一次超级单体风暴雷达产品特征及气流环境结构分析

2011年5月1日黔西南部分地区遭受了不同程度的灾害性天气,通过兴义多普勒天气雷达观测表明是超级单体风暴所致。利用兴义多普勒天气雷达探测资料及自动站观测资料对这次典型超级单体的基本产品及导出产品进行了分析。结果表明:风暴表现为单体自身发展型,基本属于右移风暴,风暴从发展到消亡的各个阶段其强度、最大强中心高度、垂直累积液态水含量、顶高、中气旋等产品均有不同的演变特征,风暴成熟阶段表现为典型的超级单体特征,有界弱回波区(BW-ER)及弱回波区(WER)明显,回波强中心高度及顶高上升明显,垂直流场表现为低层气旋性辐合,高层气流辐散。

气流环境对直流沿面电荷消散特性及其动力学过程的影响

高速列车车顶绝缘设备,在气流环境中会与粉尘、金属颗粒等微小颗粒发生摩擦、碰撞带电,并在其表面形成表面电荷,引发沿面放电现象,严重时将威胁列车供电稳定性。为研究气流环境对表面电荷消散特性的影响,搭建气流环境表面电荷积聚试验平台,测量不同气流速度下表面电荷的消散规律。对气流环境表面电荷传导机制以及表面电荷脱陷/入陷动力学过程进行讨论,结果表明:气流环境会使得表面电荷消散加速,且气流速度越大,消散越快。气流环境下表面电荷消散主要受到气体侧复合以及介质表面薄层传导消散机制的影响,随着气流速度增大对于气体侧复合传导机制而言,减小的空气密度导致气体分子的平均自由程增大,使得空气中离子的迁移率以及离子浓度增大,从而加剧了表面电荷通过气体侧复合消散的速率;对于介质表面薄层传导而言,气流会摩擦绝缘介质表面造成温升,影响了载流子的入陷/脱陷过程,主要表现为陷阱捕获截面减小,载流子脱陷概率增加,同时随着气流速度增加,陷阱能级中心不断前移,陷阱能级减小,使得载流子更容易脱陷。

基于计算流体力学的猪舍冬季气流环境模拟与优化研究

为了探究北方猪舍冬季通风问题,满足猪舍的通风与设计优化需求,试验以吉林省前郭县某新建试验猪舍为研究对象,等比例建模仿真,采用计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)技术研究了试验猪舍冬季机械通风条件下的气流环境,分析三维迹线分布,分别提取并讨论了仔猪、育肥猪和空怀母猪、产床上的哺乳母猪、饲养员呼吸高度水平面的气流速度云,对母猪舍进行通风系统优化与模拟。结果表明:试验猪舍内结构设施越简单,气流迹线分布越密集;舍内位置越高,气流速度分布越均匀;母猪舍和育肥猪舍射流明显,但育肥猪舍由于绕流而迅速衰减;母猪舍内高速射流范围贯穿南北,通过在南墙及进气口处安装通风管道能够得以消除。说明利用CFD技术对试验猪舍通风环境进行模拟,对猪舍的生产与优化具有重要意义。

局地雹暴环境气流的演变特征

通过甘肃永登、岷县防雹试验基地1979-1987年获取的1 d 4次无线电探空资料,对照地面实况,对强冰雹、弱冰雹、雷雨、阵雨、阴天、晴天6类天气的高空风进行分析研究,发现强雹暴在降雹前期低空风向切变、中空风速切变、高空急流等与其它类型天气比较具有显著的差异,这对于预报雹暴天气和雹暴形成机制的研究具有指示意义。

GRAPES_TYM模式对TC路径及环境引导气流预报检验分析

对2012—2013年GRAPES_TYM模式热带气旋路径预报结果进行检验,结果表明:模式对所有类型路径预报在24h、48h和72h预报时效的平均距离误差分别为94.3km,143.7km和260.8km,并且存在偏北的系统性偏差;对于南海TC,模式对TC移向预报较实况偏右,移速误差较小,移向偏差是路径偏差的主要原因;另外统计得到模式对TC移向的预报偏差与对其环境引导气流预报偏差有密切的关系,以1213号台风"启德"为例进一步通过移向误差诊断方程探讨了环境引导气流预报偏差(包括环境风场预报偏差、环境引导气流半径偏差及环境引导气流厚度偏差)对TC移向偏差的影响,而环境引导气流预报误差来源与模式对大尺度天气系统、TC大小及强度的预报偏差有关。

针对室内弱气流环境中气体污染源的多机器人三维溯源

室内弱气流环境通常指没有通风或通风不良的室内环境。现有针对室内弱气流环境的机器人源定位的实验研究均为单机器人二维溯源。单机器人二维溯源不仅成功率和效率较低,而且可能无法应对现实应用中源高度未知的场景。针对上述局限,开发了由3台机器人组成的多机器人三维溯源系统,每台机器人的传感器均可在0.5~1.5 m高度内受控移动,并基于粒子群算法提出了1种三维溯源方法(SPSO方法)。在某实训中心共开展了60组源定位实验,机器人的活动范围是7.65 m×4.1 m,二维溯源时传感器的高度为1.05 m。当源高度为1.05 m和0.75 m时,三维溯源的成功率分别为60%(9组/15组)和53.3%(8组/15组),平均定位步数分别为30步和32.8步;二维溯源的成功率分别为80%(12组/15组)和26.7%(4组/15组),平均定位步数分别为16步和42步。结果表明:在室内弱气流环境下,SPSO方法对不同源高度下的三维溯源具有良好的适应性,能够应用于源高度未知的场景,但其成功率有待提高;SPSO方法用于二维溯源能适用于源高度已知的场景,但并不适用于源高度未知的场景。

环境地转基本气流的计算及热带气旋运动与其偏差的统计分析

利用国家气象中心T63L16的1.875×1.875经纬网格点资料和中央气象台编号的热带气旋实时中心位置资料,计算了1996年全年25个热带气旋,共126个时次的环境地转基本气流,分析了环境地转基本气流的垂直分布特征,并对热带气旋的实际运动与环境地转引导气流的偏差(后文将称其为引导偏差,即热带气旋的实际中心位置与按引导气流推算出的位置之间的偏差)进行了分析,发现引导气流的计算区域不同,其引导偏差是不一样的。得到了引导气流的最佳计算区域,并且发现热带气旋运动与环境地转基本气流的垂直切变结构的关系以及引导偏差与引导气流的速度、气旋本身的初始纬度位置和强度等有关。结果还表明,200～1000 hPa的深层加权平均的基本气流的引导效果最佳,可作为最佳引导气流使用。了解这些规律和特征,对热带气旋运动预报具有一定的参考意义。

涡旋结构和环境场对台风“黑格比”(2020)强度变化的影响

为进一步认识影响台风强度预报的因素,提升对台风最大强度预报的能力,利用高精度集合模拟试验对2020年第4号台风“黑格比”的发展增强过程进行了分析,探讨了初期涡旋和大尺度环境背景对台风最大强度的影响。结果表明:描述初期台风涡旋特征的10 m最大轴对称切向风、最大风速半径附近及其外侧低层的轴对称切向风和入流以及涡旋的丰满度均与台风最大强度有较好的相关:最大轴对称切向风能够更早且更准确地指示台风最大强度;最大风速半径附近及其外侧低层的轴对称切向风和入流越强,其伴随的向台风内核区输入的角动量越大,台风的最大强度也越强;初期台风涡旋的丰满度与最大强度的相关远高于外围风圈和最大风速半径与最大强度的相关,意味着对于小台风“黑格比”而言,只要初期涡旋丰满度大,其最大强度也会很强。“黑格比”的最大强度与其西侧“森拉克”台风和东侧副热带高压也密切相关,若这两者都偏强,不仅使得“黑格比”引导气流的向北分量偏强,导致台风快速北移受到干空气影响,还会使得“黑格比”的环境风垂直切变增大,不利于台风达到更强的最大强度。对于这类台风而言,初始涡旋结构和邻近台风及副热带高压的准确描述是提高台风最大强度预报能力的重要前提。

特高压户内直流场局部送风冷却效果研究

为解决特高压户内直流场散热设备集中,普通整室混合通风方式无法有效降低设备局部位置处温度过高问题,本文提出了在集中发热设备周围采用喷口的局部冷却方式来达到降温的目的。利用CFD软件模拟送风喷口在不同送风角度、温度和速度的情况下,平波电抗器周围的气流环境情况。模拟结果显示:针对重点散热设备进行局部冷却通风的方式可有效缓解直流场内热力分布不均匀,重点散热部位温度过高问题。喷口角度会改变平波电抗器的内外气流组织量,恰当的送风角度能最大程度同时带走散热设备内外热量。改变送风温度,射流扩散趋势大体相同,重点发热设备周围的气流速度呈现整体提升状态。送风温度参数变化对气流组织的影响并不明显,但对温度场的影响至关重要。

高速气流对针板沿面直流放电特性的影响

暴露在大气环境中的绝缘设备受到运行状态或者大气运动的影响,其绝缘介质表面往往处于气流环境中,其放电特性与静态气体相比有较大差异。以硅橡胶绝缘片为研究对象,通过风洞系统开展气流环境下绝缘介质表面闪络特性试验,发现气流方向垂直于电场方向时,电晕放电光区与放电路径沿着气流方向发生了偏移。分析气流环境下绝缘介质表面、气体薄层和气体中离子的运动轨迹变化,认为气流导致离子的运动轨迹发生偏转,并使得大量电子和离子被吹离绝缘介质表面,绝缘介质表面电子和离子浓度下降,这就削弱了流注头部的电场,使流注的发展变得困难。同时,气流环境导致绝缘介质表面电荷积聚途径与来源发生变化,随着气流速度的增加,绝缘介质表面电荷消散速率增快,绝缘介质表面法向电子通量与切向电子通量都减小,导致表面电荷累积量减少,进而削弱了绝缘介质的表面电场。电子的偏转和吹离效应以及表面电荷积聚量减少是导致高速气流环境下针板电极间沿面闪络电压上升的主要因素。

高速列车弓网受流系统放电实验平台设计

为掌握外环境下高速列车的运行特点,开展弓网电弧变化特性研究,该文设计并研制了高速列车弓网受流系统放电实验平台,其风洞系统由风洞结构、风扇转子系统、风洞控制系统、弓网电弧发生系统、观测系统组成。测试结果表明:低速直流风洞风速可达50 m/s,湍流度低于1%,速度不均匀性小于1%,流场稳定性不超过1%,气流偏角不超过0.5°,满足《低速风洞和高速风洞流场品质要求》(GJB 1179A—2012)中所规定的参数指标。该系统为探究强气流场环境下弓网电弧物理特性的变化规律提供了良好的实验环境,可为高速运行环境下列车弓网电弧研究提供参考数据。

车顶绝缘子空气动力结构优化及其电气性能

高速列车运行时车顶高压绝缘设备暴露于高速气流环境之下,此时外绝缘特性与无气流工况下相比具有明显的差异。该文根据车顶绝缘子在气流环境中的闪络特性与放电路径偏移现象提出了2种车顶绝缘子空气动力型结构优化方案,并利用3D打印技术制作车顶绝缘子试验模型。同时采用有限元仿真软件对空气动力型车顶绝缘子的周围气流状况与电场分布特性进行分析,并通过风洞试验系统开展气流环境下的闪络特性试验。结果表明:相比于传统结构绝缘子,2种空气动力型结构表面场强的最大值与平均值更小,在风速100 m/s时闪络电压分别提高了11.3%与8.5%,气流的存在影响了电子、离子与亚稳态粒子在电场中的运动方式,从而影响了放电形成过程。优化后的车顶绝缘子表现出更优良的空气动力学特性,在气流环境中其外绝缘性能相比于传统结构有所提高。

车顶绝缘子RTV涂层磨蚀规律及其对污闪电压的影响研究

高速列车车顶绝缘子涂覆防污涂料后,能够有效提高表面憎水性,从而提高污闪电压。但在列车行驶过程中,由于高速气流与空气中污秽颗粒的作用,防污涂层会逐渐磨蚀破损。为探究涂层磨蚀情况对车顶绝缘子绝缘性能的影响,通过理论与仿真分析,对不同风速下的涂层磨蚀规律进行研究,并依据磨蚀规律对涂层进行人工破坏,测试涂层破损后绝缘子的污闪电压。结果表明:涂层磨蚀程度侧风面>迎风面>背风面;随着风速增加,磨蚀面积扩大,同时磨蚀区域向背风面移动;随着涂层磨蚀程度的增大,绝缘子表面电场发生畸变,污闪电压下降,磨蚀程度过大时绝缘子污闪电压低于未涂覆涂层绝缘子。以上研究表明,铁路运维部门应当定期检查车顶绝缘子涂层磨蚀情况,磨蚀严重地区车顶绝缘子可不涂覆防污涂料。

惯量松弛因子对Simple算法收敛性能的影响研究

通过实例系统地研究了惯量松弛因子对Simple算法收敛性能的影响,找到了影响Simple算法收敛性能的适宜的惯量(松弛)参数.研究表明,带惯量松弛的Simple算法是一种较有效的方法,可推广应用于气流数值计算及环境模拟中.

台风“罗莎”低空流场与降水中尺度结构的观测资料分析

为了进一步了解台风的水平风场结构和降水雨带的分布特征与台风强度变化的关系,利用观测资料和多普勒天气雷达探测资料对0716号台风"罗莎"的降水云系、反演的水平风场和雷达回波进行分析,结果显示:(1)在台风减弱为强热带风暴以前,低空卷入台风中心的强回波带开始出现分裂;减弱为热带风暴时,低空的强回波带出现明显的分离和断裂。雷达探测的向台风中心卷入的低空强回波带的分离和断裂,可以为台风减弱预报提供参考。(2)多普勒雷达探测资料反演的低空水平风场分析显示,虽然所处的环境风场截然相反,我国和美国两地区的热带气旋在低空存在相似的中尺度流场结构。我国东南沿海即将登陆的台风的西南侧外围与环境风场的交汇处,存在一处气流汇合带和气流辐散带,气流汇合带对应台风南侧的强降水中心。(3)通过多普勒雷达反演的低空水平风场与强度回波的叠加分析显示:台风的螺旋雨带与反演的低空水平风场的中尺度风切变线对应。这种中尺度切变在常规观测中难以发现。

地铁区间列车火灾及烟气影响因素分析

为了研究地铁区间列车火灾时隧道内烟气蔓延特性,划分火灾事故类型,归纳火灾事故特点,分析火灾影响因素。针对最不利火灾情形(区间列车中部火灾后迫停),实地调研区间隧道与列车特点,分析区间隧道烟气蔓延的影响因素及他们之间的关系。结果表明,烟气蔓延受多因素耦合作用和人为因素控制明显。

系统风压风速波动失衡的原因分析及解决

本文通过一个技改项目,对化纤直纺丝冷风系统风压风速波动失衡的原因进行分析、制定对策,并提出解决办法和预防措施。

室外环境下基于证据理论的多气味源测绘及定位

采用单个移动机器人对室外自然环境下的多气味源定位问题进行了研究.首先构建嗅觉感知模型,将机器人在每个采样周期中测得的气味浓度和风速/风向信息融合为局部区域内是否存在气味源的证据.然后采用证据理论将该证据与已有证据进行组合,从而更新气味源的空间分布图.最后在室外自然环境下进行实验,结果表明所提出的嗅觉感知模型可用于时变流场下的多气味源在线测绘.对比IP(independence of posteriors)算法(一种贝叶斯占用栅格测绘方法),所提出的基于证据理论的测绘方法具有较好的鲁棒特性.

眉状中尺度涡影响热带气旋路径的机理研究

应用准地转正压涡度方程数值研究了初始眉状中尺度涡影响热带气旋(TC)路径的机理.结果显示,环境场引导气流、TC非对称结构和非对称对流系统这三个影响TC路径的基本因子均具有时变特征,它们在不同的时段具有不同的重要性,其中眉状中尺度涡有两种作用.一种是直接作用,在0～11h,眉状中尺度涡引入后,TC外区风场呈现非对称结构,100～300km圆环区经向风速平均值大于零,直接导致TC向偏北方向移动.另一种是间接作用,从初始非轴对称流型启动,TC环流经历了一个轴对称化的过程.在12h以后,轴对称化的TC的空间尺度加大,TC非对称结构改变,TC能量频散高值系统环境场引导流增强,间接导致TC移速加快,移向向北偏折.在直接、间接的作用下,TC移动具有异常路径的特征.这个异常路径的形成可以归因于环境场引导气流、TC非对称结构和非对称对流系统三者的共同作用.