含裂纹损伤叶片在切变来流下的应力耦合性分析

针对含裂纹损伤风力机在运行过程中产生的失效现象,将切变来流作为入口条件,基于流固耦合原理,分析含不同形式裂纹损伤的风力机叶片应力分布规律。通过无人机现场实验得知,裂纹主要集中于叶根(r/R=0.10截面)和叶中(r/R=0.50截面)后缘部位。单叶片在30°方位角时应力最大,额定风速下分布于叶根的裂纹受力最大,为33.34 MPa。强风风速下分布于叶中的裂纹受力最大,为44.31 MPa。重力载荷主要影响叶根部位的受力,气动载荷则主要作用于叶中,风速越大,叶中部位的裂纹越容易产生扩展。同时,沿弦向分布的裂纹,其扩展趋势最强。对于叶根处裂纹而言,若使叶片产生失效,裂纹长度需达到弦长的1/2、深度需达到叶片厚度的1/2;对于叶中处裂纹而言,若使叶片产生失效,裂纹长度需达到弦长的3/8、深度需达到叶片厚度的1/3。

强降水过程中热力切变平流参数的诊断分析

在以往研究的基础上,本文把对流涡度矢量的垂直分量、水平散度和广义位温的垂直梯度有机地结合起来,引入热力切变平流参数的概念。本文针对两次强降水过程,利用NCEP/NCAR全球最终分析资料对热力切变平流参数进行诊断分析,结果表明,热力切变平流参数能够比较准确地综合表征雨区上空水平风场切变和湿等熵面漏斗状向下伸展等动力学和热力学典型的垂直结构特征,因而该参数与降水系统的发展演变密切相关,与观测的6小时累积地面降水区存在一定的对应关系;在空间水平分布和时间演变趋势上,热力切变平流参数的异常值区覆盖着观测的6小时累积地面降水区;该参数在降水区内表现为强信号,而在非降水区表现为弱信号。影响热力切变平流参数发展演变的因素分析表明,该参数倾向方程中通量散度项的异常值区覆盖着观测的6小时累积地面降水区,表明雨区内通量散度项导致的热力切变平流参数变化比较明显,其中纬向风速与经向风速相互作用的贡献是不容忽略的。

切变流中的CISK机制与惯性重力波

利用板对称、有切变的大气动力学方程组，由行波法导出非线性常微分方程，通过非线性稳定性理论讨论方程的稳定性，求解了ＫＤＶ方程，并讨论了线性ＣＩＳＫ、非线性ＣＩＳＫ、惯性稳定度参数和大气风速垂直切变对惯性重力孤波强度和宽度的影响，目的是通过了解影响惯性重力孤波发展的因子，更深入地理解低纬中尺度天气系统（飑线、ＭＣＣ、冷涌。

摩擦耗散大气中切变流的非线性稳定性

本文从包含摩擦耗散的非线性准地转方程组和包含摩擦耗散与大地形作用的非线性浅水波方程组出发,使用了Serrin-Joseph的能量方法,利用变分原理,分别用总能量和总位涡拟能导得这两个方程组的切变基流的非线性稳定性判据。

三维非静力平衡大气中平行切变流上重力内波的不稳定及半椭圆定理

本文应用守恒型非弹性模式研究了三维非静力平衡大气中平行切变流上重力内波的不稳定，推广了Ｍｉｌｅｓ定理和半圆定理，得到了有限深度气层的半椭圆定理。该定理指出不稳定波的复波速被限制在相速复平面上一个内接于霍华德（Ｈｏｗａｒｄ）半圆的半椭圆内。该半椭圆长轴重合于半圆的直径，而短轴则取决于最小Ｒｉ数、波长、波宽等因素。

基本流和切变流影响下的南亚季风

采用赤道平衡模式及低阶谱方法，考虑基本气流、一次切变流和二次切变流的影响，给出了描写南亚冬夏季风的非线性方程。重点讨论了基本气流和一、二次切变流对南亚季风形成、转换和强度的影响，井指出一次切变流对南亚季风影响与基本流及二次切变流对南亚季风的影响明显不同。

旋转层结流体中垂直切变基本流、β效应、地形效应和强迫耗散共同作用下的Rossby波

本文运用摄动法和WKB方法(多尺度方法),从位涡守恒方程出发,分析旋转层结大气中基本流有垂直切变以及层结效应对β效应、地形效应和强迫耗散共同作用下的Rossby波的影响,得到一个非标准形式的非线性Schr?dinger方程,而在水平波数小于3时该方程有包络孤立波解;又进一步说明基本流的垂直切变对包络Rossby孤立波的波速的影响;强迫耗散对包络Rossby孤立波稳定度的影响.另外,本文还应用常数变异法求解了非齐次的Bessel方程,得到包络Rossby孤立波的经向结构.

层结切变流中的Rossby波的稳定度

Rossby波的稳定度问题是大气动力学的中心问题之一,这方面的研究工作已有很多。早期,文献[1-4,9]采用标准波型法对此问题作了开创性的研究,得到了许多重要结论。如,有关不稳定的判据,稳定波和不稳定波的结构,以及它们对维持大气环流所起的作用等。近些年来,文献[5—8]应用WKB方法和波包波作用量概念研究了缓变介质中的Rossby波的发展演变问题。

不可压热粘弹性切变流的渐近行为

本文在较弱的假定下，研究不可压热粘弹性切变流问题古典解的整体存在性及其渐近行为．

平行切变流的非线性不稳定的饱和问题

地球流体力学的不稳定性理论告诉我们,如果基流不稳定,那么叠加于其上的扰动可能要增长,对于不考虑粘性与外强迫的保守系统,这种增长是有限度的,这就是不稳定的饱和(Sat-uration).如何给出此类扰动的能量与位涡拟能(非平凡的)增长的上界估计,是一个重要问题.Shepherd提出了一种方法来研究这个问题:首先选择一族稳定基流,然后把叠加于不稳定基流之上的扰动分解成两部分:一部分是对选定的稳定基流的扰动,另一部分是选定的稳定基流对不稳定基流的偏差;利用对应于Arnol'd第一定理的稳定性判据及有关估计。

非均匀切变流中重力惯性波的不稳定和暴雨过程

采用近似的涡度方程、散度方程和热力学方程，考虑时间平均温度场和风场空间分布的非均匀性，讨论了三维重力惯性波的发展及其与暴雨的关系。指出重力惯性波的不稳定热成风及其仿 的非均匀分布有密切的联系，阐明三维问题与二维对称不稳定问题之间存在的差别。最后分析了各物理因子对三维重力惯性波发展的影响。

线性准地转模型中副热带环流对潜热加热的定常响应 Ⅱ.边界约束及风场与层结稳定度的自适应

本文着重研究了线性模型中副热带环流对潜热加热的响应过程中影响高、低压系统中心位置的因子,剖析出边界层中基本流的垂直切变影响低层环流的根本原因,并且探讨了线性模式中基本流和静力稳定度自调整过程的重要作用。结果表明,在β效应和f效应、基本流在经向和垂直方向的二阶切变、以及东、西风基本流作用的非对称性等因素的共同作用下,高、低压中心位于热源北侧。结果还表明,当近地面基本流的垂直切变为零或者当风速随高度减小时,低层气旋和反气旋中心位于地面上,当风速随高度增大具有类似亚洲季风区的结构时,低层气旋和反气旋中心抬升离开地面;进一步考虑热源区附近静力稳定度和基本流自调整过程的作用后,反气旋中心继续抬升至中层,证明对流降水对其东侧对流层中低层副高的形成有重要贡献。指出基于传统线性准地转模式来研究副热带高压形成的缺陷在于应用不适当的下边界条件以及缺乏静力稳定度的自调整机制和基本流对热源的反馈机制,从而得到"潜热加热激发的低层反气旋中心位于洋面上"的不切实际的解。

试验水池造流剖面数值仿真

为评估试验水池造流剖面流速分布,采用计算流体力学(CFD)软件对试验水池主体的造流剖面进行二维模拟和三维模拟。结果显示,射流倾角与流道高度对试验区水流流态具有关键性的影响。分层开启流道和不同流量配比工况可分段满足工艺指标要求的流切变,且横向水流的偏差不大于10.0%。二维模拟和三维模拟的结果存在一定差异,但整体趋势基本相同。因此,二维模拟可用于前期方案优化。

导流管喷动床环隙区颗粒流动分析

本文使用光纤测量了导流管喷动床环隙区的速度分布,通过计算颗粒流中的Savage数,Bagnold数和Friction数等准则数,表明该区流动为重力控制,以摩擦应力为主的慢速颗粒流。颗粒速度沿径向近似线性变化,而且其切变率随高度有很大不同。最后研究了表观气速,导流管内径,夹带区高度等对颗粒速度分布的影响。

浅谈北槽导堤端口存在的切变流和河口环流对船舶航行的影响

近期,在长江口深水航道(简称北槽航道)10~14号灯浮水域接连发生几起船舶突然失去舵效,无法把定的情况,航经此处的船舶,无论进口或出口,当遭遇河口环流和切变流的影响,均可能发生船舶突然失去舵效。无论是切变流还是河口环流均会对航经船舶产生影响,尤其当2种潮流相互叠加时,会对航行船舶产生不可抗拒的作用力。当船首和船尾受到不同方向的潮流作用时,船舶操纵性受到极大影响,以至发生紧迫危险乃至水上事故。

临界层理论研究的进展

平行切变流的临界层一般分为三类:粘性临界层、非线性临界层和非定常临界层。本文对这三种临界层理论及其最新发展作了较为详细的介绍。

台风“凤凰”强降水过程中的波作用诊断分析

介绍了"扰动热力切变平流参数"的概念,并基于此概念及波流相互作用的理论,对登陆台风"凤凰"2008年7月27日00:00—31日00:00(世界时)的暴雨过程进行了诊断分析。通过采用ARPS模式的资料,对波作用密度M和波作用通量散度▽·F进行计算,分析其与6h累积地面降水的关系。结果表明,波作用密度的异常值区始终覆盖观测雨区,二者在水平分布和时间演变趋势上比较相似,该波作用密度能够比较准确地综合表征强降水系统典型的动力场和热力场扰动的垂直结构,因而与降水系统的发生演变密切相关,其正高值区与观测的6h累积地面降水具有良好的对应关系。同时对波作用通量散度▽·F的分析表明,在登陆台风引发的暴雨过程中,非地转风位涡扰动和一阶扰动平流与动力场和热力场扰动梯度耦合项是影响扰动热力切变平流异常变化的主要强迫项。进一步分析表明扰动与基本态的交换主要是扰动热量平流交换,而扰动动量平流交换非常弱。

海洋波动的波谱分析和尺度划分

对垂直切变基本流中刚盖海洋的大、中尺度波动作了波谱分析。发现随着基本流切变的增大和扰动波长的减小,涡旋波和重力惯性波的连续谱区会互相靠拢,最后发生重叠,这时已不能区分为快波、慢波;而能否重叠的关键在于临界波长与扰动波长的相对大小;基本流切变越大,扰动波长越短,重叠现象就越严重。这可用作尺度划分的客观标准。当波动尺度大于临界波长时,属大尺度,这时涡旋波和重力惯性波连续谱区互相不重叠,涡旋波是准地转的;当波动尺度小于临界波长而大于临界波长一半时,出现了涡旋波与重力惯性波连续谱区重叠的现象,并出现了涡旋-重力惯性混合波,而涡旋波是非地转的,此时运动属α中尺度。当波动尺度小于临界波长一半时,则已无纯粹的涡旋波,只有涡旋-重力惯性混合波和纯粹的重力惯性波,此时所有的运动均是非平衡的,该运动属β中尺度。采用这一方法划分的尺度标准与通常的标准在量级上相一致。

海洋内重力惯性波不稳定模态分析

基于海洋动力方程的内重力惯性波数学模型给出其数值求解方法,并对沿垂直切变背景流传播的海洋内重力惯性波的不稳定做了探讨,得到的结论有:在不考虑海底地形和采用刚盖近似的条件下,在稳定层化海水中,当背景流为常数时,海洋内重力惯性波均是稳定的。在较弱的稳定层结下,具有垂直切变的背景流会导致海洋内重力惯性波的不稳定。该不稳定内波的增长率对其波长具有选择性并可有短波截断。增长率最大处出现在波长为几十公里的范围内。对固定的内波波长,背景流垂直切变越强则其最大增长率越大;若此时有多个不稳定模态,则增长率最大的模态其垂直结构最简单。该不稳定内波流函数的结构在垂直方向大体呈单圈环流形态,环流中心可以是一个,也可以是2个,后者则呈"猫眼"结构。

分层Reynolds应力模式

本文根据切变湍流结构的特征提出一种分层Reynolds应力模式。在切变湍流中存在湍能生成项达到狭峰的极大值层次(本文称它为活跃层),根据这一特征,在活跃层中保留微分Reynolds应力模式,但它可以简化为常微分方程。在两层活跃层之间以及活跃层和壁面之间的Reynolds应力分布,用满足衔接相容条件的多项式近似。时均湍流场将由以上得到的Reynolds应力代入Reynolds方程求出。用本方法计算了两个比较复杂的湍流例子,结果表明,本方法较常用的k-ε模式有明显的优越性,它的计算时间并不比k-ε模式多,而计算结果与实测结果的吻合则较k-ε模式好得多。另一方面本方法较之完全的微分Reynolds应力模式可大大节省计算时间。