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Large Eddy Simulation and Study of the Urban Boundary Layer 被引量:5
1
作者 苗世光 蒋维楣 《Advances in Atmospheric Sciences》 SCIE CAS CSCD 2004年第4期650-661,共12页
Based on a pseudo-spectral large eddy simulation (LES) model, an LES model with an anisotropy turbulent kinetic energy (TKE) closure model and an explicit multi-stage third-order Runge-Kutta scheme is established. The... Based on a pseudo-spectral large eddy simulation (LES) model, an LES model with an anisotropy turbulent kinetic energy (TKE) closure model and an explicit multi-stage third-order Runge-Kutta scheme is established. The modeling and analysis show that the LES model can simulate the planetary boundary layer (PBL) with a uniform underlying surface under various stratifications very well. Then, similar to the description of a forest canopy, the drag term on momentum and the production term of TKE by subgrid city buildings are introduced into the LES equations to account for the area-averaged effect of the subgrid urban canopy elements and to simulate the meteorological fields of the urban boundary layer (UBL). Numerical experiments and comparison analysis show that: (1) the result from the LES of the UBL with a proposed formula for the drag coefficient is consistent and comparable with that from wind tunnel experiments and an urban subdomain scale model; (2) due to the effect of urban buildings, the wind velocity near the canopy is decreased, turbulence is intensified, TKE, variance, and momentum flux are increased, the momentum and heat flux at the top of the PBL are increased, and the development of the PBL is quickened; (3) the height of the roughness sublayer (RS) of the actual city buildings is the maximum building height (1.5-3 times the mean building height), and a constant flux layer (CFL) exists in the lower part of the UBL. 展开更多
关键词 uniform underlying surface urban boundary layer planetary boundary layer large eddy simulation (LES) ANISOTROPY turbulent kinetic energy closure model
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Investigation of Wall Pressure Fluctuations in a Turbulent Boundary Layer by Large Eddy Simulation
2
作者 潘雨村 张怀新 《Journal of Shanghai Jiaotong university(Science)》 EI 2007年第6期817-823,共7页
Large eddy simulation (LES) was used to investigate the space-time field of the low Mach number, fully developed turbulent boundary layer on a smooth, rigid flat plate. The wall-pressure field simulated by LES was ana... Large eddy simulation (LES) was used to investigate the space-time field of the low Mach number, fully developed turbulent boundary layer on a smooth, rigid flat plate. The wall-pressure field simulated by LES was analyzed to obtain the pressure statistics, including the wall-pressure root-mean square, skewness and flatness factors, which show the wall pressure distribution was not Gaussian. The profile of the auto-power spectral density and the contour of the streamwise wavenumber-frequency spectral density of wall-pressure were plotted. The "convection ridge" can be observed clearly and the convection velocity can be calculated from the location of the convection peak. 展开更多
关键词 turbulent boundary layer wall-pressure FLUCTUATIONS large eddy simulation (LES) wavenumber-frequency spectral CONVECTION velocity
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NUMERICAL SIMULATION AND ANALYSIS OF HORSESHOE-SHAPED VORTEX IN NEAR-WALL REGION OF TURBULENT BOUNDARY LAYER 被引量:5
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作者 史万里 葛宁 +1 位作者 陈林 唐登斌 《Transactions of Nanjing University of Aeronautics and Astronautics》 EI 2011年第1期48-56,共9页
The low-Reynolds-number full developed turbulent flow in channels is simulated using large eddy simulation(LES)method with the preconditioned algorithm and the dynamic subgrid-scale model,with a given disturbance in... The low-Reynolds-number full developed turbulent flow in channels is simulated using large eddy simulation(LES)method with the preconditioned algorithm and the dynamic subgrid-scale model,with a given disturbance in inlet boundary,after a short development section.The inlet Reynolds number based on momentum thickness is 670.The computed results show good agreement with direct numerical simulation(DNS),which include root mean square fluctuated velocity distribution and average velocity distribution.It is also found that the staggered phenomenon of the coherent structures is caused by sub-harmonic.The results clearly show the formation and evolution of horseshoe vortex in the turbulent boundary layer,including horseshoe vortex structure with a pair of streamwise vortexes and one-side leg of horseshoe vortex.Based on the results,the development of the horseshoe-shaped coherent structures is analyzed in turbulent boundary layer. 展开更多
关键词 large eddy simulation(LES) horseshoe-shaped vortex turbulent boundary layer coherent structures preconditioned algorithm
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Characteristics of Secondary Circulations in the Convective Boundary Layer over Two-Dimensional Heterogeneous Surfaces 被引量:2
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作者 SHEN Lidu SUN Jianning and LIU Peng 《Journal of Meteorological Research》 SCIE CSCD 2016年第6期944-960,共17页
Large-eddy simulations are conducted to investigate the impacts of the scale of chessboard-like heteroge- neous surface heating and the background wind on secondary circulations (SCs) in the convective boundary lay... Large-eddy simulations are conducted to investigate the impacts of the scale of chessboard-like heteroge- neous surface heating and the background wind on secondary circulations (SCs) in the convective boundary layer (CBL). When the wind blows along the diagonal of the chessboard pattern, the cases with different heterogeneity length scales (λ = 1.2, 2.4, and 4.8 km) and weak background wind (U = 2.5 m s-1) suggest that there exists a threshold for the roll-like SCs, which is satisfied when the heterogeneity length scale is 1.6 times the boundary layer height (λ = 1.6zi). During the CBL development, the SC intensity increases before this threshold is met, whereas it decreases thereafter. The cases with different background wind speeds (U = 2.5, 5.0, and 10.0 m s-1) and relatively large heterogeneity length scale (λ = 4.8 km) show that the SCs are strengthened by larger wind speeds when the heterogeneity length scale is so large that the threshold cannot be met during the CBL development. Another case with wind direction along neither the diagonal nor the side of the chessboard pattern shows that the roll-like SCs can still be triggered, but the roll axes are orientated along the diagonal of the chessboard pattern rather than along the wind direction. 展开更多
关键词 background wind convective boundary layer heterogeneous surface large-eddy simulation secondary circulation turbulence
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城市建筑动力学效应对对流边界层影响的敏感性试验 被引量:8
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作者 刘红年 苗世光 +2 位作者 蒋维楣 刘罡 孙鉴泞 《气象科学》 CSCD 北大核心 2008年第6期599-605,共7页
本文将大涡模拟应用于城市对流边界层(CBL)湍流结构和流场特征的研究,在大涡模式中,拖曳系数取与建筑物高度及建筑物高度标准差有关的表达式以考虑次网格建筑物对风速和湍流动能(TKE)的面积平均影响。模拟结果表明,由于城市建筑物对气... 本文将大涡模拟应用于城市对流边界层(CBL)湍流结构和流场特征的研究,在大涡模式中,拖曳系数取与建筑物高度及建筑物高度标准差有关的表达式以考虑次网格建筑物对风速和湍流动能(TKE)的面积平均影响。模拟结果表明,由于城市建筑物对气流的拖曳作用,使建筑物冠层及整个CBL内风速大幅度减小,城市冠层内部风速减小尤为明显,在夹卷层内,风速有一明显的跃变。在边界层中部对流运动已经发展成为较强的热泡,城市建筑物的动力学效应使热泡的水平尺度增大,CBL内平均上升气流速度和下沉气流速度减小,同时使CBL中上升气流所占比例比平坦地面增大。城市建筑物使CBL低层热通量、动量通量、速度方差和位温方差明显增大,但对近地层高度以上的湍流量影响不大。 展开更多
关键词 大涡模拟 城市对流边界层 湍流结构
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森林冠层和森林边界层大涡模拟 被引量:9
6
作者 苗世光 蒋维楣 《地球物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2004年第4期597-603,共7页
在采用各向异性湍流动能闭合方案和 3阶Runge Kutta时间积分方案的大涡模式中 ,引入由森林冠层粗糙元造成的动量拖曳项、热量输入项和TKE耗散项 ,以模拟森林冠层和森林边界层的气象场 .通过中性和不稳定层结条件下不同叶面积指数算例的... 在采用各向异性湍流动能闭合方案和 3阶Runge Kutta时间积分方案的大涡模式中 ,引入由森林冠层粗糙元造成的动量拖曳项、热量输入项和TKE耗散项 ,以模拟森林冠层和森林边界层的气象场 .通过中性和不稳定层结条件下不同叶面积指数算例的模拟分析及与已有观测结果的比较表明 ,本文所建大涡模式对森林冠层和森林边界层有较好的模拟效果 .进一步研究表明 :不稳定层结条件下较稠密的森林冠层中特有的Kinking&Pairing湍涡结构与森林边界层中湍流的大涡运动相互作用 。 展开更多
关键词 森林冠层 森林边界层 大涡模拟 温度斜坡型结构 Kinking&Pairing 湍涡结构
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对流边界层发展受覆盖逆温影响的大涡模拟研究 被引量:7
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作者 万静 孙鉴泞 《气象科学》 CSCD 北大核心 2010年第5期715-723,共9页
本文运用大涡模拟方法研究了存在覆盖逆温时对流边界层顶部的夹卷过程特征,并通过敏感性试验着重分析了在此情况之下的夹卷速度参数化问题,以及风切变的作用。模拟结果表明,初始覆盖逆温改变了夹卷层的结构特征,使得夹卷层结构参数明显... 本文运用大涡模拟方法研究了存在覆盖逆温时对流边界层顶部的夹卷过程特征,并通过敏感性试验着重分析了在此情况之下的夹卷速度参数化问题,以及风切变的作用。模拟结果表明,初始覆盖逆温改变了夹卷层的结构特征,使得夹卷层结构参数明显增大,风切变使这一效应略有增强,以往关于夹卷速度的参数化方案不再适用。分析研究表明,在有覆盖逆温的情况下,夹卷层结构参数是控制夹卷速度的关键因子,应该将夹卷层结构参数作为变量引入夹卷速度参数化方案,该方案能够很好地预报出受覆盖逆温影响的对流边界层的发展过程。 展开更多
关键词 对流边界层 大涡模拟 覆盖逆温 夹卷层结构参数 夹卷速度
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可压缩湍流边界层近壁区马蹄涡的演化 被引量:1
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作者 史万里 葛宁 +1 位作者 陈林 唐登斌 《空气动力学学报》 EI CSCD 北大核心 2011年第6期751-758,共8页
采用大涡模拟方法对可压缩槽道湍流进行了数值模拟。通过给定扰动波方法确定进口边界条件,很快得到了完全发展的湍流。利用动态亚格子模型、预处理技术以及高阶格式和方法,得到了精确的数值结果。计算得到的速度剖面和脉动分量与直接数... 采用大涡模拟方法对可压缩槽道湍流进行了数值模拟。通过给定扰动波方法确定进口边界条件,很快得到了完全发展的湍流。利用动态亚格子模型、预处理技术以及高阶格式和方法,得到了精确的数值结果。计算得到的速度剖面和脉动分量与直接数值模拟的解进行了对比,验证了计算结果的可靠性。结果清楚地展示了湍流场中马蹄涡的生成和演化过程,包括对称涡腿、单侧涡腿的马蹄涡结构,以及流场中存在由亚谐波引起的拟序结构的交错现象。分析了湍流边界层近壁区可能出现的复杂的马蹄涡结构,及其涡结构形状也不严格对称的现象。 展开更多
关键词 大涡模拟 马蹄涡 拟序结构 湍流边界层 动态亚格子模型
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地表非均匀加热影响对流边界层湍流特征的大涡模拟研究 被引量:4
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作者 殷雷 孙鉴泞 刘罡 《南京大学学报(自然科学版)》 CAS CSCD 北大核心 2011年第6期643-656,共14页
本文运用大涡模拟方法研究了地表非均匀加热对边界层湍流特征的影响.共进行五个算例的数值模拟,其中一个算例为地表均匀加热,四个非均匀算例的地表加热方式均采用"马赛克"分布,非均匀尺度分别为1.2km、2.5km、5.0km和10.0km,... 本文运用大涡模拟方法研究了地表非均匀加热对边界层湍流特征的影响.共进行五个算例的数值模拟,其中一个算例为地表均匀加热,四个非均匀算例的地表加热方式均采用"马赛克"分布,非均匀尺度分别为1.2km、2.5km、5.0km和10.0km,其平均地表热通量与地表均匀加热算例相同.模拟结果表明:地表非均匀加热激发出有组织湍流涡旋,非均匀尺度越大越有利于有组织湍流涡旋的维持;当非均匀尺度足够大时,边界层湍流能量明显增大,增大的原因在于水平湍流运动的显著增强;湍流温度方差随着非均匀尺度增大而增大,但该效应在边界层发展过程中逐渐减弱;地表非均匀加热造成热量垂直输送的水平分布不均匀,当边界层高度小于非均匀尺度时不均匀性贯穿整个边界层,当边界层高度大于非均匀尺度时这种不均匀性只存在于边界层的下部;非均匀尺度为1.2km的算例结果表明,地表非均匀加热在混合层中造成的扰动影响的水平范围不超过非均匀尺度的4倍. 展开更多
关键词 对流边界层 大涡模拟 非均匀尺度 湍流 有组织湍流涡旋
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基于LES模型的近地脉动风场数值模拟 被引量:11
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作者 朱伟亮 杨庆山 《工程力学》 EI CSCD 北大核心 2010年第9期17-21,共5页
符合近地脉动风场特性的LES脉动入口条件是准确模拟结构表面时变风压的必要条件。该文基于LES模型对平板湍流边界层进行模拟,采用周期边界条件实现脉动输入,并将顺压力梯度引入流体控制方程以维持湍流边界层的稳定。数值结果表明,采用... 符合近地脉动风场特性的LES脉动入口条件是准确模拟结构表面时变风压的必要条件。该文基于LES模型对平板湍流边界层进行模拟,采用周期边界条件实现脉动输入,并将顺压力梯度引入流体控制方程以维持湍流边界层的稳定。数值结果表明,采用周期边界条件可成功实现脉动输入,边界层在顺压力梯度下的自保持性良好,可满足工程需求。顺流向平均流速剖面以及湍流强度剖面均满足低湍流下的风场特性,数值结果可为我国B类地貌下抗风研究采用。 展开更多
关键词 结构工程 结构抗风 大涡模拟 湍流边界层 压力梯度 入流边界
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塔克拉玛干沙漠夏季晴空对流边界层大涡模拟 被引量:10
11
作者 王敏仲 徐洪雄 +2 位作者 王寅钧 买买提艾力.买买提依明 张建涛 《中国沙漠》 CSCD 北大核心 2018年第6期1275-1286,共12页
为了探索塔克拉玛干沙漠夏季晴空对流边界层湍流结构和热对流运动规律,利用沙漠腹地探空及地表通量观测资料,开展了晴空对流边界层的大涡模拟研究。结果表明:(1)沙漠夏季晴空条件下,对流边界层湍能主要由地表热力浮力对流产生,机械剪切... 为了探索塔克拉玛干沙漠夏季晴空对流边界层湍流结构和热对流运动规律,利用沙漠腹地探空及地表通量观测资料,开展了晴空对流边界层的大涡模拟研究。结果表明:(1)沙漠夏季晴空条件下,对流边界层湍能主要由地表热力浮力对流产生,机械剪切对边界层湍能的贡献较小,小尺度湍涡对湍能的耗散随高度呈减弱趋势,边界层湍能变化呈现间歇性特点。(2)沙漠夏季晴空边界层中存在着有组织的热对流泡现象,热泡最大上升速度可超过4.0 m·s-1;沙漠热对流运动一般呈羽状和网状分布特征,在上升运动区周围伴随有大片的下沉辐散区域。(3)地表感热和逆温层顶盖强度是控制和影响沙漠对流边界层发展的两个重要因素,感热增大,对流边界层变暖且高度升高;感热减小,对流边界层变冷且高度降低。在感热不变的条件下,逆温层顶盖强度越强,越不利于对流边界层发展,反之则相反。 展开更多
关键词 塔克拉玛干沙漠 晴空 对流边界层 大涡模拟 热对流泡 湍流动能
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