岩石圈塑性流动波的实验研究(Ⅰ)

实验采用了适当配比的塑化松香 ,模拟岩石圈延性层 ,研究边界驱动条件下塑性流动波的传播过程。实验表明 ,塑性流动波类似于粘性重力波 ,并有“快波”和“慢波”之分 ,二者分别由主波和辅波叠加而成。主波类似于孤立波或涌波。根据相似原理 ,“快波”主波的外推波速约为 0 .12～2 .5km/a ,在波速量级上大致相当或接近于岩石圈下层某些控制地震迁移的塑性流动波。

大陆板内塑性流动波与地震迁移（一）

大陆岩石圈下层的网络状塑性流动，通过能量的远距离传递，控制着板内地震的空间分布，而脉动式塑性流动波的传播决定了地震的迁移。根据地震时、空分布特征的分析结果，以喜马拉雅碰撞带为驱动边界的中东亚网络系统主要存在着两种塑性流动波，波速的沿网带分量分别约为１～７ｋｍ／ａ和１２～４５ｋｍ／ａ，边界起波的时间间隔平均为９３．７ａ和１０．８ａ，分别称之为“百年波”和“十年波”。塑性流动波的波峰带为地震的发生提供必要的能量背景条件。

大陆板内塑性流动波与地震迁移（二）

基于大陆岩石圈塑性流动网络和塑性流动波的观念，地震迁移主要表现为塑性流动波控制下地震沿网带的迁移。中东亚网络系统存在着两种以上的塑性流动波，其中与地震中期预测有关的是“十年波”和“百年波”。它们具有不同的起波年份、起波期和波峰带，而各期波的优势传播方向和有效作用范围又有所不同。两种波的波峰带相互叠合形成双重波峰区，其中有“塑性流动－地震”网带经过的区段为地震提供必要的能量背景条件，构成能量背景区。对中国大陆１９７６年震情的检验表明，６．０～７．８级地震共１９次，约有９０％分布在相应震级范围的能量背景区内。

亚洲中东部地区塑性流动波(“慢波”)与地震活动

根据先前相似模型实验的结果 ,在板块边界驱动下 ,沿岩石圈下层 (含下地壳和岩石圈地幔 )传播的塑性流动波包括“快波”和“慢波” ,二者均属于黏性重力波 ,并分别由主波和辅波叠加而成。“快波”以 10 0 ～ 10 2 km/a量级的速度传播 ,已为塑性流动波控制下地震迁移的研究所证实。文中根据 7级以上强震的条带状分布图像 ,证明在喜马拉雅弧驱动下还存在着波速仅为 10 0 ～ 10 1m/a量级的“慢波” ,其中对 7级以上强震起控制作用的主要是“慢波”的辅波 ,其平均波长为 4 45km ,波速为 0 81～ 2 80m/a ,周期为 0 .16～ 0 .5 5Ma。“慢波”的边界起波时间距今约 1.34～ 4 .6 6Ma ,相当于上新世中期至早更新世中期 ,与喜马拉雅构造运动的主要活跃期 (幕 )之一相吻合。以喜马拉雅弧西段和东段为波源所形成的2个“慢波”系统的波峰带相互重叠 ,为

中国东南地区塑性流动波与地震迁移(Ⅰ)

根据岩石圈塑性流动网络与塑性流动波 (网络波 )的观点 ,在采用和改进以往对于亚洲中东部其它地区网络波研究方法的基础上 ,通过地震活动沿塑性流动网带的迁移、速度场及边界起波期等研究 ,绘制了中国东南地区网络波走时等值线图和波峰带分布图 ,初步展示了网络波控制下的地震能量背景 ,为进一步的研究及该地区地震能量背景的物理预测提供了依据。

波浪潮流动床泥沙模型在工程泥沙研究中的应用

分析工程海域的自然条件 ,采用波浪潮流动床泥沙模型研究方法 ,研究工程海域泥沙输移规律 ,预报工程方案下引水渠的泥沙淤积。

热敏式剪应力仪在波流动力研究中的应用

河口海岸泥沙运动直接受制于床面剪应力的大小,因此通过床面剪应力来研究泥沙运动基本问题是泥沙运动理论研究的重要途径,然而目前尚未有效形成波流复杂动力作用下床面剪应力的量测计算方法。本文利用基于微纳米技术的热敏式剪应力新型仪器,在波流长直水槽内开展了床面剪应力量测研究工作。研究表明,热敏剪应力仪响应频率高、稳定性好,量测成果较好地反映了波流作用下床面剪应力变化基本规律,热敏剪应力仪可用于波流等复杂动力作用下床面剪应力的量测。根据试验量测成果,提出了波流合成剪应力计算初步方法,可为复杂动力作用下泥沙运动基本理论问题的深入研究提供参考。

高压段含有颗粒的含灰气体激波管流动数值模拟

本文给出了用类特征线法计算的高压室含灰的无限长激波管非平衡流动解。以膜压比ｐ４１＝５．０、高压室含灰的体积分数α４＝０．０１为例，详细分析了非平衡流场，并同冻结流解和平衡流解作了详细的对比分析，清楚地显示了含灰气体激波管非平衡流动从冻结流向平衡流过渡的各种细节，说明了基于冻结声速的非平衡流类特征线法计算何以能得到无限趋近于平衡流解的原因。本文的结果表明，类特征线方法可以提供非常精细的气－固二相流非平衡流场结构。

有二次涡的激波边界层干扰流动的DPNS和NS方程计算

本文针对具有二次涡复杂分离再附现象的激波边界层干扰流动 ,数值地考察了扩散抛物化Navier Stokes(DPNS)方程组的适用情况。壁面摩阻和压力、主涡和二次涡的涡高和涡长、分离再附位置以及流线图等特性的计算表明

数值模拟二维喷管激波/湍流附面层干扰流动

采用可压缩性修正两方程湍流模型 ,数值模拟了 3种不同波前马赫数的跨声速二维喷管内激波 /湍流附面层干扰流动 ,对流场中时均参数和脉动参数的计算结果与实验值进行了比较。结果表明可压缩性修正的两方程湍流模型准确地模拟了正激波 /湍流附面层干扰流动的时均参数和脉动参数 ,无分离和有分离的激波/湍流附面层干扰流动的基本规律。

熔液自由表面波状流动的影响因素

在Czochralski(Cz)单晶氧化物制备系统中,常观察到高温融液自由表面呈现波状流动花样(wavepattern)。以LiNbO3制备系统为例,采用分块边界坐标适合法,结合高精度QUICK格式,通过大规模数值模拟,分析了晶体旋转速度、自由表面热辐射、表面张力及坩埚壁加热条件对波状流动的影响。

稀相气固悬浮体越过沿平面匀速运动激波后的流动结构

本文给出气固悬浮体中激波感生边界层的渐近数值分析,其中计及了作用于固体粒子的Saf-fman升力.研究结果表明粒子横越边界层的迁移导致了粒子轨道的交叉,因此对目前通用的含灰气体模型应做相应的修正.本文利用匹配渐近展开方法得到了匀速运动激波后方的两相侧壁边界层方程,详细描述了在Lagrange坐标下计算颗粒相流动参数的方法,并给出了粒子浓度很低情况下的数值结果.

亚洲中东部岩石圈下层网络状塑性流动与应变场

在板块边缘驱动力的挤压作用下,岩石圈下层(合下地壳和岩石圈地幔)塑性流动网络的共轭角随着变形的增大而由初始的直角变为钝角。因此,可根据其轭角的增量推测应变的大小,并给出该层的应变场。亚洲中东部所含3个塑性流动网络系统的研究表明,岩石圈下层的应变场控制或影响着上部地壳的构造变形和地形起伏,表现为应变“凸峰”与地形凸峰之间的相互对应以及“稳定”块体的低应变效应和应变的波动传播。网络共轭角推测应变的方法为认识板内应变场和构造变形提供了新的途径。

亚洲中东部岩石圈网状塑性流动控制下的多层应变速率场

根据“网状塑性流动”大陆动力学模型,岩石圈的变形方式由浅层脆性向深层延性的转变以及岩石圈下层网状塑性流动的控制作用,导致板块内部的多层构造变形。GPS方法或断层错动反演方法所测定的只是浅表地壳。多震层的应变速率可用“地震复发间隔法”,根据先后两次地震的复发间隔和后发地震的发震概率予以估计。基于岩石圈下层塑性流动网络共轭角与挤压变形之间的关系,可运用“共轭角法”估计该层的应变,并结合对于变形时间的估计,进一步推算网络的特征应变速率。文中给出了亚洲中东部地区岩石圈下层特征应变速率的等值线图,其数量级为10-15～10-14/s。控制多震层地震活动的主要是塑性流动网带,其应变速率大于网络的特征应变速率,除此以外,多震层的应变速率还受到驱动边界的直接作用、塑性流动波和上下层之间非连续分布软弱层的影响。根据青藏高原至华北平原11个潜在震源区所在地段多震层应变速率与岩石圈下层特征应变速率的对比分析,除临汾盆地1处偏差较大外,其余10处两者间表现出显著的线性相关,其比值β平均为1.75,分布范围为1.25～2.25。文中建议在进行中长期地震预测时,可根据岩石圈下层特征应变速率等值线图,结合比值β的引入,粗略地估计各潜在震源区的应变速率;同时,在β的取值上,尽可能地注意到驱动边界和相对稳定地块对该处各地段的影响。

海岸植被防护机制的物理模型试验研究进展

基于自然的海岸修复与防护越来越受到人们关注,从海岸植被对水动力及泥沙运动影响机制的物理模型试验研究方面,介绍了试验研究中植被的描述方法,包括植被的分类、材料选择、特性表征等;综述了植被影响下的流场结构、消浪特征、形态阻力相关的研究进展;论述了悬沙浓度分布、泥沙再悬浮、沉积和冲刷模式等泥沙输运方面的研究成果;结合大量模型试验研究,提出了未来的研究趋势。

气液并流垂直液膜流动的数值模拟

应用计算流体力学软件Fluent,采用VOF方法模拟了气液并流垂直液膜流动.将平均液膜厚度数据与文献数据对比,验证了模型的合理性.考察了气、液相雷诺数和壁面剪切力对液膜流型的影响,分析了不同截面液膜厚度随时间的变化情况,且比较了液膜波动与壁面剪切力的变化规律.模拟结果表明:液膜的流动形态在不同高度处主要有滴状流、层流、层流-湍流和波状湍流,可划分为入口段、发展段和稳定段3个区域;波形低谷值对应剪切力的高峰值,大振幅波的高峰值对应剪切力的低谷值,但由于液膜波动的随机性以及波的叠加,并不是所有的剪切力高峰都与液膜波谷相对应.

倾斜条件下并联矩形通道流动不稳定性实验研究

以截面尺寸为50mm×2mm的矩形并联双通道为实验本体,开展了倾斜条件下密度波流动不稳定性实验研究。主要参数范围为:压力,3~8 MPa;质量流速,300~800kg/(m^2·s);入口温度,180~270℃;倾斜角度,0°~30°。通过分析实验结果,得到了系统压力、质量流速、入口过冷度以及倾斜角度对流动不稳定性界限参数的影响规律,基于过冷度数Nsub和相变数Npch绘制了流动不稳定边界,并通过实验数据拟合了包含Froud数和Δρ/Δρg的不稳定边界准则关系式。研究发现,在实验工况范围内,倾斜条件对密度波流动不稳定性无明显影响。

基于层状双孔介质的地震波反射和透射系数频散特性研究

本文研究了纵波垂直入射情况下两种介质分界面处的纵波反射和透射系数的频散特性,分界面上下两侧分别为层状双孔页岩介质和层状双孔砂岩介质.当纵波沿垂直于分界面的方向传播至分界面处时,会在上层双孔介质中产生三类反射纵波,在下层双孔介质中产生三类透射纵波.基于层状双孔介质的特性,给出了分界面处的六个边界条件.根据层状双孔介质的波动方程,利用平面波分析得到了纵波的反射和透射系数.结果表明:当多孔介质中存在流体时,纵波的反射和透射系数与频率相关,即存在频散现象.波致流体流动是造成纵波反射和透射系数频散的主要原因.此外,结果还表明局部流体流动引起地震频带内反射和透射系数的频散,宏观Biot流引起超声频带内反射和透射系数的频散.本文同时对岩石参数对反射和透射系数频散曲线的影响进行了研究.

基于数字岩心动态应力应变模拟的非均匀孔隙介质波致流固相对运动刻画

地震波传播激发的不同尺度的流固相对运动(宏观、中观和微观)是许多沉积岩地层中地震波频散和衰减的主要原因,然而野外观测和试验测量都难以对非均匀多孔介质孔隙压力弛豫物理过程进行精细刻画.通过数字岩石物理技术,本文建立了三个典型的数字岩心分别用于表征孔隙结构、岩石骨架和斑状饱和流体引起的非均质性,利用动态应力应变模拟技术计算数字岩心的位移和孔隙流体增量图像.通过分析和比较三个数字岩心的位移和孔隙压力增量图像,细致刻画了发生于非均匀含流体多孔介质内的宏观、中观和微观尺度的流固相对运动:1)宏观尺度的波致孔隙流体流动导致波长尺度上数字岩心不同区域的孔隙压力和位移差异;2)中观尺度的流体流动发生在软层与硬层之间、气层与液层之间;3)微观尺度的流体流动发生在孔隙内部或相邻孔隙之间.数值模拟试验也证明基于数字岩心的动态应力应变模拟技术可以从微观尺度上更好的理解波致孔隙流体流动发生的物理机理,从而为建立岩石骨架、孔隙流体、孔隙结构非均质性和弹性波频散-衰减特征的映射关系奠定基础.

波样耗散结构的空间构成及形成过程

以直拉法单晶生长系统中熔体热对流波样耗散结构为研究对象,通过大规模数值模拟,首先获得了不同波数稳定波样流动的耗散结构,并应用正交分解法抽出了波样耗散结构的基本流动模式,分析了由基本流动模式形成耗散结构的动力学过程.结果表明:(1)构成宏观波样耗散结构的基本流动模式具有明显的规律性:(a)基本流动模式成组出现,(b)波数为n的波样耗散结构,每组包含n个基本流动模式,(c)流动基本模式在周向的波数随组序以n增加,在径向由1层增至多层;(2)波样耗散结构宏观上的旋转运动,是由于不同基本模式的轮番"出演"所致.研究结果丰富了人们对耗散结构的认识.