2008年4月24日行星际激波事件相关联的超热电子90°投掷角的增强

利用测试粒子数值模拟的方法研究了与STEREO-A卫星观测到的2008年4月24日行星际激波事件相关联的超热电子90°投掷角的增强.根据激波到达前给定时刻超热电子的观测分布,拟合得到不同投掷角的初始分布函数;在给定的激波参数下,采用时间向后的方法计算特定能道上激波下游超热电子的投掷角分布.由于超热电子具有较高的共振频率,模拟采用的磁场湍流谱包含了低能电子发生共振的耗散区.对以215.76,151.67,106.63,eV为中心的三个能道进行了模拟.结果表明,不同能道上超热电子在激波下游的投掷角分布均在90°投掷角附近出现峰值,呈现出明显的90°投掷角增强,这与观测结果符合得很好.可以认为在激波对电子的加速过程中,电子与湍流耗散区的共振对90°投掷角的增强具有重要作用.      

磁流体激波跃变条件的无量纲化

本文通过对磁流体激波跃变方程组的无量纲化处理,得到了有关磁流体激波跃变条件及其解析解的一种普遍化的最简形式;对斜激波、垂直激波、平行激波和气体动力学激波与磁流体力学激波的统一形式均给予了讨论.这些公式对理论研究和工程应用中的实际计算都很方便.      

行星际起伏场通过激波后的变化

本文采用磁流体平面斜激波模型探讨了行星际起伏场(包括磁场和等离子体速度)通过激波后的变化。得到的近似解析解表明:由本模型所得到的结果能较好地解释人们[1,2]对行星际、磁鞘层观测资料进行统计研究所得到的认识。      

磁流体斜激波的汇合

本文讨论磁流体快、慢激波的汇合作用规律,主要结论如下:(1)两个前向快激波汇合之后,形成一更强的前向快激波,尾随一前向慢稀疏波、一正接触间断(后侧密度大于前侧)、一后向慢激波和一后向快稀疏浚。(2)两个前向慢激波汇合之后,形成一更强的前向慢激波,尾随一正接触间断、一后向慢稀疏波和一后向快激波2在前向慢激波前方出现一前向快波,它或为稀疏浚(中、小激波角情况),或为激波(大激波角情况).(3)前向快激波会追上前向慢激波而发生汇合,之后互换位置且强度减弱,尾随一正接触间断和一后向稀疏波对。      

扩张型双喉道喷管的流动特性和起动方法

利用数值模拟方法,对二元扩张型双喉道喷管的流动特性和起动方法进行了研究.结果表明:扩张型双喉道喷管内会出现正激波系,产生了很大的总压损失,使第2喉道壅塞,喷管不能起动.在低落压比条件下,喉道注气可以形成大的分离区,使激波强度减弱、喷管可以起动;在大落压比条件下,喉道注气不能形成大的分离区,喷管不能起动.扩张段注气可以在喷管内形成大的分离区,使正激波转变成斜激波系,减小了总压损失,使第2喉道流通能力增强、喷管起动.      

磁流体斜激波的碰撞

讨论了磁流体斜激波之间的碰撞及其与接触间断的相互作用规律,主要结论如下:(1)两个快激波碰撞后交换位置,同时出现一接触间断和一慢稀疏波对。(2)两个慢激波碰撞后交换位置且强度减弱,同时出现一接触间断和一块激波对。(3)一前向快激波与一后向慢激波碰撞后交换位置,快激波强度增加,慢激波强度减弱,同时出现一后向快激波、一负接触间断和一前向慢稀疏波。(4)一前向快激波与一正(负)接触间断相互作用后交换位置,快激波减弱,同时出现一后向快稀疏波(快激波)、一后向慢激波和一前向慢激波(慢稀疏波).(5)一前向慢激波与一正(负)接触间断相互作用后交换位置,慢激波减弱,同时出现一后向慢稀疏波(慢激波)和一快稀疏波(快激波)对。      

行星际空间MHD模拟激波跃变关系分析

分析了模拟得到的可以传播到1AU以远的日地空间磁流体力学激波与Rankine-Hugnoniot跃变关系的符合程度．通过对模拟激波的结构及其在传播过程中的演化进行的分析，提出了模拟激波的定位方法；基于所提出的定位方法，利用向长青提出的确定MHD激波局地参数的方法计算了模拟得到的激波与Rankine-Hugnoniot跃变关系的偏差．结果表明在激波传播到100Rs以后，激波对中前向快激波与Rankine-Hugnoniot关系的符合达到很高的程度，相对误差在10^-2数量级以内；并且在激波传播到150 Rs以后，相对误差在10^-3数量级以内．这个结果说明文中所使用的有限差分数值格式能较好地模拟激波．     

用GAO-YONG湍流模型计算激波/边界层干扰

采用GAO-YONG可压缩湍流方程组,模拟了平板激波/湍流边界层干扰现象.运用SIMPLE算法求解方程组,并分别采用三阶精度的QUICK格式和中心格式离散对流项和扩散项.计算结果较好预测了入射斜激波在平直壁面引起湍流附面层分离的流动特征: 分离点的反射激波、分离包引起的膨胀扇以及再附点的反射激波.对流场的时均参数与实验值进行了比较,计算得到的壁面压力分布、摩阻系数分布和速度型与实验值比较吻合很好.结果表明GAO-YONG可压缩湍流方程组能够高精度模拟平板激波/湍流边界层干扰流动.      

准平行无碰撞激波的混合模拟

本文应用一维混合模拟方法数值研究了准平行无碰撞激波的结构.结果表明,激波上游的质子和准平行无碰撞激波相互作用后,有部分质子被激波反射,并向激波上游运动很长一段距离,从而激发起束流不稳定性,引起大振幅的共振右旋偏振的低频波动.这些波动在太阳风的带动下向激波下游运动,靠近激波后与激波合井,同时在激波的上游不断有新的波动产生.此过程能不断重复地进行.在平行无碰撞激波的情况下,在激波的下游还有大振幅的非共振右旋偏振的低频波动.激波上游的低频波动在向下游运动的过程中强度不断加强,最后超过原来激波的强度,形成新的激波.      

激波与边界层干扰中的分区特性研究

本文通过对一组后掠压缩角模型参数变化的实验研究,给出了由其引起的三维激波与湍流边界层干扰流场的总体结构,并按流动特性,进行区域划分。提出了干扰流场中上游影响柱形区和锥形区的概念,给出了确定柱形区/锥形区边界的准则,从而得到了后掠压缩角模型在M_∞=2.95时的干扰流场的柱形区/锥形区边界。最后分析了柱形区/锥形区边界的物理机理——这是后掠压缩角模型的无粘激波脱体现象对干扰流场中上游影响区特性的效应。     

高负荷跨音压气机转子的间隙效应

利用高频响动态压力传感器对一个具有2.2级压比的跨音压气机级(ATS-2)进行了转子叶尖间隙流场测试研究,获得了多个转速不同节流状态下的转子叶尖内壁面静压场.结果表明,100%转速时,除前缘贴体斜激波外,叶片通道内存在一道二次正激波,并在吸力面附近出现了一道较短的正激波.该波系随出口节流加深而向上游移动,并最终归并为前缘正激波,此时,级性能达到峰值效率.另外,比较了不同叶尖间隙机匣的总性能,结果表明,机匣结构和间隙的变化严重影响压气机级性能参数.     

行星际激波传播至1AU的渡越时间预测

考虑了激波爆发源角宽度、能量、驱动时间、激波速度及其与背景太阳风之间的相互作用,利用流体力学扰动方程建立起一个激波扰动传播模型,用于研究激波从太阳传播到地球轨道附近(1 AU处)所需要的时间(渡越时间)问题.为印证扰动传播模型的适用性,利用1979-1989年间的27个激波事件,以及1997年2月到2000年1月间的68个激波事件,对激波到达地球轨道附近的渡越时间进行了预测,并将结果与STOA和ISPM预报模型结果进行了比较.实验表明,该模型在所有95个事件中,渡越时间相对误差小于10%的事件数占总事件数的25.26%;相对误差小于20%的占总事件数的50.53%;相对误差小于30%的占总事件的65.26%.      

测定脉冲压力的方法

测量气体的脉冲压力时,广泛地采用了压电式传感器。应用这种传感器的主要困难是:不仅需要单独校准,还需要测量系统的时间特性稳定。为此,一般都采用能获得陡直压力前沿的激波管。但这种方法测量起来很复杂,而且,又有了一个如何确定激波压力增量值的问题,尤其在精确测量时更是如此。要计算激波压力就需要知道初始压力、声     

磁流体力学激波的特征速度

根据磁流体力学间断面的守恒条件与磁流体力学单波方程的相似性,引入了一个称为磁流体力学激波特征速度的物理量,它是激波在波前后两侧介质中传播速度的几何平均值,当激波很弱时,它趋近于磁流体力学波的速度。本文导出一组以此特征速度为强度参数的激波跃变公式,形式上与单波的公式组非常相像,从而简化了激波跃变量的计算。其中密度跃变公式本身解析地证明:磁流体力学激波与磁流体力学波传播速度之间的关系是由激波是压缩波这一特性直接决定的。      

一种确定模拟的行星际MHD激波局地参数的新方法

简要阐述了分析模拟的行星际磁流体力学（MHD）激波的局部性质时，采用无厚度局部平面激波这一假设的合理性，说明了在激波未扰动区域（激波上游），物理量在几个小时内的变化很小这一事实，利用平面激波的分析方法，提出了分析模拟的行星际MHD激波的新方法，包括激波位置的确定，上下游状态参数的选择，激波局部参数的计算以及激波的分类，最后应用这种方法对一个二维的MHD模拟结果进行了分析。结果证实了过去文献关于磁流体力学混合激波空间连接和时间演化的链式规则，而且说明位于太阳赤道附近的慢激波和中间激波最终会发展为快激波。     

激波风洞7°尖锥边界层转捩实验研究

高超声速边界层转捩对摩阻、传热等有重要影响，飞行器的研制迫切希望能精确预测和控制边界层转捩。在JF8A激波风洞中开展了7°半锥角的高超声速尖锥边界层转捩实验研究，利用响应频率达到1 MHz量级的高频压力传感器对尖锥壁面脉动压力进行了测量，并结合热流测量结果，研究了高超声速尖锥边界层中扰动波的发展过程。实验结果表明:JF8A激波风洞在雷诺数为6.4×106/m状态下核心流的自由流噪声为2.8%；高频脉动压力测量技术能清晰地捕捉转捩过程中的第二模态波及其发展历程，试验状态下模型的第二模态波频率范围为165~206 kHz。当前研究结果能够为高超声速数值方法验证提供数据支撑。      

黄道面内行星际激波相互碰撞作用过程研究—能量效应

本文用两维半MHD数值模型,数值模拟研究了两邻近扰动源所产生的激波在行星际空间黄道面内不同能量时的相互碰撞过程。在内边界(18R_s)两扰动中心的间距取为36°。结果表明:两弱激波(速度在500km/s左右以下)不会产生汇合,而是各自独立地传播;两中等强度激波(速度在1000km/s左右)将发生汇合,但在IAU尚可分辨;两强激波(速度在2000km/s以上)则在1AU以内已发生汇合,汇合后形成一个新激波,其磁场结构与单激波明显不同。激波能量越大,两激波汇合的越快。     

行星际结构与准平行无碰撞激波的相互作用

应用一维混合模拟方法数值研究了高密度等离子体团和行星际激波与准平行无碰撞激波的相互作用．结果表明，由于推平行无碰撞激波上游的大振幅低频波动的散射，除了在通过激波过渡区时稍有压缩外，等离子体团从激波的上游开始就一直是不断弥散的．行星际激波在向准平行无碰撞激波靠近的过程中，会在其上游产生大振幅的低频波动，同时行星际激波的强度不断增加，最后和准平行无碰撞激波会并成一个新的激波，在新激波前继续有大振幅的低频波动产生     

弓激波模型的对比

使用Cluster卫星的弓激波穿越数据，比较了Peredo弓激波模型、Merka弓激波模型、Chao弓激波模型和Lu弓激波模型在极端太阳风条件、偶极倾角较大和平静太阳风条件下的预测精度.结果表明:Peredo模型在极端太阳风条件和平静太阳风条件下的预测误差均较大；Merka模型在极端太阳风条件下的预测误差较大；Chao模型可以较为准确地描述平静太阳风条件下的弓激波位型，但不能准确描述偶极倾角较大时的弓激波位型；Lu模型可以同时准确描述极端太阳风条件和平静太阳风条件下的弓激波位型.      

多重激波的数值模拟研究

本文用一维混合粒子模拟Code研究了包括中间激波在内的多重激波.模拟了四种情形,可以分为两类:(1)由快激波和中间激波构成的两重激波,(2)快激波、中间激波和慢激波构成的三重激波.结果表明:多重激波是不稳定的,它趋向于发展成磁流体旋转间断和MHD波,左旋圆偏振波逐渐在上游区内发展起来.文章对导致多重激波不稳定性的可能原因进行了简单的讨论.