一次强对流天气过程伴随云场的数值模拟研究

本文利用中尺度数值预报模式MM5对2005年6月25—26日的一次由中尺度对流系统（MCS）引起的暴雨过程进行数值模拟研究，分析表明：MM5很好地模拟了此次MCS过程及伴随的云物理过程。地面强降水中心位置与云水含量高值中心相吻合，云场的分布及移动与地面降水分布一致：雨水含量高值区的分布与其上空的云水含量分布相似，高值中心的出现与云水向雨水转化的时间一致；云水向雨水的转化，加大了低层的雨水含量，对降水的组织和维持有重要作用。     

2005年5月3目一次雷暴和特大暴雨过程分析

2005年5月3日，重庆地区出现了大范围的雷暴、暴雨天气过程。本文利用常规气象资料，结合FY-2云图，雷达资料和T213数值预报产品对此过程进行分析。为预报强对流天气拓展新的思路和方法积累经验。     

一种强螺旋流现场的数值试验研究

螺旋流一般通过切向进流、安装导流片或旋转管道三种方式产生，但Horii等人通过实验发现有三种装置也产生了非常稳定的螺旋流。本文利用数值模拟对其中的一种螺旋流形成过程与机制进行了研究，计算结果证实了双涡结构向单涡结构演化现象并揭示了收缩管道的优点以及不同倾向进流的区别。在数值模拟时本文分别选取了线性、二及三阶涡粘性涡流模式，但数值实验表明线性与二阶模式的计算结果差别不大，说晨在数值模拟湍流螺旋流时二阶涡粘性模式作用不大。而三阶模式则表现出具有预测对称性进流向非对称结构转化的能力。     

黄花机场5．14雷雨的卫星云图与雷达回波分析

利用GMS-5卫星红外云图云顶亮温资料TB和多普勒雷达资料，对2003年5月14日黄花机场的一次雷雨天气过程进行了分析。结果表明：卫星云图上云顶亮温TB=-32℃是对流开始发生的阈值温度；雷达回波图上对流性降水开始发生的阈值是：基本反射率强度20—25dBz，回波顶高达6—8km；卫星云图和雷达回波图上，云顶亮温越低、基本反射率越强、回波顶高越高，其产生的降水也越强。     

湿位涡在强降水成因分析中的应用

本文应用湿位涡理论，对2004年5月10日至11日贵阳机场的一次强对流天气过程进行诊断分析，揭示了天气系统中正压性和斜压性对降水的作用。结果表明：θe面陡立且南侧暖湿气流活跃，易导致湿斜压涡度发展，形成目。陡峭密集区，密集区内暴雨容易发生。对流层高层及平流层高位势涡度下传有利于位势不稳定能量的释放，从而造成强对流天气，对流层低层湿正压项负值区的移动反映了强对流过程位势不稳定能量的释放过程，湿斜压项的高值中心区与暴雨的落区相一致，为暴雨强度和落区的预报提供了一定的参考。     

弯曲管道内湍流流动的数值模拟

为了对弯曲管道内的湍流流动特性进行有效的预测，用显示代数应力模式对－典型的弯曲管道内流动进行了数值模拟和分析，计算结果表明：（1）显式代数应力模式能对弯曲管道内流动的平均量（如速度、压力、摩阻等）进行较为准确的预测；（2）对模式中的ε方程做适当修正后，该模式能较好地模拟出流动曲率效尖对湍流特性的影响，是对雷诺应力模式的一个比较好的近似。此外，该模式在形式上与标准k－ε两方程模式类似，使用方便，具有较强的工程实用价值。     

WAFS数值产品在上海地区2006-7—23暴雨中的释用

本文利用世界区域预报WAFS系统（以下简称WAFS）数值预报产品，结合暴雨天气形势概念模式和WAFS夏季暴雨预报释用模式，对上海地区2006—7—23大暴雨天气过程进行诊断分析。     

数值模式诊断量在航空运行决策中的应用

航空运输受灾害天气影响严重,引入数值预报模式进行天气诊断分析,可提高气象信息的准确性和实用性,对航空公司采取及时、有效的运行控制决策有重要的实际意义。以发生在北京地区的一次特大暴雨天气为例进行研究,利用新一代中尺度WRF模式对当时北京区域的大气状态进行了数值模拟,对模拟结果分别从能见度、抬升凝结高度、低云碎片量、理查逊数(Ri)等方面进行诊断分析,发现诊断结果与实际探测数据有很好的一致性,因此可利用数值模式为航空器起降及巡航阶段提供气象信息保障,为航空管制人员提供更快捷、有效的气象信息,提高运行决策的效率。     

LRE模型燃烧室燃烧过程数值模拟

建立了任意斜交曲线坐标系下液体火箭发动机（ＬＲＥ）内部工作过程的气液两相湍流化学反应流模型。应用该模型对气氢液氧模型燃烧室内部燃烧过程进行了数值模拟，得到了全流场的速度分布图形、燃气组分等值线、流场等温线、流场等压线、流场等马赫数线、壁面温度与径向平均温度曲线和燃烧效率曲线。计算结果表明：用数值模拟方法分析ＬＲＥ内部工作过程是可行的。     

轴流压气机孤立转子内流场数值模拟

针对跨声速轴流压气机转子叶排中的流动，利用高分辨率的三阶NND格式和LU-SGS隐式推进迭代法，建立了孤立转子内三维N-S方程的高分辨率和高效率的数值分析程序。用该程序分别计算了NASA-37跨声速转子，计算结果表明：所建立的孤立转子程序能够较好的模拟轴流压气机叶排内流动情况。数值分析结果与实验吻合较好，从而证明了该程序的有效性。     

MCS和MCC强降水的多普勒雷达回波分析

利用多普勒天气雷达产品结合其他气象资料，对2004年6月22—24日湘西北地区由MCS（Mesoscale Convective systems）、MCC（Mesoscale Convective Complex）引起的暴雨、大暴雨的回波特征进行了较为细致的分析，结果表明：MCS、MCC所造成的大范围暴雨、大暴雨的基本反射率回波强度一般为30-50dBZ，而且长时问维持在同一地区；在基本速度图上，暴雨、大暴雨区往往与大速度区相对应，有的地方还存在“逆风区”，它可以作为暴雨预报的一个判据。     

机匣包容性破坏势能法的试验验证

为了验证航空发动机机匣包容性破坏势能法，本文完成了20次模型机匣包容性冲击试验，得到了模型叶片撞击模型机匣时的速度、应变响应和模型叶片撞击模型机匣过程的高速摄影照片。试验结果表明，该模型机匣的非包容失效模式主要是剪切破坏。本文还采用数值分析方法对机匣包容性进行了模拟，计算结果与试验结果吻合良好。     

激光光船周围连续/稀薄混合流场的数值模拟

当火箭模式激光推进器在高空稀薄大气中飞行时,需要在激光聚焦区附近喷射稠密气体工质,从而利用激光聚焦击穿气体工质形成等离子体,为光船提供推力。为了分析该光船的推力产生过程,采用连续流体力学计算方法(CFD)和直接数值模拟蒙特卡洛方法(DSMC)耦合的混合算法,数值模拟飞行高度为80 km飞行马赫数为5的激光光船周围高温连续气体和稀薄环境大气耦合的非定常混合流场,并得到推力随时间的演化曲线。结果表明,稀薄效应明显增加了激波厚度,高温效应延迟了推力的产生,并导致冲量耦合系数和比冲的降低。     

板料两道次拉深成形数值模拟方法研究

数值模拟在钣金多道次拉深成形工艺、模具的优化设计和提高模具的研发能力方面具有重大意义。目前研究者已经提出了多道次拉深数值模拟的一般步骤,但是仍有许多待解决的问题。综合考虑了影响数值模拟准确性的两个重要因素,介绍了多道次拉深数值模拟的简化步骤。结果表明：用此方法,成功有效完成了两道次拉深工艺的数值模拟。     

旋转开槽圆筒式阵风发生器流场特性数值模拟

在OpenFOAM开源代码框架下开发求解器,对旋转开槽圆筒式阵风发生器的动态等效升力系数进行数值模拟,与试验结果吻合较好,验证了求解器的正确性。在此基础上,对该型阵风发生器的下游流场扰动风速进行了数值模拟和流场分析,分析了开槽圆筒旋转方向、下游流场位置、减缩频率等因素对下游流场扰动阵风的影响规律。结果表明,开槽圆筒的旋转方向对中心线上下两侧流场产生不同影响,对中心线附近的流场干扰较大。阵风幅值的变化与减缩频率有关,当减缩频率值在0.2～0.25之间时,产生阵风的正弦特性最佳。该数值模拟的结果对阵风发生器试验装置的设计具有一定的指导意义。     

应用于翼型绕流的线性/非线性湍流模式的研究

本文选取了四个线性湍流模式、四个非线性涡粘性湍流模式和一个显式代数应力模式对绕翼型的不可压缩分离流动进行了数值模拟.因计算鲁棒性的需要,其中部分模式在壁面附近耦合了一方程模式.通过与实验结果的比较,对翼型在大攻角情况下流动产生分离的气动特性进行了评估.计算结果表明,非线性模式能够较好地反映湍流的各向异性和曲率影响.     

洁净室流场大涡模拟

应用湍流大涡模拟方法对矢流洁净室和全顶棚送风下部两侧回风式洁净室进行了数值模拟。计算中使用了隐含流线抑风耗散作用的具有三阶部分展开的Taylor-Galerkin离散格式，导出了经Gauss滤波后的基本方程组的有限元列式，应用涡粘性亚格子模式的湍流大涡模拟方法进行数值模拟。数值计算结果与实验结果符合较好，表明湍流大涡模拟能够较准确地捕捉到洁净室流场中旋涡的位置和尺度，在洁净室的数值仿真方面，与标准的K－ε湍流模式相比，湍流大涡模拟结果具有较高的可靠性。     

燃气轮机燃烧室燃烧气体燃料的数值模拟

采用数值模拟方法对燃气轮机环形燃烧室燃烧天然气、中低热值燃料进行燃烧性能的数值分析。根据该燃机的结构特点建立了包括扩压器、机匣等部件计算几何模型;计算中采用SIM-PLE算法,可实现k-ε双方程湍流模型,六通量辐射模型、非绝热概率密度函数（PDF）燃烧模型及热力型NO模型对其进行燃烧数值模拟,分析了燃气轮机环形燃烧室燃烧3种燃料性能。计算结果表明：该燃机燃烧天然气、中热值燃料燃烧性能均能达到设计状态,而燃烧低热值燃料燃烧室出口温度较低,表明燃烧过程的数值模拟可为进一步优化燃烧室的结构,改善流场结构提供有用的设计依据,适合于工程应用。     

贫燃料湍流预混燃烧火焰稳定性的数值研究

对突扩燃烧室内甲烷-空气预混燃烧进行了数值模拟,时均控制方程组的封闭采用RNG 湍流输运模型和premixed combustion模型.通过模拟研究了不同当量比及进口速度对甲烷-空气预混燃烧效果的影响.CFD数值模拟结果给出了燃烧室内湍流预混反应流的速度场及温度场分布.模拟结果表明当量比为0.6、进口速度为30 m/s时燃烧室内产生稳定预混火焰.该结果对于航空燃气轮机低NOx排放燃烧技术的研究提供了一定的参考条件.     

一次蒙古气旋产生的扬沙沙尘暴天气诊断分析和数值模拟

2001年3月21日，我国的内蒙古，华北大部分地区出现了扬沙甚至沙尘暴天气，本文通过物理量场的诊断分析，得出这次大范围的扬沙沙尘暴天气是由于蒙古气旋的形成和加强，在干旱的土壤和大风以及深厚而充分混合的边界层共同作用下产生的，这次天气过程的特点是来势汹猛，影响范围大，本文通过数值预报模式模拟了这次蒙古气旋的形成和移动的过程。