挟雨风对高速列车气动特性及运行稳定性影响的数值模拟

基于欧拉双流体模型,运用商用CFD软件FLUENT,对挟雨风条件下高速列车的气动特性和运行稳定性进行了三维模拟研究。分析了不同横摆角和暴雨强度下气动力和倾覆力矩的变化特征,并与无降雨条件下的相应结果进行比较。结果表明：受降雨影响,列车受到的阻力、侧向力和倾覆力矩均增大,列车气动性能损耗增加,运行稳定性降低。在模拟的降雨强度和横摆角条件下,阻力系数将提高1.8%~38.6%,侧向力系数提高0.1%~9.16%,导致列车的能耗增加;倾覆力矩系数提高1.8%~10.0%,意味着与净侧风相比,挟雨风进一步降低了列车的运行稳定性。     

塔克拉玛干沙漠荒漠过渡带春季风沙活动特征——以肖塘为例

 通过对沙尘暴强化观测试验期间风速、跃移颗粒数、输沙量等资料的统计与计算,对塔克拉玛干沙漠北缘荒漠过渡带肖塘地区春季风沙活动进行了研究。结果表明,肖塘地区春季2 m高度1 s时距的起沙风速为4.9～5.0 m·s-1,1 min时距的起沙风速为4.4 m·s-1;起沙风速随着风速等级的增加,出现的频率相应减少,主要集中在4.4～8.4 m·s-1 之间;输沙势、输沙量的方位分布与起沙风相似,以ENE、E和ESE 3个方位为主,观测期间（1个月）总输沙势为80.8 VU,合成输沙势为13.7 VU,合成输沙势方向为241°;最大可能输沙总量为1 921.8 kg·m-1,合成输沙量为286.8 kg·m-1,合成输沙方向为235°,与输沙势的合成方向一致。     

铁路挡风墙挡风效果和积沙情况分析

对我国"百里风区"铁路沿线的已有挡风墙在受强侧风作用时避免行进列车倾覆方面的有效性以及挡风墙沿线所存在的积沙问题进行了定量分析,在此基础上,给出了列车车速和挡风墙高度对导致运行列车的某一节车厢倾覆的临界倾覆风速影响的规律以及对沙粒沉积的影响.结果表明.列车运行速度和挡风墙高度对车厢的临界倾覆风速有明显影响,目前在"百里...     

基于CFD技术的河谷型城市风环境模拟——以兰州市城关区为例

本文应用CFD软件对多种流场的强大模拟功能,模拟小尺度的兰州市城关区风环境。选用SRTM资料表征兰州市城关区的地形,应用ArcGIS生成兰州市地形模型,计算相关参数,将计算得到的地形粗糙度和兰州多年气候资料转化为CFD模型的数字参数及模拟边界条件等,首次模拟得到河谷型地区兰州城关区的风环境。结果表明:（1）河谷型地区中,气流过山时风速达最大值,依山体高度增大,而在背风坡风速值明显降低,达到0～1 m·s-1;（2）气流过境时在沿河谷前进,且在谷底风速值达0～1 m·s-1;（3）在模拟城市热岛效应的对比实验中,地块加热对气流过境有停滞作用。     

可移动式环境风洞气动特性测试与评价

对中国科学院新疆生态与地理研究所新建的可移动式环境风洞进行了流场测试,分析评价该风洞气动特性,期望对今后的风洞实验开展有所指导。本实验在室内进行,在空洞条件下,用皮托管测量不同风速下（7 m·s-1,12 m·s-1,16 m·s-1）实验段截面风速分布沿流向的变化,测试内容包括风洞实验段的气流稳定性、横向均匀性、紊流度、边界层厚度的分布规律,并与其他环境风洞相比较。结果显示,该风洞气流稳定性系数小于1%,横向不均匀度小于2.5%,紊流度在1%左右,底板边界层和侧壁边界层分别为15 cm和10 cm,表明该风洞使用效果良好,设计合理。     

塔中一次雷暴降水天气过程边界层风场变化特征

雷达资料可以直观地显示雷暴降水过程随时间变化风场的垂直结构以及各高度层风向风速随时间变化特征,能较好地监测到低空急流以及降水粒子的垂直速度。利用风廓线雷达探测资料对2010年7月12日塔中一次雷暴降水过程中的边界层三维风场进行分析研究。结果表明：雷暴降水过程低层风速增大,高层风速减小;上空存在低空急流,平均风速达17.1 m·s-1;雷暴时段,下沉气流垂直速度3.0 m·s-1左右;降水时段,降水粒子平均下沉速度5.1 m·s-1。     

察尔汗盐湖雅丹地貌区风况分析

输沙势（DP）是风沙地貌研究中使用的一个重要参数,但是在风蚀地貌,如雅丹地貌研究中,鲜有使用者。本文利用建立在察尔汗盐湖雅丹地貌区的自动气象观测仪所记录的风速数据,分析了雅丹地貌区的风速、风向及输沙势变化特征。结果表明:该区起沙风的月平均风速在6.2～7.4 m·s-1之间波动,月最大风速变化范围为9.9～15.0 m·s-1。起沙风主要发生于春、夏两季,发生频率分别为39.63%、31.45%。起沙风风向以WNW、W为主,分别占年起沙风的41.05%、20.02%。年DP为326 VU,年RDP为235 VU,为中风能环境。年净输沙方向为ESE。方向变率指数（RDP/DP）0.72,为中比率,对应风向变率也为中等,为钝双峰风况。雅丹体长轴走向与盛行风向基本一致,该区雅丹地貌的形成以风力作用为主。     

中国北方典型沙尘天气特征研究

 根据API、风速、风向及相关气象数据初步研究了中国北方两次典型沙尘天气的天气特征。两次沙尘天气过程中极大风速大于7.2 m·s-1的气象站占88%。2005年4月27日极大风速超过17.2 m·s-1的气象站有31个,出现频率最高的风向为西西北,28日达到81个,风向为北风,极大风速高值区由内蒙古中东部向东北方向迅速扩大。2007年3月30日极大风速超过17.2 m·s-1的气象站有57个,31日达到68个,风向均为西西北,极大风速高值区分布较为稳定。受沙尘暴影响的地区API显著升高。2005年4月28日呼和浩特、大同、北京3个城市的API分别为418、500、500。2007年3月31日呼和浩特、赤峰、大同3个城市的API分别为500、500、423。对PM10与气象因子的相关性进行分析得出,沙尘暴期间,大气中可吸入颗粒物的浓度与风速存在显著的正相关关系,风速越高的地区,可吸入颗粒物的浓度越大。     

风沙流输沙通量垂向分布研究 ——以塔克拉玛干沙漠南缘流沙地表风沙流观测为例

 于2010年4—6月在塔克拉玛干沙漠南缘策勒绿洲外缘流沙地进行风速、风向和输沙量同步观测,利用观测到的28组数据对输沙通量的垂向分布进行研究。结果表明,在4.5～8 m·s-1的风速区间内,总输沙率随风速增长速率较慢,大于8  m·s-1时增长迅速。在较小风速时,4个高度层(1 cm、3 cm、9 cm和19 cm)的输沙比率变化不明显,当风速大于6.6 m·s-1时,1 cm和19 cm高度输沙比率的调整较为明显,前者减小而后者增加,中间两层(3 cm、9 cm)则维持一定波动。不同的蚀积条件对于输沙通量的垂向分布具有一定的影响,平均跃移高度则在一定程度上反映了地表沙粒的吹蚀和堆积过程。在4种常见的描述输沙通量垂向分布的模型中,Zingg的修正幂函数具有最好的拟合程度,但反映的风沙流信息最少,简单幂函数的参数包涵了最为丰富的风沙流信息但拟合程度最差,指数函数同时具有较好的拟合程度和参数意义,Fryrear的幂函数则与指数函数恰恰相反。在沙物质以极细沙为主的塔克拉玛干沙漠南缘,指数函数较之简单幂函数能更好地描述该区域输沙通量的垂向分布,验证并补充了风洞实验的结果。综合比较认为,指数函数能更好地描述塔克拉玛干沙漠南缘输沙通量的垂向分布。     

风沙环境中公路风沙灾害的数值模拟

为揭示沙漠公路两侧风沙流场的空间分布特性,采用欧拉-拉格朗日方法,把气流作为连续介质,把沙粒作为离散体系,利用ANSYS标准k-ε湍流模型和DPM离散相模型,模拟了不同沙粒粒径(150、200、250、300、350μm)、不同摩阻风速(0.20、0.35、0.50、0.65、0.80 m·s^-1)、不同挡风墙高度(1.0、1.5、2.0、2.5、3.0 m)以及不同挡风墙开孔情况下的公路路基附近的沙粒跃移运动,统计了挡风墙前后的沙粒数目,给出了公路路基坡脚和坡顶等典型断面上的气流速度廓线。结果表明:气流通过挡风墙顶部时受压加速,有利于沙粒的输送,而在挡风墙前部气流遇阻减速,形成沙粒堆积。随着沙粒粒径的变大,沙粒跃过挡风墙的能力逐渐变低;随着摩阻风速的变大,气流输运能力增强,更多沙粒越过挡风墙;随着挡风墙高度的增加,阻挡沙粒数亦逐渐增多;挡风墙开孔的位置和大小亦影响着沙粒的运动。这表明离散相模型对复杂下垫面风沙跃移运动的计算具有良好的效果。     

基于ASCAT散射计数据的2012年南极周边海面风场特征分析

利用2012年全年的ASCAT散射计风场数据,对55°S以南的南极周边海域海面风场开展了时空分布特性统计分析。结果表明:对于南极周边海域,7月平均风速最大,为12 m·s-1,12月平均风速最小,为8 m·s-1,冬季大于夏季;该区域平均风速主要在9—12 m·s-1之间,全年出现的天数280天,约占全年的77%;风速10 m·s-1所占比例也是冬季大于夏季。从全年来看,南极周边海域在冬季(4—6月)和春季(7—9月)风速普遍较大。该区域0°W—60°W海域内风速明显比其他海域要小。     

内蒙古半干旱区沙尘天气特征及其与地表特征的关系

利用2002-2010年朱日和气象站观测资料,结合同期归一化植被指数(NDVI),叶面积指数(LAI),植被净初级生产力(NPP)资料,分析了内蒙古半干旱区朱日和地区2002-2010年的沙尘天气特征。结果表明：朱日和地区临界起沙风速为9.4 m·s-1,2002-2010年沙尘天气频率和大于临界起沙风速频率呈波动变化,沙尘天气频率和大于临界起沙风速频率有很好相关性,超过18 m·s-1的强风极易导致沙尘天气的发生;定义标准化的沙尘天气频率（NfDO）为沙尘天气频率与大于临界起沙风速频率之比,当夏季降水量大于100 mm,夏季最大NDVI、最大LAI和最大NPP分别大于0.24、0.3 g·m-2·d-1和0.6 g·m-2·d-1（以碳计算）时,次年春季NfDO较低,沙尘天气不易发生;反之沙尘天气较易发生。对沙尘天气发生机制的分析发现,夏季有效的降水促进了植物生长,夏季降水量、最大NDVI、最大LAI和最大NPP增大,来年春天土壤不容易侵蚀,沙尘天气不易发生。     

1960-2013年南北疆风速变化特征分析

利用较为均匀分布在新疆的45个气象站1960-2013年平均风速数据,通过气候趋势分析、气候突变分析、Morlet小波分析、Pearson相关分析等方法,研究近50 a来南北疆平均风速变化特征,结果表明：（1）1960-2013年南北疆地区年平均风速分别以0.15 m·s^-1·（10 a）^-1和0.14 m·s^-1·（10 a）-1的速率显著降低,1960-1990年南北疆年均风速分别以0.21 m·s^-1·（10 a）和0.18 m·s^-1·（10 a）^-1速率降低;1991-2013年北疆以0.01 m·s^-1·（10 a）^-1的速率下降,而南疆却以0.17 m·s^-1·（10 a）^-1的速率上升,各季节风速变化趋势与年序列相似。（2）四季中,南北疆的年递减率均是夏季最为显著,北疆是冬季变化不明显,而南疆其余各季节相差不大。（3）从空间分布上显示,北疆各站点总体较南疆明显,低海拔区递减幅度较大。（4）风速的长期变化具有一定的突变性,南北疆的平均风速均在1980年前后出现明显的突变点,从各季节平均风速来看,北疆春、夏、秋季突变出现的时间稍早于冬季,南疆春季突变出现的时间稍早于夏、秋和冬季。（5）Morlet小波分析结果显示,南北疆风速变化均存在4 a、8 a及15～20 a左右的变化周期,春夏秋冬各季节表现出强弱不一致,体现出季节性变化。（6）城市化发展对风速的变化产生了一定影响,但不是风速显著下降的主要原因,大气环流变化和气候变暖才是造成风速减小的可能原因。     

ERA-Interim再分析和NCEP FNL分析资料在东南极中山站至Dome A断面的适用性研究

利用2008年南极中山站至Dome A断面上观测站的近地面气象观测资料对ECMWF ERA-Interim再分析和NCEP FNL分析资料在东南极地区的适用性进行了验证。结果表明,ERA-Interim再分析资料的气温表现明显优于FNL分析资料,其与观测的年均绝对偏差在南极大陆沿岸地区1℃,在内陆高原2℃;而FNL分析资料的气温在南极内陆高原地区较观测明显偏暖,尤其在冬季偏暖达8—10℃,表明其不能直接用于南极内陆高原气温的变化分析。FNL的地面气压与观测比较接近,逐月平均偏差仅约1 h Pa,其精度明显高于ERA-Interim再分析资料的地面气压,而后者在沿岸地区存在明显的系统性偏低。ERA-Interim和FNL的近地表风速、风向差异不显著,其与观测的年平均、季节平均绝对风速偏差在沿岸和下降风区1 m·s-1,在内陆高原约2—4 m·s-1,年平均风向绝对偏差10°。     

沙粒起动风速的影响因素研究

通过对风场中沙床表面沙粒的受力分析,建立了坡面沙粒起动风速的理论公式,并将计算结果与已有实验研究结果进行了比较,结果表明,给出的理论计算公式是正确的。在此基础上,详细讨论了坡角、风向角、荷质比、电场力以及空气上升力对坡面沙粒起动风速的影响。其结果是：坡角一定时,沙粒的起动风速随风向角的增大而增大;风向一定时,背风坡沙粒的起动风速随坡角的增大而变小;弱电场中电场力对沙粒起动风速几乎没有影响,强电场中随着沙粒荷质比的增大,起动风速明显减小;空气上升力明显使沙粒起动风速减小。