地球实验室:地球系统数值模拟装置进展与前瞻

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作者 张贺 马洁琼 +2 位作者 柴兆阳 张木兰 曹美春 《气象学报》 北大核心 2025年第3期464-479,共16页

地球系统数值模拟装置(简称“寰”)是国家“十二五”重大科技基础设施,于2022年在怀柔综合性国家科学中心建设完成。项目的建设目标是深入认识地球环境复杂系统基本规律,探究地球系统相互作用对地球系统整体和中国区域环境的影响;融合... 地球系统数值模拟装置(简称“寰”)是国家“十二五”重大科技基础设施,于2022年在怀柔综合性国家科学中心建设完成。项目的建设目标是深入认识地球环境复杂系统基本规律,探究地球系统相互作用对地球系统整体和中国区域环境的影响;融合模拟与观测数据以提高气候环境预测的准确性,为国家防灾减灾、应对气候变化、大气环境治理等重大问题提供科学支撑;推动地球系统科学不同学科之间的交叉和融合,促进中国地球系统科学整体向国际一流水平跨越。在综述地球系统模拟设施国际发展态势的基础上,重点介绍中国“地球系统数值模拟装置”的构成和功能、取得的主要成果以及未来展望。 展开更多

关键词 地球系统数值模拟装置 地球系统模式 国家重大科技基础设施 气候环境预测

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地球系统模式和数值模拟研究 被引量：1

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作者 曾庆存 张明华 +1 位作者 戴永久 曾晓东 《气象学报》 北大核心 2025年第3期419-434,共16页

地球系统是将大气、陆地、海洋、冰冻圈、土壤和岩石圈以及其中的生物视为一个整体,由一系列相互作用过程联系起来的复杂非线性的多重耦合系统。地球系统模式(ESM)是描述这一复杂耦合系统的数学物理模式。ESM已超越气候系统模式对大气... 地球系统是将大气、陆地、海洋、冰冻圈、土壤和岩石圈以及其中的生物视为一个整体,由一系列相互作用过程联系起来的复杂非线性的多重耦合系统。地球系统模式(ESM)是描述这一复杂耦合系统的数学物理模式。ESM已超越气候系统模式对大气、陆地和海洋状态的物理描述,故不仅可用来做天气和气候预测,还可以研究环境和生态系统的演变过程,研究人类活动对气候和生态环境的影响,以及研究人类调控自然界工程的合理或最优的方案。概述了“地球系统模式”提出和研究的一些历史,地球系统模式的构成;简介了中国科学院地球系统模式(CAS-ESM)的一些主要特点,以及数值模拟的一些主要研究成果和应用;最后提出进一步发展的一些问题。 展开更多

关键词 气候系统模式 环境生态系统模式 耦合 地球系统模式 数值模拟 气候预测

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地球动力学数值模拟算法的应用现状与展望 被引量：2

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作者 魏虹羽 李世超 王伟安 《吉林大学学报(地球科学版)》 北大核心 2025年第1期98-124,共27页

当前,数值模拟技术已成为探究地球动力学过程的重要手段。本文综述了数值模拟在地球动力学研究中的应用现状、主要算法和代码并探讨了发展前景。数值模拟通过对连续方程组进行离散化,并利用数值算法求解,从而高效模拟地质过程,预测地球... 当前,数值模拟技术已成为探究地球动力学过程的重要手段。本文综述了数值模拟在地球动力学研究中的应用现状、主要算法和代码并探讨了发展前景。数值模拟通过对连续方程组进行离散化,并利用数值算法求解,从而高效模拟地质过程,预测地球系统的动态变化。本文系统阐述了有限元法、有限差分法、边界元法和有限体积法等主流数值方法的原理、特点和适用条件;并重点探讨了有限元法在构造应力场和断层动力学模拟中的应用、有限差分法在地震波传播模拟中的应用、边界元法和有限体积法在断层力学和孔隙流体流动模拟中的应用。通过对比分析不同方法的优缺点,揭示了多种数值方法耦合是未来地球动力学数值模拟的重要发展方向;随着高性能计算技术的进步和大数据时代的到来,数值模拟技术将在地球系统科学研究中发挥越来越重要的作用。 展开更多

关键词 数值模拟 地球动力学 地质建模 数值方法 地球系统 有限元法 多物理场耦合模拟

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加装SCR脱硝装置的锅炉系统数值模拟 被引量：6

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作者 程星星 金保升 +1 位作者 钟文琪 仲兆平 《热力发电》 CAS 北大核心 2009年第7期51-54,91,共5页

采用改进的模拟算法,对装有选择性催化还原法(SCR)脱硝装置的300 MW机组煤粉锅炉的燃烧和烟风系统进行模拟,其包括炉膛、过热器、再热器、省煤器、空气预热器、SCR脱硝装置、除尘器和风机等,烟气温度以及压力的模拟结果与设计值吻合较好。

关键词 火电厂 300 MW机组 锅炉 SCR脱硝装置 燃烧 烟风系统 数值模拟

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地球系统数值模拟历史回顾及未来发展之机遇与挑战

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作者 张绍晴 林璘 +29 位作者 刘才力 杨光 王兆瑛 费云龙 任倩倩 苑诗敏 倪欣宁 王一帆 刘银杏 杨浩宇 任国志 荀皓 宋睿哲 蔡金卓 杨帆 刘博文 郭锦 陈玥 卢绿 李江玉 江应境 王雪 王凯迪 王振明 于洋洋 赵浩然 王静菊 马有为 任斯敏 雍建林 《中国海洋大学学报（自然科学版）》 CAS CSCD 北大核心 2022年第11期1-12,共12页

地球是人类赖以生存的家园,人类从没停止过对她的探索和研究。从观测分析和纯理论研究开始,现代地球科学已过渡到数值模拟仿真的研究形式。今天,由于每秒百亿亿次浮点运算高性能计算机的诞生,通过多圈层高分辨率耦合模拟,在“数值孪生... 地球是人类赖以生存的家园,人类从没停止过对她的探索和研究。从观测分析和纯理论研究开始,现代地球科学已过渡到数值模拟仿真的研究形式。今天,由于每秒百亿亿次浮点运算高性能计算机的诞生,通过多圈层高分辨率耦合模拟,在“数值孪生”理念下,庞大而复杂的地球系统被“搬进”了实验室,像其它学科一样,地球科学走上了假设-验证-再假设-再验证的实证科学轨道。本文首先回顾复杂而艰辛的地球科学发展历程,领略前辈科学家如何从人类生存需求和朴实的科学逻辑出发,开创今天的地球系统数值模拟的地球实证科学;进而文章较全面地总结了目前地球系统数值模拟的现状;最后给出未来发展的机遇与挑战。 展开更多

关键词 地球科学 历史发展 地球系统数值模拟 高分辨率耦合模拟 数值孪生 实证地球科学

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长江科学院研制的“基于虚拟地球的河流水沙水质数值模拟与演示系统”软件取得国家版权局软件著作权

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作者 张细兵 《长江科学院院报》 CSCD 北大核心 2013年第11期F0003-F0003,共1页

长江科学院河流研究所将以往开发的多个数学模型进行了整合、完善与更新．自主开发研制了“基于虚拟地球的河流水沙水质数值模拟与演示系统”软件．经向国家版权局申请．现取得了计算机软件著作权登记证书【软著登字第0603757号】。

关键词 软件著作权 长江科学院 演示系统 数值模拟 虚拟地球 河流 版权 水质

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300MW燃煤锅炉烟气SCR脱硝系统流场的数值模拟与优化设计 被引量：28

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作者 陈冬林 刘欢 +4 位作者 邹婵 陈翠玲 盘思伟 李丽 赵宁 《电力科学与技术学报》 CAS 2013年第1期103-108,共6页

SCR脱硝反应系统中烟道及其导流板的结构与布置对催化剂进口截面上烟气流场及氨浓度场的分布具有重要影响.为优化某台300MW燃煤锅炉脱硝反应器中的流场与氨浓度场分布,设计了4种导流板方案,运用数值模拟方法,研究BMCR工况各方案条件下... SCR脱硝反应系统中烟道及其导流板的结构与布置对催化剂进口截面上烟气流场及氨浓度场的分布具有重要影响.为优化某台300MW燃煤锅炉脱硝反应器中的流场与氨浓度场分布,设计了4种导流板方案,运用数值模拟方法,研究BMCR工况各方案条件下催化剂进口截面上的烟气流场与氨浓度场分布特性,确定最佳的烟道与导流板布置方案,使催化剂进口烟气速度分布与氨浓度分布标准偏差均控制在设计标准偏差范围内,达到设计要求. 展开更多

关键词 脱硝系统 流场 导流装置 数值模拟

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电厂SCR系统的设计与数值模拟 被引量：19

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作者 俞逾 杨晨 范莉 《现代电力》 2007年第3期58-62,共5页

采用计算流体动力学(CFD)模型预测某600MW电厂选择性催化还原法烟气脱硝系统不同设计情况下的流场状态。自行设计了系统导流装置,并分析了系统在锅炉最大连续蒸发量(BMCR)工况下,采用不同尺寸喷嘴格栅时反应器内NH3与NOx的混和情况。采... 采用计算流体动力学(CFD)模型预测某600MW电厂选择性催化还原法烟气脱硝系统不同设计情况下的流场状态。自行设计了系统导流装置,并分析了系统在锅炉最大连续蒸发量(BMCR)工况下,采用不同尺寸喷嘴格栅时反应器内NH3与NOx的混和情况。采用GAMBIT构造几何模型并划分网格,使用FLUENT6.0进行模拟计算。研究重点在模拟喷氨格栅内氨气的速度分布,分析不同尺寸喷嘴反应器内反应物质摩尔比发生变化的原因。研究结果对脱硝系统内导流装置和喷氨格栅的设计和改进提供参考。 展开更多

关键词 脱硝系统 导流装置 喷氨格栅 流场 数值模拟

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小型天然气液化装置工艺流程数值模拟和优化 被引量：12

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作者 谭建宇 李红艳 +3 位作者 王莉 彭世垚 李素燕 贾林祥 《天然气工业》 EI CAS CSCD 北大核心 2005年第5期112-114,共3页

以目前技术和设备较成熟的串联双级氮膨胀循环的天然气液化流程为模型,针对“西气东输”气源条件,面向中小城市LNG储运、调峰和LNG—CLNG汽车加气站使用的小型天然气液化装置,根据在国内进行的设备调研和系统优化结果,进行了流程的数值... 以目前技术和设备较成熟的串联双级氮膨胀循环的天然气液化流程为模型,针对“西气东输”气源条件,面向中小城市LNG储运、调峰和LNG—CLNG汽车加气站使用的小型天然气液化装置,根据在国内进行的设备调研和系统优化结果,进行了流程的数值模拟计算,给出了主要设备的工程参数及各节点的工艺参数值。该装置的特点是:全部设备国产化、设备投资小、操作运行简单,对气源适用范围广,易于推广。 展开更多

关键词 液化装置 天然气 工艺流程 拟和 数值模拟计算 汽车加气站 设备国产化 液化流程 膨胀循环 气源条件 西气东输 中小城市 系统优化 工程参数 主要设备 设备投资 LNG 参数值

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直接空冷机组排汽装置阻力特性的数值模拟 被引量：3

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作者 石磊 石诚 +1 位作者 李少宁 黄业仲 《热力发电》 北大核心 2009年第8期23-26,共4页

直接空冷机组排汽装置的优化对于火电厂的经济运行具有重要的意义。依托华电轩岗电厂2×660 MW空冷发电机组,利用计算传热学(NHT)软件FLUENT,对不同工况下直接空冷排汽装置的性能进行了数值模拟、分析和研究,为直接空冷系统和排汽... 直接空冷机组排汽装置的优化对于火电厂的经济运行具有重要的意义。依托华电轩岗电厂2×660 MW空冷发电机组,利用计算传热学(NHT)软件FLUENT,对不同工况下直接空冷排汽装置的性能进行了数值模拟、分析和研究,为直接空冷系统和排汽装置的优化设计提供依据。 展开更多

关键词 火电厂 660MW机组 直接空冷系统 排汽装置 数值模拟 优化设计

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基于辛-谱元方法的地球自由振荡保弥散衰减数值模拟 被引量：3

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作者 李冰非 李小凡 +1 位作者 李峰 龚飞 《地球物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2021年第11期4022-4030,共9页

对大地震激发的全球自由振荡的研究是探查地球内部结构的重要研究方向之一.以地球自由振荡数值模拟高精度、长时程、全球模拟的需求为导向,本文提出了一种适用于地球自由振荡高精度模拟的辛格式-谱元保弥散数值模拟方法.真实地球介质中... 对大地震激发的全球自由振荡的研究是探查地球内部结构的重要研究方向之一.以地球自由振荡数值模拟高精度、长时程、全球模拟的需求为导向,本文提出了一种适用于地球自由振荡高精度模拟的辛格式-谱元保弥散数值模拟方法.真实地球介质中弹性波能量的衰减成因复杂,对于甚低频情形,地球自由振荡的弥散衰减不容忽视.本文将保结构数值方法拓展至非保守动力学系统,发展了适用于弥散-黏弹阻尼介质弹性波方程的保弥散低阶辛格式数值模拟方法,将其应用于全球尺度地球自由振荡衰减效应数值模拟.数值模拟结果表明等效弥散衰减为地球深部(地核)自由振荡衰减的重要成分,并得出地球外核的等效弥散衰减系数.本文提出的方法为通过自由振荡研究探索地核非均匀性提供了一条的新途径. 展开更多

关键词 地球自由振荡 地球内部结构 保结构数值模拟方法 非保守动力学系统 弥散衰减

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HT-7U等离子体位形与电流控制的数值模拟 被引量：8

12

作者 吴斌 张澄 《核聚变与等离子体物理》 CAS CSCD 北大核心 2002年第4期193-198,共6页

通过数值求解了等离子体磁流体方程组,模拟了HT 7U装置自由边界等离子体位形及控制系统随时间的演变过程。模拟的结果对HT 7U装置及等离子体控制系统的设计具有重要的意义。

关键词 电流控制 等离子体 位形 控制系统 数值模拟 托卡马克装置 磁流体方程组 HT-7U装置

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弹射救生高速气流吹袭防护气动特性数值模拟 被引量：5

13

作者 魏涛 张大林 《应用力学学报》 CAS CSCD 北大核心 2009年第4期767-770,共4页

对弹射救生中高速气流吹袭防护装置对人椅系统气动特性影响进行了数值模拟。采用基于面的有限体积方法求解N-S方程,空间离散采用中心格式,时间离散采用五步显式Runge-Kutta方法。基于Spalart-Allmaras(S-A)紊流模型的DES方法,数值模拟... 对弹射救生中高速气流吹袭防护装置对人椅系统气动特性影响进行了数值模拟。采用基于面的有限体积方法求解N-S方程,空间离散采用中心格式,时间离散采用五步显式Runge-Kutta方法。基于Spalart-Allmaras(S-A)紊流模型的DES方法,数值模拟了人椅系统在马赫数0.6、迎角-90°～90°的气动特性,获得了与风洞试验结果较为吻合的计算结果。对有无导流挡板和抬腿机构人椅系统的气动特性及飞行员胸腹部表面压力分布进行比较,结果显示两种防护装置均可有效改善人椅系统的气动特性,不同程度降低飞行员胸腹部所承受的气动力,充分说明高速气流防护装置的有效性。为进一步研究高速气流防护装置提供参考。 展开更多

关键词 弹射人椅系统 DES方法数值模拟 气流吹袭 防护装置 气动特性

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加氢装置换热系统的铵盐结晶研究进展 被引量：2

14

作者 张建文 赵亚辉 +2 位作者 李彦 张帆 高建苹 《现代化工》 CAS CSCD 北大核心 2022年第8期27-30,共4页

对加氢装置换热系统中典型的2种设备(换热器和空冷器)发生的腐蚀情况进行讨论,从实验研究、机理研究、数值模拟3个方面综述了空冷器的铵盐腐蚀研究进展,空冷器和换热器关于机理研究的方法类似,可以互相比较运用。换热器的结晶预测研究... 对加氢装置换热系统中典型的2种设备(换热器和空冷器)发生的腐蚀情况进行讨论,从实验研究、机理研究、数值模拟3个方面综述了空冷器的铵盐腐蚀研究进展,空冷器和换热器关于机理研究的方法类似,可以互相比较运用。换热器的结晶预测研究仍存在不足,且动态结晶过程研究较少,有待持续深入研究,保障安全生产。 展开更多

关键词 加氢装置 换热系统 铵盐结晶 数值模拟 多相流 预测 安全

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电站锅炉非理想风道流场数值模拟及风量测量技术 被引量：6

15

作者 刘大猛 石践 +3 位作者 姚斌 郭金城 肖建 石航 《热力发电》 CAS 北大核心 2018年第8期55-60,共6页

本文在对圆形风道理想流场分布研究的基础上,对带挡板、弯管及缩孔等典型非理想流场进行模拟计算与冷态模型试验。研究表明:节流元件前流场分布均匀,适宜进行流量测量;节流元件后,流场分布极不均匀,存在涡流区、低速区,各节流元件间差... 本文在对圆形风道理想流场分布研究的基础上,对带挡板、弯管及缩孔等典型非理想流场进行模拟计算与冷态模型试验。研究表明:节流元件前流场分布均匀,适宜进行流量测量;节流元件后,流场分布极不均匀,存在涡流区、低速区,各节流元件间差异较大,无规律性;流场紊乱程度存在差异,非均流段截面流速大于管道速度,弯管较为接近,挡板偏差最大;新型组合式文丘里风量测量装置流量系数基本稳定,阻力小,对非理想流场具有一定实用性。 展开更多

关键词 锅炉 风道系统 风量测量 非理想流场 数值模拟 冷态试验 测量装置

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石化装置改扩建对火炬系统负荷影响的量化分析 被引量：4

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作者 王海清 刘荫 +1 位作者 高智泉 眭文祺 《化工进展》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第9期3842-3848,共7页

火炬是大型石油化工联合装置必备的辅助生产设施,同时也是重要的安全环保措施。但目前火炬的设计标准《石油化工可燃性气体排放系统设计规范》(SH 3009—2013)或者国际标准《泄压和减压系统》(API 521)主要还是基于行业惯例和工程经验... 火炬是大型石油化工联合装置必备的辅助生产设施,同时也是重要的安全环保措施。但目前火炬的设计标准《石油化工可燃性气体排放系统设计规范》(SH 3009—2013)或者国际标准《泄压和减压系统》(API 521)主要还是基于行业惯例和工程经验。新增装置或扩建装置会对火炬系统造成较大的风险影响,尤其是在火炬系统管网管径及管网布置不改变或无法改变的情况下。本文提出了一种针对石化联合装置进行改扩建对火炬系统风险评估的通用方法,采用改扩建前后发生多泄放源同时泄放的叠加方法流程来获得火炬系统关键参数。采用Aspen Flare-net软件进行数值模拟和案例研究,获得了厂区新增装置导致的火炬系统安全阀背压、噪声等数值结果及对应的安全隐患,并得到了全部可能导致火炬系统安全隐患的泄放组合,为泄放负荷管理提供了量化决策依据,同时说明了所提方法的应用效果和有效性。 展开更多

关键词 量化风险评估 火炬系统 装置改扩建 泄放负荷管理 数值模拟

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外部复合导流装置对直接空冷系统流动传热特性的影响 被引量：5

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作者 崔超 赵允涛 +1 位作者 黄文慧 杨立军 《汽轮机技术》 北大核心 2019年第1期17-20,36,共5页

在直接空冷平台外部加装导流装置,可减小环境风对直接空冷系统流动传热性能的影响,提高机组的效率。在传统的2×600MW直接空冷机组结构的基础上,建立了在空冷平台下部加装复合导流板的模型。利用CFD模拟,获得了该模型不同风向和风... 在直接空冷平台外部加装导流装置,可减小环境风对直接空冷系统流动传热性能的影响,提高机组的效率。在传统的2×600MW直接空冷机组结构的基础上,建立了在空冷平台下部加装复合导流板的模型。利用CFD模拟,获得了该模型不同风向和风速条件下直接空冷系统的流场和温度场。通过与原模型的对比可以看出,加装复合导流板后,直接空冷系统的冷却空气流量大幅增加,换热量明显提高,且在大风条件下导流板的作用更为明显。提出的导流装置为直接空冷系统外部导流装置的改进提供了一定的参考。 展开更多

关键词 直接空冷系统 导流装置 流动传热 数值模拟 环境风

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垂荡式波浪能装置运动模型数值分析 被引量：1

18

作者 丁松 韩端锋 《海洋工程》 CSCD 北大核心 2016年第4期107-117,共11页

垂荡式波浪能装置在海洋可再生能源开发中被广泛应用,通过浮子与摇杆在垂荡方向的相对运动吸收波浪能。在以往相关的运动预报数值分析中,通常基于微幅波假设,仅考虑浮子与摇杆在垂荡方向的运动,忽略摇杆其他自由度运动。建立并求解了垂... 垂荡式波浪能装置在海洋可再生能源开发中被广泛应用,通过浮子与摇杆在垂荡方向的相对运动吸收波浪能。在以往相关的运动预报数值分析中,通常基于微幅波假设,仅考虑浮子与摇杆在垂荡方向的运动,忽略摇杆其他自由度运动。建立并求解了垂荡式波浪能装置的非线性联合运动方程组,分析垂荡式波浪能装置的波浪载荷、浮子与平台连接处的受力情况。数值计算系统的运动响应,并将计算结果与已有的试验数据进行比较验证,结果表明数值模拟的垂荡式波能装置的运动响应与试验结果相符合。最后,应用本计算方法分析PTO(power take-off)参数对波能装置发电性能的影响。 展开更多

关键词 波能浪装置 非线性运动方程 波能吸收系统 数值模拟

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中国发布“探索地球系统”

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作者 柳建乔 《大地测量与地球动力学》 CSCD 北大核心 2015年第5期881-881,共1页

2015-09-23中国科学院地球系统模式1.0及地球数值模拟装置原型系统正式对外发布。这款＂探索地球系统＂可以帮助科学家进行短期气候预测、灰霾治理等方面的研究。新发布的地球系统模式1.0是我国自主研发的第一个地球系统模式,包含完整... 2015-09-23中国科学院地球系统模式1.0及地球数值模拟装置原型系统正式对外发布。这款＂探索地球系统＂可以帮助科学家进行短期气候预测、灰霾治理等方面的研究。新发布的地球系统模式1.0是我国自主研发的第一个地球系统模式,包含完整的气候系统和生态环境系统分量,集成大气、海洋、海冰、陆面水文、大气化学和气溶胶、动力学植被和海洋生物地球化学等子系统模式, 展开更多

关键词 地球系统 气候系统 海冰 短期气候预测 灰霾 生态环境系统 大气化学 陆面过程 数值模拟 全球气候

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意外点火时燃气排导系统流场仿真分析 被引量：3

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作者 赵贤超 《实验流体力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第4期59-62,78,共5页

根据舰载垂直发射系统的结构特点,对其物理模型进行了简化,并通过采用Fluent软件求解三维、雷诺平均N-S方程的方法,利用k-ε二方程模型,对导弹意外点火情况下垂直发射装置燃气排导系统内的压强分布特性进行了模拟分析,尤其是对当排气盖... 根据舰载垂直发射系统的结构特点,对其物理模型进行了简化,并通过采用Fluent软件求解三维、雷诺平均N-S方程的方法,利用k-ε二方程模型,对导弹意外点火情况下垂直发射装置燃气排导系统内的压强分布特性进行了模拟分析,尤其是对当排气盖部分被冲破瞬间以及排气盖盖体被冲破1块、2块和3块这几种情况下的排导系统内部的压强分布特性进行了模拟计算。通过数值模拟,得到了在导弹意外点火情况下,燃气排导系统内部不同位置的压强分布规律,并给出了一些特性曲线,对垂直发射装置的机械强度设计有很大的参考价值。 展开更多

关键词 垂直发射装置 排导系统 燃气流 数值模拟

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