西北干旱区夏季强干、湿事件降水环流及水汽输送的再分析

为深入分析西北内陆干旱区夏季降水的主要水汽源地及其输送通道,首先,梳理和评述了过去50年西北干旱区水汽输送的研究进展和问题;接着,利用国家气象局信息中心近50年的实测降水及NCEP/NCAR再分析资料等,挑选更多有代表性的强干、湿日(月)事件,再进行环流和水汽输送的对比分析。主要结论如下:(1)过去西北干旱区各地的干、湿环流研究共识多,进展快;而水汽输送分析依旧众说纷纭。(2)过去的水汽输送分析联系降水环流不够;针对西北干旱区降水特点不够;还应加进数值模拟等分析手段。(3)在本文诊断分析和先前数值模拟基础上,指出西北内陆旱区夏季降水的主要水汽源地在东南沿海一带,它借助西行台风、西伸了的西太平洋副热带高压及柴达木低压等多个天气系统和西太平洋副热带高压西南侧东南风急流、西侧南风低空急流及河西偏东风等三支气流的次第密切配合,首先,水汽被输送到四川盆地;接着,被北输到西北区东部;继而,再被接力西输到河西走廊及南疆盆地东部。谓之"三支气流+两个中转站的三棒接力"式水汽输送模型。它是夏季输向西北内陆旱区的主要水汽输送通道。     

不同耕作方式和秸秆还田条件下能值比较分析

以山东桓台县华北集约化农业生态系统试验站小麦—玉米轮作农田生态系统为例,利用能值分析方法,对不同耕作方式(翻耕、旋耕、免耕)和秸秆还田(清茬、粉碎还田)下农田生态系统的能值利用进行了比较分析。结果表明:粉碎还田模式的可更新有机能比率比清茬的高出4~5倍,说明粉碎还田的可持续发展指数大于清茬的,有利于保护环境;耕作方式上,可持续发展指数表现为免耕的翻耕的旋耕的,说明免耕法具有明显的可持续发展优势,应适当推广。     

两高切变型四川盆地大暴雨天气过程机制研究

利用常规观测和EC数值模式资料,对2020年8月12～13日四川盆地大暴雨天气的环境条件、水汽条件、能量条件、不稳定层结、MCS系统演变进行分析。结果表明：本次盆地大暴雨属于“两高切变”型,是在高能高湿环境条件下,北方干冷空气入侵盆地触发锋线对流系统,盆地南部受地形强迫抬升影响触发对流系统,在高空切变线上合并加强,造成四川盆地大暴雨过程。贵州高原的强水汽输送是此次大暴雨的重要水汽条件,对流云团合并加强是造成局地特大暴雨的重要特征。基于EC数值模式资料分析的盆地暴雨落区比实况探空更加清晰。     

成山头海域潮流能资源可开发量评估

针对潮流能资源较丰富的成山头外海域,利用FVCOM数值模式,在良好模拟该海域潮流场的基础上,运用能量耗散原理,对该海域的潮流能资源可开发量进行了评估。结果表明,在转换装置的拖拽系数为0.07时,面积为27km2的成山头近岸海域的可开发潮流能资源约为17.9MW,其中大潮期间的可开发量高达37.7MW,而小潮期间则为7.3MW。在此条件下,该海域大潮期间涨急和落急时刻的流速分别减小了40%和38%,但发电装置对潮汐的影响较小,在成山头顶端的高潮潮位仅下降了4cm。     

Impacts of sea spray on the boundary layer structure of Typhoon Imbudo

High winds in a typhoon over the ocean can produce substantial amounts of spray in the lower part of the atmospheric boundary layer, which can modify the transfer of momentum, heat, and moisture across the air-sea interface. However, the consequent effects on the boundary layer structure and the evolution of the typhoon are largely unknown. The focus of this paper is on the role of sea spray on the storm intensity and the structure of the atmospheric boundary layer. The case study is Typhoon Imbudo in July 2003. The results show that sea spray tends to intensify storms by increasing the sea surface heat fluxes. Moreover, the effects of sea spray are mainly felt in boundary layer. Spray evaporation causes the atmospheric boundary layer to experience cooling and moistening. Sea spray can cause significant effects on the structure of boundary layer. The boundary-layer height over the eyewall area east to the center of Typhoon Imbudo was increased with a maximum up to about 550 m due to sea spray, which is closely related with the enhancements of the heat fluxes, upward motions, and horizontal winds in this region due to sea spray.     

地震作用下边坡稳定性分析

考虑了边坡岩土体材料的动力特性以及地震特性,利用动力有限元时程分析方法对边坡在地震荷载作用下的动力特性进行了分析,采用最小平均安全系数对边坡稳定性进行了评价,并与拟静力法的结果进行了对比分析,对某具体工程实例计算结果表明该分析方法的可行性,可为地震作用下边坡工程设计工作提供一些有益的参考。     

贮能管消泡实验与数值模拟

为了研究贮能管对消泡器消泡能力的影响,进行了消泡器消泡能力室内试验.通过试验可知,贮能管的长度对泡沫的消泡率有很大影响.试验证明,随着贮能管长度变短,泡沫稳定性增大,消泡率提高.对不同长度(1 m、2 m、8 m)贮能管的消泡率进行测试,结果是当贮能管长度为1 m、直径为20 cm时,其消泡率最高,达到73%左右.另外消泡率与气液比有关,当气液比α= 100～200时,消泡率较高.同时借助FLUENT软件对该管中泡沫流动速度与泡沫压力变化进行了数值模拟分析.结果表明:泡沫流动速度与贮能管的长度及直径无关,而泡沫压力随着贮能管的长度变小而更加稳定,这有利于提高消泡效果.模拟结果与实验结果相符.     

波浪作用下基于不同负载的一种Savonius型水轮机捕能性能研究

通过水轮机捕能是当前常用的海洋能利用方式之一。桨叶作为水轮机关键部件,其性能一直是研究的重点。针对目前波浪条件下带负载运转的Savonius型水轮机相关捕能性能研究较少的情况,采用数值仿真方法,结合对应工况条件的物理试验,研究了一种Savonius型水轮机在不同波浪环境下带负载运转的捕能性能。采用Star CCM+仿真软件,建立数值波浪水池,设置环境参数,划分网格调整变量进行水轮机运转的水动力模型数值研究。在造波试验水池中利用推板改变波浪周期与波高,进行水轮机运转的物理试验。采集在不同负载下水轮机桨叶的转速和扭矩数据,计算并分析功率等参数,总结变化趋势,评价捕能效果。研究发现水轮机在1.6 s的波浪周期条件下,桨叶承受1.5 N·m负载时达到最佳捕能效果,其功率为23 W。为实际海域中水轮机桨叶的结构设计研究和相关工程应用提供参考。     

集成于方箱防波堤的双气室振荡水柱波能装置转换效率研究

为实现建造、运行和维护等方面的资源共享,将振荡水柱(oscillating water column,简称OWC)波能转换装置与现有海工结构集成耦合,已成为目前海洋波浪能转换利用的热点问题。以集成于方箱防波堤的双气室OWC装置为研究对象,借助开源代码平台OpenFOAM和造/消波工具箱waves2Foam,采用流体体积法(VOF)捕捉自由面和6自由度(6DOF)动网格求解器模拟垂荡运动响应,对在不同规则波作用下,中墙相对宽度、中墙相对吃水对装置波能转换效率及水动力特性的影响进行数值研究。结果表明,较大的中墙相对宽度能够增强装置的波能转换效率(ξ_total(max)=73%)、降低结构物的相对垂荡位移并对装置前后气室内水柱的振荡幅度与压强变化产生影响;增加中墙相对吃水能显著提高气室在中高频波段波能提取效率(ξ_total(max)=78%),并显著拓宽气室的高效频率带宽(0.9≤ω²h/g≤2.2)。     

涡流发生器对潮流能水轮机翼型水动力学特性影响的数值模拟

为了改善潮流能水轮机叶片表面流动分离问题,提高其升阻比,本文通过在潮流能水轮机叶片表面加装涡流发生器,来研究涡流发生器对潮流能水轮机水动力学性能的影响。本文以NACA4418翼型为研究对象,分别建立了含VGs和不含VGs的三维模型,利用CFD方法研究了VGs的高度、长度以及相邻一对VGs之间的间距等多个方面对该翼型性能的影响。结果表明:VGs可以有效地提高翼型的最大升力系数;相邻VGs间距的增加对流动分离的抑制有积极影响。此外,通过对尾迹区流线和旋涡的分析,进一步揭示了尾迹区的流场特征。