台湾海域海面粗糙度及曳力系数的研究

利用福建沿海海域南日岛、金门岛与广东南澳岛的近海面气象、水文观测资料及台湾海峡西南部与南部的浮标观测资料,通过COARE(Coupled-Ocean Atmosphere Response Experiment)算法(V3.0),计算了台湾海域近海面空气动力粗糙度、曳力系数及海气表面动量通量,并研究它们关于水平风速的分布规律。结果得出:摩擦速度与10m风速基本上呈线性分布,线性拟合系数在0.042～0.045之间。曳力系数对10m风速的线性分布与过去研究结果相近,线性拟合系数在0.064～0.067之间。海面空气动力粗糙度对10m风速的线性拟合系数在0.053～0.058之间。海面动量通量与10m风速呈明显的二次关系,其线性与非线性拟合系数对于进一步了解台海地区大气湍流结构,建立和完善台海地区数值预报模式可提供重要的参数依据。     

利用大涡模拟分析地表加热和动力作用对边界层结构的影响

大气边界层结构影响地气间物质能量交换、污染物扩散及人类健康。边界层结构受地表加热和动力作用影响显著,但实际观测中难以分离每种因素的影响,造成边界层结构和大气湍流参数化的困难。为此,利用中尺度天气模式WRF中的大涡模块WRF-LES,设置控制试验（Test1）,地表热通量试验（Test2）、低层风切变试验（Test3）、地表粗糙度试验（Test4）及同时改变上述变量的试验（Test5）,研究地表加热、低层风切变和地表粗糙度对平坦下垫面条件下的边界层结构的影响。模拟结果表明：（1）地表加热增强5倍使边界层升温,对流增强,夹卷层厚度增加120.8%,全边界层湍流动能增加45.7%,热力和动力边界层高度分别增大28.3%和29.9%。强烈的垂直混合作用有利于动量向下传递,使风速在边界层低层增大、中上层减小。（2）低层风切变增大0.5倍,使得热力和动力边界层高度分别增大11.9%和降低6%,夹卷层厚度增大31.2%,全边界层湍流动能增大25.7%。（3）粗糙度增加4倍,对湍流动能的影响主要集中在低层,动力边界层高度变化较小,但摩擦损耗作用使动力边界层内风速减小;同时,增加了边界层顶附近的夹卷作用...     

覆冰粗糙度对翼型气动特性影响的数值研究

寒冷地区风力发电机运行时叶片极易结冰,结冰改变了叶片形貌,从而影响了叶片的气动性能。为更好地研究分析风力机结冰叶片翼型表面覆冰粗糙度对其气动性能的影响规律,采用计算流体力学方法,对比研究了对称型(NACA-0012)及非对称型(NACA-23012)两种翼型在相同结冰条件和不同覆冰粗糙度参数下的气动特性。结果表明, NACA0012及NACA23012两种翼型前缘生成霜冰时,覆冰粗糙度对两种结冰翼型气动性能均有显著影响;当两种翼型前缘生成角状冰时,NACA23012结冰翼型气动性能受不同覆冰粗糙度的影响较小,仅仅增加翼型后缘分离涡宽度,对NACA0012结冰翼型影响较大,使其失速攻角延迟。此外,当翼型前缘生成霜冰时, NACA23012霜冰翼型阻力系数增长速度高于NACA0012结冰翼型。     

冲击作用下花岗岩的Ⅰ型裂纹形态及断面粗糙度研究

岩体工程中岩石常因动载作用产生断裂，研究岩石在冲击荷载下Ⅰ型裂纹的响应规律，采用分离式霍普金森压杆试验系统开展了侧开单裂纹三角形(single cleavage triangle，简称SCT)花岗岩试样的动态冲击断裂试验。采用Hough变换方法实现了表面裂纹形态长度及角度分布的定量描述，分析了表面裂纹形态与试样吸收能量的关系；并利用三维表面形貌仪获取了断面的三维点云数据，提出了基于拟合曲面阈值检测的断面重构方法，有效解决了断面三维点云数据误差点出现导致的误差问题；讨论了断面粗糙度与试件吸收能量间的关系。结果表明：随着吸收能量的增大，裂纹长度的指数分布λ值有增大的趋势；裂纹角度的分布较为平均，水平方向上的裂纹相对较少，试件能量耗散较低时，裂纹具有明显的方向性，能量耗散较高时，裂纹的弯曲程度更高且贯通性较好；断面重构方法在x、y方向点数的0.03～0.08，阈值为0.25时能够较好的完成断面处理，试件A、B断面的粗糙度统计参数随能量耗散的增大呈下降趋势。