基于涡方法生成大涡模拟进口条件的数值计算

探索改进涡方法来生成大涡模拟的非定常进口条件.改进方法中,为了避免局部漩涡数量过多或者过少,采用密度分布方式放置漩涡场.并用Langevin方程控制漩涡运动,模拟实验方法中的蜂窝器,使改进后的涡方法生成的脉动速度场更加符合湍流的特征.在已知雷诺平均的流场结果下,利用涡方法产生漩涡场,进而生成能满足大涡模拟所需要的非定常进口流场.为了检验改进后的涡方法在生成脉动速度过程中的效果,在槽道中进行了对比数值试验,并借助于直接数值模拟数据做对比,对比分析槽道进出口的平均速度、涡量以及雷诺应力统计,证明改进后的涡方法在生成大涡模拟进口条件下是非常有效的.      

槽道湍流中应变率张量的拉格朗日时间自相关

已有的研究证实,在均匀各向同性湍流中速度梯度张量(VGT)演化的无量纲时间是当地Kolmogorov时间。本文使用大涡模拟的方法,计算了一个雷诺数7 000的槽道流场,以到壁面的无量纲距离的大小将流场分为不同区间,使用当地Kolmogorov时间对不同区间的应变率张量的拉格朗日时间自相关函数进行无量纲化。发现不同区间自相关函数的下降曲线不完全重合:在对数区中不同区间自相关函数的下降曲线基本重合,但在靠近壁面的黏性底层和过渡层中则无此现象。因此,当地Kolmogorov时间不是槽道中速度梯度张量演化的普适无量纲时间。     

聚合物槽道湍流的直接数值模拟

应用直接数值模拟方法研究了聚合物对槽道湍流的减阻特性.数值计算方法采用谱方法,时间积分采用二阶精度的时间分裂格式.应用FENE-P模型对聚合物槽道湍流进行定压降的直接数值模拟计算,揭示了聚合物湍流减阻的启动(onset)现象;应用O-B模型进行定流量的直接数值模拟计算,分析了其流动特征.计算结果表明:在低减阻形式中聚合物对湍流的影响主要发生在壁面区,而高减阻形式中聚合物对湍流的影响则遍及全流场.     

基于SAR卫星观测的北极冰涡时空分布特征

北冰洋复杂的寒、暖洋流交汇作用为涡旋的生成和发展提供了适宜的条件。在北极边缘冰区,上层浮冰示踪海洋涡旋,形成冰涡特征。冰涡通过垂直热量传输加速上层浮冰的消融,影响着边缘冰区的演变,间接调节全球气候。本文利用高空间分辨率的合成孔径雷达（SAR）卫星影像开展了北极冰涡检测识别与时空特征分析研究。基于SAR影像构建训练数据集,采用YOLOv7目标检测模型完成模型训练任务;对2022年北极冰涡影像进行检测识别,在此基础之上进行目视解译处理。基于目视解译结果开展冰涡特征分析。目视解译共确定3615个气旋型冰涡和1482个反气旋型冰涡,这些冰涡主要在7－11月生成,集中分布于格陵兰岛东部沿岸和格陵兰海中北部,冰涡的平均直径为21.2 km,平均海冰占比为41.76%。本文的冰涡检测识别和时空特征分析研究结果为北极地区海洋现象分析与气候研究提供了有价值的方法参考和遥感分析资料。     

二维微槽道电渗流的增强混合

微尺度流动中的混合一直是微流系统研制中的一个大问题,对壁面zeta势非均匀分布情况下的二维微槽道电渗流进行了数值分析,重点分析了这种情况下的微流动混合增强.基于电渗流的Helmholtz-Smoluchowski滑移速度模型,应用SIMPLE方法计算了4种滑移速度在整个壁面上的分布不均匀一致时的微槽道电渗流动的流场及被动标量在其中的混合.计算结果表明,滑移速度的非均匀一致导致微槽道电渗流中的流线发生剧烈的转折,从而使得微槽道流动的混合效率有很大的提高.流场中流线的转折越剧烈、转折的次数越多,微槽道流动混合效率的提高就越大.     

壁面展向匀速运动的槽道湍流的直接数值模拟

为了解展向存在匀速流动时湍流槽道流动的特性,应用直接数值模拟方法研究了壁面的展向运动对湍流槽道流动的影响.采用标准谱方法对固定质量流率条件下,上壁面展向运动速度分别等于零、流向流量平均速度以及两倍于流向流量平均速度等3种情况进行了直接数值模拟.结果表明,壁面的展向运动会导致表面摩擦力的增大,二阶湍流统计量诸如均方根速度脉动、雷诺剪切应力和均方根涡量脉动等都会随着壁面展向运动速度的增大而显著增长,同时,槽道截面上的均方根速度脉动也变得更均匀.      

GTEM小室放置被测物后的场分布

使用球坐标系下的FDTD和球坐标系下Mur型二阶吸收边界条件计算了 GTEM小室中放置被测物后的场分布，分析了被测物对GTEM小室中电磁场的扰动情况     

鸭翼展向吹气对发动机推力损失影响的评估

风洞实验结果表明鸭翼展向吹气能提高飞机大迎角升力,延缓机翼涡破裂,增大飞机失速迎角.但由于鸭翼展向吹气需从发动机引气,这势必对发动机推力和飞机的各项性能产生影响.采用动量定理和耗油率公式对从发动机引气造成的气流质量流量损失、发动机推力损失和对飞机总升力(引气造成的升力损失和鸭翼吹气获得的升力增量之和)的影响等方面进行了评估,并比较了机翼展向吹气与鸭翼展向吹气两种方式.结果表明,鸭翼展向吹气引气量少、推力损失小,对飞机大迎角机动性能有利,是一种可取的间接涡控制技术.      

旋翼涡尾流与下洗流场的计算方法

 以重点考察旋翼尖涡的运动为目标来构想一种悬停和前飞旋翼涡尾流的理论计算方法.首先从预定的广义尾流入手,并引入尖涡涡核作用的半经验修正,对旋翼的自由尾流进行计算分析.然后在环量收敛与尾迹收敛的条件下,计算拉力以满足拉力收敛准则.之后,作为本方法的工程应用,文中给出了计算的旋翼沿火箭发射线的下洗速度分布并作了简单分析.从理论上说,文中所发展的方法可以为进一步研究尖涡的生成模式与涡核结构所应用,同样也可以预测旋翼的涡诱导流场.     

双三角翼外翼前缘钝度对气动特性的影响

笔者对75°/60°双三角翼模型进行了水洞流态观测实验、低速风洞测压实验、空间流场测量实验,研究了双三角翼外翼前缘钝度对气动特性影响,包括对涡态的影响。这里发表的是第一期实验的初步结果。结果表明,外翼前缘钝化使内翼涡涡核推迟破裂,外翼前缘钝化主要影响双三角翼前缘折点后的后半翼上表面的C_p分布,特别是在涡发生破裂后,其影响较大。     

金星磁尾大尺度等离子体涡流

已有研究发现金星磁尾的太阳风氢离子(H⁺)和金星电离层氧离子(O⁺)存在大尺度涡流结构, 该涡流从磁尾望向星球是逆时针的. 为了确定该涡流的存在性, 利用金星快车等离子体和高能原子分析仪(Analyzer of Space Plasmas and Energetic Atoms on Venus, ASPERA-4)的Fedorov矫正数据, 分别在金星公转轨道坐标系(VSO)和太阳风电场坐标系(VSE)下对磁尾等离子体流进行了统计分析. 结果显示, 在VSO和VSE坐标系中都存在太阳风H⁺和金星O⁺的顺时针涡流结构. 但是从已有的研究结果看, 无论等离子体涡流是逆时针还是顺时针, 其产生的磁场都与已知磁尾磁场结构不相符; 考虑到金星和火星空间环境的相似性及火星磁尾太阳风H⁺并不存在完整等离子体涡流的情况, 认为金星磁尾可能并不存在大尺度等离子体涡流. 金星的等离子体特征需要未来更多卫星观测研究.     

木星磁场及磁场模型的对比分析

木星具有太阳系最强的行星磁场,是木星探测面临的基本环境。首先对磁场环境及其数学模型进行了调研,并在研究木星磁场模型以及磁场的数学原理的基础上,使用MATLAB数学工具实现了木星主磁场的计算,对VIP4、VIT4、O6和V1_17ev（eigenvector,特征向量）4个模型与磁测数据进行了对比及分析。研究结果表明这4个模型计算得到的磁场强度范围较为一致,但在全球磁场分布上存在差异,尤其是对磁南极位置的识别上,4个模型的结果都不相同;在对模型计算结果与探测数据的探讨分析中,发现4个模型与探测数据的符合较为一致,偏差均较小。可为木星探测的环境保障提供必要的理论基础和计算模型支撑。     

Multiple-site investigation of the properties of an HF radio channel and the ionosphere using Digital Radio Mondiale broadcasting

The Digital Radio Mondiale (DRM), one of the new digital radio broadcasting standards, has been designed to overcome typical short wave radio channel difficulties, such as the multipath propagation and fast temporal changes of the received signal level, both related to the properties of the ionosphere along the path of propagation. In particular, some of the RF carriers used in the applied COFDM transmission technique serve to estimate the current state of the radio channel to enable the proper demodulation of the received signal.We have been detecting such RF carriers on select frequency channels (standard DRM broadcast) using a network of recording stations located in different parts of Poland in order to collect data on the HF radio channel. We have been also evaluating the usefulness of this procedure in providing information on the current state of the ionosphere in the refraction region between the transmitter and receivers. When the DRM system becomes more widespread, this method can supplement data that comes from the ionosondes, since it does not require much financial resources and the receivers can be easily scattered over a large area. This paper presents a set of experimental data and its analysis.     

Effects of variations of geomagnetic field on VLF waves induced by beating of two HF waves

Beat wave (BW) high frequency (HF) ionospheric heating experiments were conducted to generate very low frequency (VLF) waves. The VLF waves were registered with a VLF receiver located ～15?km east of the European Incoherent Scatter (EISCAT) heating facility in Tromsø, Norway. A fluxgate magnetometer was used to monitor auroral electrojet current, and ionospheric conditions were measured using a Dynasonde. Correlation coefficients between VLF amplitudes and the deviation of geomagnetic north–south components were calculated. Experimental results show that strong and positive correlation exists the majority of the time, but sometimes no correlation or even a negative correlation occurred. This is consistent with similar past experiments that took place with exclusively AM generation. These results therefore support the conclusion that BW generation of VLF waves is no different than with AM, likely occurring in the D or lower E ionospheric region.     

带有平行电场的Alfven激波样结构——极光粒子加速机制

动力Ａｌｆｖｅｎ波在邓散和反演耗散作用下,非线性化成类似激波样的结构,它携带的平行电场为极光粒子加速提供了新机制,Ｆｒｅｊａ卫星观测到相似的孤立Ａｌｆｖｅｎ结构。