2021年11月7—9日辽宁省极端雨雪天气分析

选用常规气象观测资料、人工加密观测资料和NCEP/NCAR格点资料,对2021年11月7—9日辽宁省极端雨雪天气进行诊断分析。结果表明:东北冷涡和地面气旋为此次极端雨雪天气的主要影响系统,对流层中低层辐合、高层辐散以及强的冷暖气流交汇,是产生极端雨雪天气的主要原因;高低空急流耦合和高空辐散抽吸作用,配合东北冷涡动力抬升作用,暖湿低空急流沿冷垫爬升,进一步加强了上升运动。暖湿急流为此次极端雨雪天气提供了充沛的水汽条件,暖湿急流的增强对应水汽辐合作用增强,配合低层冷垫和东北冷涡的动力抬升作用,对降雪有明显增幅作用;地面辐合线沿地形分布,触发了此次极端强降雪天气。地形阻挡导致地面冷空气堆积形成冷垫,是极端降雪天气发生的重要原因。温度层结差异是鞍山、岫岩雨雪相态差异的主要原因。具有冻结层特征的低层冷垫,为鞍山极端暴雪提供了有利的温度层结条件;融化层厚度和地面温度是岫岩出现冻雨的关键因素。

岁星四纪——回望木星大气探测50年

木星是太阳系中最大的行星,也是自转速度最快的行星.作为一颗气态巨行星,木星没有海陆分布、复杂地形等因素的影响,是研究大气动力学的天然试验场.木星的大气成分、大气环流、内部结构特征等都具有重要的科学意义.1973年12月4日,先驱者10号飞掠木星,实现了人类第一次木星大气近距离探测.如今木星探测已经积累了50余年的经验,发射了10次木星任务:7次飞掠任务、伽利略号与朱诺号两次环绕任务、正在飞行途中的木星冰卫星探测任务.本文简要回顾了这10次探测任务及其取得的科学成果,重点关注木星的大气成分、波动和急流、大红斑、极地涡旋等方面取得的进展,并指出一些尚未解决的科学难题.我国计划于2030年左右发射天问四号,对木星系进行探测.回顾过去的木星探测任务,对于天问四号如何合理设计科学载荷、制定科学目标等具有一定的借鉴意义.

清远一次极端龙舟水的中尺度系统演变分析

利用多源观测数据和ERA5再分析资料,对2022年6月20到21日发生在清远的一次极端特大暴雨过程进行分析。结果表明:(1)该次强降水是在200 hPa分流辐散的背景下,由低涡切变配合其前侧西南急流缓慢东移经过清远造成的。(2)强降水发生前大气层结已处于极不稳定状态,低层来自孟加拉湾和南海的水汽不断在清远市上空辐合,为暴雨的发生提供充足的水汽条件和不稳定能量。(3)强降水的触发机制主要是前期广西降水造成的冷池与低空急流带来的暖湿气团形成的温度锋区和地面辐合线;地形的抬升作用和狭管效应,对降水起到增幅作用。(4)该次强降水主要有2个低质心的热带海洋型中尺度对流系统先后影响发生。

高频阵列式能量沉积对超燃燃烧室性能影响的数值研究

超声速来流具有较大的动量,致使横向射流受来流强压缩的影响难以具有较大的穿透深度,影响了射流在超燃燃烧室中的掺混效率。本文提出了利用能量沉积力、热扰动来辅助提升射流掺混效率的方法,并开展了数值模拟研究。通过求解带能量源项和化学反应源项的N-S方程,对比分析了施加在射流前和射流后的两种高频阵列式能量沉积分布方式对带凹腔的超燃燃烧室的影响。研究发现,能量沉积由于增大了射流诱导流向涡的尺度,可提升燃烧室乙烯燃料的掺混性能;能量沉积可提升燃烧室的燃烧效率,且分布在射流后方时燃烧效率较高,相比于基准工况提高了29%;能量沉积的加入略微降低了燃烧室总压恢复系数。

一次东北冷涡暴雨的成因分析

利用常规观测资料、MICAPS资料、NCEP/NCAR1°×1°逐6 h再分析资料,从热力动力条件、层结条件等方面,对2022年6月4—5日内蒙古东南部地区的一次东北冷涡暴雨过程进行诊断分析,得出产生暴雨的天气尺度和中尺度系统特征。结果表明:此次暴雨是由东北冷涡前部暖湿切变造成的,鄂霍次克海阻塞高压阻挡,使冷涡移动缓慢,冷涡系统影响时间长、降水量增大。暖湿空气在切变处强烈辐合,与高低空急流耦合产生的次级环流上升支重合,地面中尺度切变线为暴雨云团的发展与维持提供了有利条件。低层强辐合区与高层强辐散区重合,为暴雨产生提供了动力条件;低空偏南急流为暴雨提供了充沛的水汽条件,同时低层增温增湿使大气层结不稳定。

撞击流混合器微观混合性能的研究

撞击流混合器是一种新型的微观混合器,今研究了T型直流对撞(IS)、锥形对撞(CIS)、直流旋撞(VS)和二次旋流旋撞(TVS)四种结构的撞击流混合器的微观混合性能。然后以Villermauxu/Dushman快速平行竞争反应测定混合器的离集指数Xs,并考察了流体流速、流体流速比和混合器结构对离集指数的影响。混合器混合效果用离集指数来衡量,离集指数越小混合效果越好。结果表明:其余工艺条件相同的情况下,流体流速越大,离集指数Xs愈小;两股流体流速比越小,离集指数Xs愈小;喷嘴进口管道直径越小,离集指数Xs愈小。锥形的比直线形的、旋流比直接撞击流混合效果要好,而且旋流使物料在混合器中的停留时间延长;根据实验数据模拟计算,T形撞击流微混合器的微观混合时间在1 ms数量级;用Fluent 6.2.1商业软件模拟计算了混合器内的流场分布情况,发现模拟计算结果和实验结果基本吻合。

流向涡与涡轮叶栅二次流相互作用研究

研究有效的流动控制手段,降低涡轮内部二次损失,对于小展弦比涡轮的气动设计具有重要意义。利用涡发生器在叶栅入口前产生流向涡,通过试验和数值方法探讨这种基于旋涡相互作用的流动控制方法对涡轮平面叶栅二次流动的作用效果,并对不同流向涡情况做对比分析。结果表明:流向涡对涡轮叶栅内部流动会产生较为显著的影响,从而影响叶栅的性能,当所产生流向涡强度和位置较为合理时,有可能通过流向涡与二次流的相互作用达到较大幅度降低二次流损失的目的。

低涡与急流对“04.9”川东暴雨影响的分析与数值模拟

2004年9月3日～5日川东出现了大范围的强暴雨过程,本文分析了这次暴雨过程的云图特征和环流形势,并利用MM5中尺度数值模式对本次暴雨进行了二重嵌套模拟,分析及模拟结果表明,本次降水过程与中尺度云团、高低空急流和对流层中低层涡旋活动密切相关,同时还与副热带高压活动和'桑达'台风活动相关.盆地涡出现在低空急流的左侧,而川东强降水发生在高空急流的南面、低涡东南侧与西南低空急流大风出口区之间.盆地正涡度维持有利于盆地上空垂直上升运动的发展和维持,对暴雨的发生提供了动力条件.垂直上升运动是高低空急流和盆地涡联系的纽带,也是盆地涡动力驱动的结果.分析结果还表明,西南低空急流在暴雨出现前建立,暴雨和盆地涡同时出现,而暴雨、低空急流和盆地涡几乎同时减弱.高空急流在过程前和过程中是逐步加大,当高空急流出现剧减时,预示暴雨即将结束.

梅雨暴雨中高低空急流与西南涡的活动

利用MM5中尺度模式对1991年7月5日00时—6日12时的降水进行了数值模拟。通过对每3 h一次模拟结果的诊断分析,发现高空急流的走向与西南涡的活动关系密切,当我国东部位于西北风急流时,西南低涡稳定少动;位于西风急流时,西南涡快速东移;位于西南风急流时,西南涡加强,移速减慢。暴雨活动与西南涡的东移一致。最初暴雨区稳定少动,之后暴雨区快速东移,后期暴雨区缓慢移动。湿位涡对西南涡的斜压性加大有重要的贡献。在西南涡斜压性未建立之前以及冷锋附近,雨区可位于低层西南风急流左侧的任何位置,当低涡的斜压性加大,出现暖空气的作用时,暴雨区均出现在西南风急流的左前方。

两种超声速燃烧室内氢气燃烧的三维数值研究

通过隐式耦合求解可压缩N-S方程及组分方程,对台阶喷射燃烧室和支杆喷射燃烧室内的流场进行了三维数值研究.研究结果表明,支杆喷射燃烧室喷入氢气,在整个流道内产生的流向涡和横向涡更加强烈,更加能够促进氢气和空气在流向的对流掺混和扩散掺混效果,从而使得燃烧室内的掺混距离缩短;同时,这两个超声速燃烧室内的凹槽结构能起到增强掺混和稳定火焰的作用,使燃烧室后部燃烧区域增大.

抑制叶顶间隙泄漏的叶轮机械叶片的流场模拟

根据叶顶间隙流对叶轮机械的性能有重要影响这一特性,设计了一种叶片。该叶片顶部带有"燕尾冠",在叶顶的压力侧和吸力侧都形成"倒钩"。通过对带有"燕尾冠"的叶片和一般的叶片的流场进行数值模拟,在同等条件下比较两者之间压气机的总体性能、流场特性以及叶顶间隙的泄漏量的区别,得到优化设计后的"燕尾冠"叶片能较好的保持住叶片表面的压力,削弱了叶顶间隙泄漏涡的产生和减少了通过叶顶间隙的泄漏量。数据结论为改进和提高叶轮机械的运转性能提供参考依据。

超声速燃烧室内氢气燃烧的三维数值研究

通过隐式耦合求解可压缩N-S方程及组分方程,对氢气的超声速燃烧进行三维数值模拟,对燃烧室内的冷热态流场,以及氢气喷射压力对燃烧的影响进行了系统分析和研究.研究表明,燃烧放热以及氢气喷射压力提高都会导致燃烧室内波系结构变化,沿周向的流向涡增强,压缩波和膨胀波与氢气核心区的相互作用增强,促进氢气和空气的掺混,更利于氢气的燃烧.

2021年4月陕西一次极端暴雨过程的成因诊断

2021年4月23日陕西东南部出现了大范围暴雨天气,共有18站日降雨量超过4月日雨量极值,较为罕见。利用常规高空、地面观测资料及ERA5再分析资料(0.25°×0.25°)对该暴雨过程成因及极端性进行诊断,结果表明:500 hPa高原槽前强西南气流带来的正涡度平流有利于低空急流的增强以及低涡的发展和维持。该过程有两支强水汽输送带,一支为偏南风水汽输送带,另一支为热带气旋外围的偏东风水汽输送带,700 hPa切变线以及850 hPa西南低涡给陕南带来显著的水汽辐合,持续充沛的水汽供应及辐合使得强降雨维持较长时间,从而形成暴雨。探空上有明显锋面逆温,锋区由南向北呈倾斜结构,锋生主要由辐合项和水平变形项贡献,其中水平变形项以伸缩变性项为主。西南暖湿气流沿着低层冷垫爬升,中低层大气的风速、风向切变以及锋生造成强烈水汽辐合上升,同时偏南急流沿着秦岭和大巴山迎风坡的强迫抬升进一步增强了降水。标准化异常(SD)诊断显示,700 hPa、850 hPa超过3σ的异常偏强偏南风水汽输送以及850 hPa超过3σ异常偏强的偏东风水汽输送,造成陕西整层水汽含量异常偏大,同时由于中层辐合加上锋生造成的垂直环流,使得陕西东南部上升运动较气候态异常偏强3σ,造成4月份陕西极端暴雨过程。

MATLAB语言在计算流体力学中的简单应用

本文通过编程计算阀腔内部的涡量、流函数及速度的分布,阐述MATLAB语言在计算流体力学中的的应用。

涡量—流函数法模拟不同高宽比和角度的腔内自然对流

采用涡量—流函数方程,对FLUENT软件进行二次开发,对重力作用下封闭空腔内的二维自然对流换热流场、温度场进行了数值模拟。对非正方形的矩形空腔内的自然对流换热进行了数值计算,结果表明不同的高宽比例对自然对流换热有很大的影响;该文还对Ra=104时放置不同角度的封闭腔进行了数值计算,揭示了重力作用下不同角度时的自然对流换热变化,发现在某一倾斜角度时(θ=45°左右),平均换热系数Numean存在极大值。

微射流作动器出囗流场数值分析

本文简要介绍了微射流作动器的工作原理及结构形状 ,应用涡量 流函数法对二维、粘性、非定常、不可压微射流流场进行了数值分析。针对微射流形成的特点 ,构造了一种微射流作动器出囗处周期性变化的吸 /排气速度边界条件。计算结果与已有的实验和理论分析结果进行了比较 ,证明了该方法的可行性。数值分析结果表明虽然微射流的净质量流率为零 ,但其动量流率却不为零 ;由于微射流作动器出口处速度的交替变化 。

与东北冷涡相伴的高空急流诱发平流层重力波的数值模拟研究

使用中尺度数值模式WRF-ARW,针对2010年6月发生在中国东北地区一例伴随对流层高空西风急流（位于～9 km高度）演变过程出现的平流层重力波活动特征开展了数值模拟.事件发生期间,对流层区域环流处在一个东北冷涡系统的控制之下.模拟结果再现了该东北冷涡的发展和维持过程,以及与之相伴的高空急流的特征.模拟结果揭示出在急流区域上空的平流层中存在显著重力波活动现象.分析结果显示,重力波活动与急流存在紧密联系,在水平方向上,重力波呈显著的二维结构,出现在急流出口区上部并逆背景流向西传播.功率谱分析结果表明盛行波动具有～700 km水平尺度、9～12 h时间尺度以及4～5 km垂直波长.由于急流的存在,造成其与平流层中下部之间存在显著的水平风速垂直切变,与切变相伴的耗散使得上传的重力波动量通量数值随着高度升高而递减.同时,在18～20 km高度间出现的西风-东风转换带极大地抑制了波动在垂直方向的传播,形成显著动量通量沉积效应.估算结果表明,在11～20 km高度之间,这种效应的整体作用相当于对该层背景流施加强度为0.86 m·s-1·day-1的动力阻曳.

南亚高压与华北夏季降水的关系

利用1958—1997年40年华北地区逐月降水资料与南亚高压的特征参数进行比较,分别检验了同一年6月南亚高压中心经度和前一年6月高压中心强度与华北夏季降水的相关性。从100hPa流场形势、低层到高层速度势和流函数的上下配置、辐合辐散风场以及涡旋风场的高低空配置等不同方面讨论了南亚高压对华北夏季降水的影响机制。结果表明,如果当年6月南亚高压的位置偏西,华北夏季降水就有可能增加。

双柱振动诱导定常整流旋涡流动的实验研究

本文用流动显示实验研究圆形静止不可压缩粘性流体域内以圆心对称布置的双柱作同频同相小振幅振动时诱导的 Ｓｔｏｋｅｓ 层外的定常整流旋涡流动。实验表明，串列双柱当柱间距足够大时整流流谱呈八涡结构，当间距很小或为零时呈四涡结构。双柱的斜置有利于整流旋涡的合并。当柱间距接近至一定范围时，整流流动呈三维特征。振幅的减小和频率的降低使流动易出现三维现象。

非线性气体振荡整流效应对翼尖涡的影响

以圆管内气体的非线性振荡理论和实验研究成果为基础 ,利用开口圆管中气体非线性振荡的整流效应 ,通过翼面开缝以及翼尖开口引入气体振荡 ,主要进行翼尖涡控制的实验研究。实验结果表明 ,翼面开缝和翼尖开口引入气体振荡在大迎角时对提高升力系数、增大机翼的稳定性有一定作用。同时 ,翼尖开口引入气体振荡能较好改善翼尖涡的位置和强度。对比翼面开缝以及无气体激振状态 ,翼尖涡在翼尖气体振荡条件下向翼尖外部移动了近 3/4个弦长 ,向上翼面方向移动了近