从二维地转风到三维涡旋运动

给出了大气三维涡旋运动基本态所满足的简洁的偏微分方程 .大气涡旋运动存在低压辐合上升和高压辐散下沉的基本状况 ,基本态的三维速度场可以用流函数和对流速度势分解 ,且具有螺旋结构 .当Reynolds数Re→∞ 时 ,涡旋运动就化为地转风 ,涡旋运动近似就化为地转风近似 .

考虑当地涡旋运动修正的湍流模型在非定常空化湍流流场计算中的应用

为了更精确地模拟当地涡旋运动对复杂非定常空化湍流流动的影响,考虑当地涡旋运动特性对标准k-ε湍流模型进行了修正;并采用该修正模型对二维Clark-Y水翼周围非定常空化湍流场进行了计算;通过与实验结果进行对比,分析并验证了该修正模型计算结果的有效性。研究表明:该修正湍流模型根据当地涡旋效应对湍动能输运方程中的生成项进行修正,可以有效解决标准k-ε模型对湍动能的过度预测问题,得到的空化核心区域时均湍动能和湍流黏性的预测结果降低了约30%,与实际值更为接近;标准k-ε模型计算所得的时均空泡长度不大于0.6倍弦长,而修正模型计算所得的时均空穴可以覆盖水翼吸力面;修正模型可以准确预测水翼吸力面表面空泡的非定常脱落过程,包括附着空穴的拉伸和断裂,以及脱落空泡的逐渐消失。

圆柱振荡绕流中涡旋运动模式(pattern)的数值模拟

提出并发展的一种基于区域分解思想,综合了解 N—S方程的有限差分法及涡法各自优点的新数值方法,计算了各种 Keulegan-Carpenter 数下(Kc=2～24)振荡流绕圆柱的流动。系统地研究了振荡流中涡旋运动模式随 Kc 数变化的规律,模拟了不对称区、单对涡区(或模向区)、双对涡区(或对角区)和三对涡区四种不同的涡旋运动模式。将计算所得的阻力系数 C_D、惯性系数 C_M与国外近期发表的计算结果进行了比较。

赫姆霍兹对流体涡旋运动的开创性研究

着重讨论赫姆霍兹在特定的历史背景下，最先对流体涡旋运动进行研究并创建了流体涡旋理论。他所给出的涡线、涡丝等概念至今仍在流体力学中沿用，以他的名字命名的赫姆霍兹定理和赫姆霍兹速度分解定理更是流体涡旋理论中重要的基本定理，现代流体涡旋理论正是在他的研究基础上发展起来的。并进一步指出：赫姆霍兹的理论无论在物理上还是数学上都具有重要意义，而且对开尔文等人后来的研究工作产生了重要影响。

在高温超导体中的涡旋运动和Hall效应──依赖时间的金兹堡-朗道理论近似

本文从TDGL方程的各种形式出发，研究了高温超导体的涡旋运动的序参量，再利用层状模型（Lawrence-Doniach模型），将TDGL方程和L－D模型结合，从而讨论了高温超导体的Hall效应,涡旋运动的数字系数，可用序参量的解计算出来，并且从TDGL方程出发对涡旋运动方程进行了偏微分，从而计算出纵向传导和Hall传导，最后还讨论了Hall角的符号改变、Hall效应的奇异性。本文的结果与Hall效应的符号改变和混合态高温超导体观察到的Hall效应相符合。

高温超导体中的涡旋运动和Hall效应 依赖时间的金兹堡-朗道理论近似

高温超导体中的涡旋运动和Ｈａｌ效应依赖时间的金兹堡朗道理论近似梁芳营（中国矿业大学数力系，徐州２２１００８）姜文植（延边大学物理系，延吉１３３００２）（１９９６年１０月９日收到；１９９７年２月２５日收到修改稿）从依赖时间的金兹堡朗道方程（ＴＤＧＬ...

非对称人工超导结构中的涡旋动力学分析与模拟

本文从解析模型与数值模拟两方面探究了超导体中涡旋的动力学过程.首先建立了涡旋动力学模型,求出解析解并绘图;然后在此基础上加入对涡旋相互作用力的考虑,结合牛顿法利用MATLAB进行数值模拟,探究了洛伦兹力大小、周期时长、涡旋数目对涡旋整体运动效果的影响;最后利用Ornstein-Uhlenbeck过程模拟热噪声,并借助Splitting method求朗之万方程数值解并绘制速度-周期图像,实现对超导体中涡旋动力学过程的简单模拟.

晚古生代泛大陆聚合的全球构造背景：板块漩涡运动轨迹含义的探讨

板块构造理论形成以来,不同板块之间的相对作用得到深入阐述,但对多板块聚合的运动过程的研究常被忽略。依据全球古地磁数据和古板块再造,可以获得板块运动轨迹,这些板块轨迹指示全球主要大陆在志留纪(约443Ma)-二叠纪(约250Ma)期间发生向北半球中纬地区的汇聚,具体表现为在泛大陆的形成过程中,全球板块运动具有顺时针旋转的特征,并且大板块(南美、波罗的、西伯利亚、澳大利亚等)纬向移动速率和板块自转速率明显高于小陆块的(华北、塔里木、扬子陆块等)。一些主要陆块显示不对称的"e"型顺时针旋转的漩涡轨迹,汇聚中心在中亚地区,以哈萨克斯坦马蹄形的最终形成和保留为标志。板块聚合的涡旋状运动轨迹,受控于上地幔流动过程产生长期的漩涡运动。这种对流运动在一定时间内(晚古生代)保持相对稳态的流动形式,导致泛大陆的形成。

从震前卫星热红外图像看中国现今构造应力场特征

震前卫星热红外探测现今地球热应力场,既有水平应力热场,也有垂直应力热场。热辐射能量的增强与应力增强有关。结合地震地表破裂带和地震等烈度线图的分析,辅以GPS空间定位地形变测量、震源机制解和原地应力解除法,以及地球物理勘探资料,可使对现今应力场的了解更加全面。以99°～104°E为界的过渡带包含中国大陆西部重庆荣昌双环、四川汶川椭圆。这种左右涡旋运动方式不同存在一个带内,与深部构造差异和物质下曳运动有直接的关系。中国西部受印度板块和西北利亚板块SN向夹击,来自西北利亚板块的作用力最南可到天山北麓。印度板块与太平洋板块相互扭动,壳幔汁上涌差异反映在中国西部热旋扭椭圆为左旋扭动。印度板块与太平洋板块相互扭动,中国东部地区出现伸展构造。NE、NNE向破裂发生右旋运动,可称之新新华夏构造体系。壳幔汁上涌差异反映在东部热旋扭椭圆为右涡旋扭动。

淹没射流流场演化过程研究

射流在工程领域具有非常广泛的用途,为得到射流流场的演化过程,深入研究射流的运动机理,采用大涡模拟方法(LES)对淹没射流紊动流场进行数值模拟,采用有限体积法(FVM)和PISO算法进行方程离散和数值计算,得到了淹没射流的瞬态流场。分析压力场的演化过程发现,压力场等值线呈一簇簇同心圆,沿射流轴线方向和垂直射流轴线方向圆心高压和圆心低压交错分布;随着射流的进行,同心圆随射流下移并伴有变形、分裂、融合等现象。在淹没射流区和冲击射流区前部分,同心圆圆心的压力上下波动并呈上升趋势;在附壁射流区,同心圆圆心的压力较为平稳,进行较低频率、小幅度的波动。分析速度场的演化过程发现,在射流的进行中,射流主体左右摆动,轴线处存在高速流体团脱落现象。射流主体上固定点的速度和压力大小有显著的负相关关系。分析涡量场的演化过程发现,两个涡量束呈分段化中间大两端小的"藕"形分布,并随时间进行随机摆动。通过涡量场与压力场的对比看出,涡旋的摆动造成了射流主体的摆动,涡旋的存在导致了压力场圆心低压和圆心高压交错分布。淹没射流流场具有很强的紊动性和随机性,对射流流场演化过程和水力特性内在关系的研究得出了一些规律性的结论,但如射流摆动的定量分析等仍有许多内容有待研究。

不同心排出量下主动脉瓣血流动力学的PIV实验研究

主动脉瓣发生病变时导致心排出量(cardiac output,CO)减少,而心排出量减少与主动脉瓣血流动力学耦合作用,引发瓣膜继发性疾病.本文基于医学影像数据三维重构带有冠状动脉的主动脉根部,制备高度光滑和透明的主动脉根部实验模型,构建体外脉动循环模拟系统,利用粒子图像测速技术(particle image velocimetry,PIV)研究冠状动脉存在时心排出量对主动脉瓣速度分布、黏性剪应力(viscous shear stress,VSS)和雷诺剪应力(Reynolds shear stress,RSS)等血流动力学的影响.研究结果表明:冠状动脉的存在改变了主动脉窦中的涡旋运动和涡度,冠状动脉存在时流体经由冠状动脉流出,主动脉窦中的涡旋运动逐渐消失,涡度较早开始减小.峰值期,中心对称流动两侧区域存在正、负高黏性剪切区域,存在冠状动脉一侧的升主动脉下游存在高雷诺剪应力区域.心排出量显著影响主动脉瓣的速度分布、VSS和RSS等血液流动和受力状况.随着心排出量增大,冠状动脉存在时峰值期的最大速度、VSS和RSS增大,即CO=2.1,2.8,3.5和4.2 L/min时,最大速度分别为0.98,1.13,1.21和1.37 m/s,最大VSS分别为0.87,0.95,0.96和1.02 N/m2,最大RSS分别为103.76,116.25,138.68和146.55 N/m2.心排出量较低时,主动脉瓣较低的跨瓣流动速度和黏性剪应力易导致血栓形成,研究结果可为主动脉瓣置换术提供理论参考.

充液刚体动力学研究方法概述

充液刚体动力学源自19世纪的经典力学,发展至今成为以航天高科技为背景的动力学分支.本文概述充液刚体的力学模型与实际对象不断接近,研究方法随之不断更新的过程.

柴油机喷嘴内线空化对喷雾影响的试验

设计3种不同尺寸的锥度孔透明喷嘴,在尽可能抑制壁面空化的情况下研究了喷油压力、喷嘴孔尺寸及针阀升程对喷嘴内线空化的出现规律、强度及瞬态特性的影响,进而对喷雾的影响.结果表明:在喷嘴低针阀升程时会存在起源于针阀锥面处的线空化,可轻易延伸至喷孔出口,形态粗壮,引致非常大的喷雾锥角,而随针阀的抬起,这类线空化消失,代之以孔与孔之间的线空化,空化形态较细,对喷雾锥角影响相对很小,这为柴油机启喷阶段和喷油末期喷雾锥角的骤增与波动提供了一种合理解释;喷雾锥角的波动与线空化发展程度及其延伸至喷孔出口处的空化厚度间存在强烈的依存关系;线空化对喷雾的影响存在迟滞现象,这与空化泡喷出喷孔后破裂及流体运动惯性有关.

波涡相互作用研究的某些进展(Ⅰ)

波涡相互作用是当代非定常非线性流体力学的一个重要领域.本文评述了迄今人们对微扰纵波(声波,不包括激波)和横波(涡波)与层状和轴状涡相互作用的研究进展,包括涡声理论、锐缘及光滑表面涡层分离以及自由涡层的2维感受性和非定常Kutta条件,波产生时均涡流的非线性Eulcr整流和广义Lagrange整流,波涡共振等课题的进展.还介绍了用非定常激发实施涡控制这一重要应用领域的一些新进展.

湖南及邻区地壳旋转的可能成因、对大地构造演化的影响及其与大规模成矿作用关系初探

在湖南及邻区,无论从地表的地质构造还是地球物理场上,都表现出明显的环状分布特征。这种特征可能是地壳的旋转运动所造成,它对湖南及邻区大地构造的演化、大规模成矿作用等具有重大的影响。本文对这种旋转运动的可能成因,以及所伴随的一系列地质作用、与大规模成矿作用的关系等进行了初步探讨。

初生阶段西南涡发展与消亡的物理机制

采用涡旋运动稳定性方法,结合大尺度环境场和积云对流潜热释放,研究初生西南涡发展与消亡的物理机制。结果表明:(1)在稳定层结和不稳定层结条件下,当大气扰动频率超过对应的临界频率时,初生西南涡均可以维持并向成熟涡转变;当大气扰动频率未超过临界频率时,初生西南涡要么因频散而消亡,要么在维持一段时间的纯涡结构后消亡,不能发展为成熟西南涡。(2)初生阶段,大尺度场的辐合辐散是西南涡发展和消亡的主要因素,辐合才有可能使得初生西南涡发展,辐散只能导致初生西南涡消亡;小尺度的潜热加热则决定着稳定层结下的扰动临界频率,进而影响稳定层结下初生西南涡的发展及向成熟西南涡的转变。

青藏高原现今高分辨率地壳运动特征

利用GPS资料,采用最小二乘配置和小波技术分析了青藏高原的地壳运动特征,对该区地壳运动强度和涡旋运动进行了定量分析.结果显示,青藏高原地壳运动强度沿喀喇昆仑断裂、玛尼-玉树-鲜水河-小江的弧型构造带,自西向东递减.川滇菱形块体显示出北强南弱、西强东弱的特点,东边界形成明显的分界线,而西边界并不明显;青藏高原存在3个涡旋分区:顺时针旋转的拉萨、羌塘及川滇中西部地区,亚东-谷露断裂以东的区域为其涡旋高值区;逆时针旋转的柴达木地块及其以北的地区,西昆仑断裂与阿尔金断裂之间为其高值区;逆时针旋转的青藏高原与华南地块的边界带,龙门山与安宁河的拐角处为其高值区.

湍流边界层内光滑壁面附近湍流的发生

利用氢气泡测量法以及有颜色显示的热线测量法,研究了低速水流中平板光滑表面不可压缩边界层的结构。重点是壁面附近湍流发生过程的细节。0<y^+<100区域内的数据表明,所有的湍流发生,基本上是在间歇的“猝发”期间出现的。本文对“猝发”作了较细致的描述。 氢气泡数据的不确定度虽然较大,但有明显的优点:能提供作为时间函数的速度分布以及事件发生的顺序。这些数据表明,猝发期间速度分布的形状,跟熟知的平均速度分布有着质的差别。还用观察结果作为基础,讨论了湍流发生的可能的合适数学模型。