加大;Frankic经过的海域,海面起伏有不同程度的抬高。

珠江三角洲典型灰霾天气过程和清洁过程近地层流场的EOF对比分析

利用广东省466个地面自动气象站资料、广州气象站常规气象资料及珠江三角洲4个主要城市的PM10浓度等资料，通过矢量EOF方法，对选出的珠江三角洲典型灰霾天气过程（2004年1月4～10日）和清洁过程（2005年11月15～21日）的近地层流场进行对比分析。分析表明典型灰霾天气过程第二、三模态有非常明显的日变化特征，受局地中小尺度环流系统影响，污染物局限在当地，出现严重的灰霾天气；而清洁过程与强平流输送有关，主要受大尺度环流系统影响。

低层流场非线性相互作用的中尺度特征

本文着重讨论环境流场自身非线性动力结构产生涡散场之间的相互作用,它使涡散场能量趋于集中,其水平分布也呈现中尺度特征。通过实例分析指出,在对流层低层两个非线性量-ξD和的时、空变化特征与暴雨有一定的关系,说明它们对环境流场初始扰动的形成有不可忽视的作用。为此作者建议可作为暴雨诊断量作用。

边界层流场和地形特征对青岛奥帆赛场午后海风影响的研究

奥帆赛是奥运会唯一以自然风为动力的竞赛项目,而北京奥运会期间的8月,青岛的风速是一年中最小的,因风速过小致使帆船竞赛地法进行的情况时有发生。鉴于青岛的弱风与海陆风的发展状况关系密切,文中分析8、9月青岛奥帆赛和残奥帆赛期间竞赛海域海陆风的发展条件,并用高分辨率数值模式对相关个例进行了模拟试验研究。结果发现,地面背景气流、边界层中上部径向气流和周围地形、海陆分布等边界层特征,都对竞赛海域海陆风的发展产生影响。其中晴天时,地面西风、弱的北风和东风、均压场环境以及边界层中上部弱的北风条件等,都是竞赛海域海风发展的有利条件;而地面南风(无论大小)、强的北风以及边界层中上部较强的南风和很强的北风等,则是海风发展的不利条件。此外,当地面为东北风时,位于竞赛海域上游的崂山对地面风速有阻挡减弱的作用,从而有利于海风的发展;地面为南风时,崂山和浮山等地形强迫气流在竞赛海域附近向左右分为两支,胶州湾和崂山湾侧向海风(东南风)急流发展又加大了这种分流作用,导致竞赛海域常减小为弱风,使比赛无法进行。以上结论在2008年奥帆赛和残奥帆赛气象保障预报服务中得到运用。

基于Argo轨迹资料反演热带太平洋中层流场条带状结构特征

利用Argo浮标的轨迹资料估算热带太平洋中层纬向流场的条带状结构以及其变化特征。相较于传统温盐地转流算法,基于Argo轨迹资料的反演算法的优势在于不受零参考面的选取以及赤道地转平衡失效的局限。结果表明:在赤道太平洋海域,中层(1000dbar)纬向流场在南北半球都具有条带状分布,强流分布在赤道附近海域;在远离赤道海域,北半球(9°N、13°N、18°N)有相对赤道较弱的东向流动,而南半球东向流动相对更弱,没有同北半球一样明显的东向急流。此外,热带太平洋中层流场的时间变化特征较为复杂:近赤道流的变化以季节尺度为主,而远离赤道的流则逐渐演变为多时间尺度下的变化,海洋Rossby波的调整起到主导作用。

大斜度井段排采泵三层流场低速液流携粉运移特性

分析大斜度井段排采泵的泵筒3层流场及其液流携粉运移特性对提高排采泵的可靠性和保障煤系地层水平井和斜井的连续稳定排采具有重要意义。综合大斜度、低流速和低黏度等多因素耦合的作用,并结合大斜度泵低速液流携粉运移实验测试与分析结果,提出适用于大斜度井段排采泵低速流场的静止层、移动层与悬浮层3层流动模型,推导大斜度泵腔3层流场连续性方程、动量方程和扩散方程,建立水粉两相流动数学模型并依据数值求解和井场测试结果揭示大斜度泵分层流场低速液流携粉运移特性,为水平井和斜井的大斜度泵选型设计及其系统优化以及冲程和冲次等排采制度和煤粉防控措施制订提供依据。结果表明,大斜度井段泵腔三相流场中,增大泵倾斜角和煤粉密度会增加悬浮层和移动层的压力梯度,其中泵倾斜角的影响尤为显著,移动层压力梯度受煤粉密度的影响相对较弱;增大水粉两相流煤粉体积分数时,移动层沿程压力损失始终增加,而悬浮层压力损失先是不断增加而后逐渐减弱;增大水粉两相流黏度会增加悬浮层和移动层的压力梯度,而增大液流携粉运移流量时,移动层沿程压力损失持续减小,且流量越大时压力损失减小的趋势越明显,而悬浮层的压力损失先是显著减小而后趋向平缓;大斜度井段柱塞伴随杆柱运动的过程中,大斜度泵入口处的水粉两相流煤粉体积分数随柱塞速度不断减小而逐渐增大,且速度波动对3层流场中悬浮层煤粉沉积的影响要小于其他2层。

南宁典型空气污染和清洁过程的近地层流场分析

利用广西地面自动气象站资料及南宁空气污染物浓度等资料,通过EOF和矢量和等方法,对选出的典型空气污染过程和清洁过程的近地层流场进行分析得出:典型污染过程大尺度系统较弱,受局地中小尺度环流系统影响,污染物局限在当地,出现严重的污染天气;而清洁过程大气对流活动较活跃,主要受大尺度环流系统影响;污染过程风矢量和较小,扩散条件较差;清洁过程风矢量和较大,利于污染物扩散。

夏季风建立期间低层流场的变化及其与中国雨带活动的关系

本文利用多年欧洲中心格点风和中国降水资料,分析了夏季风建立期间,亚洲南部及其邻近海域上低层流场的变化和雨带在中国南方的活动.结果表明,夏季风于5月中在南海地区建立.低层流场的变化主要表现为副热带高压脊从南海的东撒和气旋性气流切变线从中国西南向华南沿海的东伸.相应地,雨带有一次从南移转向北推的过程.由于5月份中南半岛——南海区域一直为西南气流所影响,因此,很难从风向来判断气流性质的变化.相对而言,雨带北移能更好地反映出夏季风向北扩展的地理位置.

成都市边界层流场和大气污染的基本特征

从资料中分析出成都市流场分布特征和“热岛效应”引起的辐合流场。从风的垂直结构及平均风速廓线反映出大气污染有明显季日变化。