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基于无人机的江苏沿海辐射雾边界层气象要素和污染物浓度特征研究 被引量:1
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作者 邬昊鹏 牛生杰 +8 位作者 刘端阳 吕晶晶 祖繁 周悦 王元 葛攀延 邵乃夫 汪玲玲 鲁海宁 《大气科学》 北大核心 2025年第2期522-536,共15页
为深入研究辐射雾边界层气象要素和污染物浓度的垂直分布特征,2020年冬季在江苏省东海县利用无人机(UAVs)开展了边界层和污染物综合观测实验。研究发现:雾天逆温层厚度要比晴天厚几十米至数百米不等,强度要大0.5~1℃(100 m)^(-1)。雾天... 为深入研究辐射雾边界层气象要素和污染物浓度的垂直分布特征,2020年冬季在江苏省东海县利用无人机(UAVs)开展了边界层和污染物综合观测实验。研究发现:雾天逆温层厚度要比晴天厚几十米至数百米不等,强度要大0.5~1℃(100 m)^(-1)。雾天低空有风切变,风向在垂直方向上变化较小,而晴天低层风速变化较小,风向在低空随高度呈顺时针旋转。相较于双层逆温结构,有着深厚单层逆温结构的辐射雾的强度更强。在同一次辐射雾过程中,雾的强度不会随着风向的变化而变化,较低的风速更有利于强浓雾的形成。从污染物浓度垂直分布来看,逆温层内相同高度处的TVOC(总挥发有机化合物)在晴天要比雾天高,在辐射雾形成前和生成阶段,SO_(2)浓度随高度递减速率远高于晴天同期。晴天和雾天O_(3)和NO_(2)的垂直变化呈现明显的负相关,O_(3)在雾天近地面的梯度变化明显要大于晴天。PM_(1.0)、PM_(2.5)和PM_(10)在雾天要比晴天高出一倍以上,CO在辐射雾过程中相对稳定,垂直变化较小。TVOC、NO_(2)、PM_(1.0)、PM_(2.5)和PM_(10)会受到辐射雾过程中强逆温的影响而在逆温层内累积。它们的累计变化率在雾后与雾前相比均有了明显下降,颗粒物污染物的累积变化率比气体下降更显著,且大粒径颗粒物累积变化率的下降幅度要超过小粒径颗粒物。夜间地面排放的NO等还原物质较难向上输送,对高层的O_(3)消耗量远小于低层,使得夜间高层O_(3)远大于低层,导致PM_(2.5)和O_(3)的垂直分布差异较大,白天太阳辐射增强,不稳定边界层的发展伴随着高空O_(3)向下的混合导致O_(3)增加以及PM_(2.5)排放增多使得二者的垂直变化较为一致。 展开更多
关键词 辐射雾 边界层 气象要素 大气污染物 无人机 高分辨率垂直观测
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大气边界层中风力机载荷及功率特性的实验研究 被引量:1
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作者 郭兴铎 李银然 +2 位作者 李仁年 魏魁 马清东 《太阳能学报》 北大核心 2025年第1期9-16,共8页
该文在风洞中构建出两种平均风切变指数和湍流强度的大气边界层风场,并开展均匀来流和大气边界层条件下风力机载荷及功率特性的实验研究。结果表明:风力机偏航运行时,机组轴向载荷减小,疲劳载荷增大,随着偏航角增大,风轮功率系数减小,... 该文在风洞中构建出两种平均风切变指数和湍流强度的大气边界层风场,并开展均匀来流和大气边界层条件下风力机载荷及功率特性的实验研究。结果表明:风力机偏航运行时,机组轴向载荷减小,疲劳载荷增大,随着偏航角增大,风轮功率系数减小,最优叶尖速比降低。在大气边界层来流条件下,风轮平均倾覆力矩系数和功率系数较均匀来流增大,机组疲劳载荷、极端载荷,及输出功率的非定常特性显著增加,且功率系数的概率分布更符合高斯分布。此外,风轮功率系数频谱与大气边界层来流速度频谱存在一定程度的关联性,在耦合区间出现Φ_(p)/Φ_(u)-f^(-2)的幂率关系。而功率系数频谱在超过约3倍转频后基本维持水平趋势,表明湍流来流与输出功率的调制作用在该频率处开始解耦,解耦后风力机功率输出受湍流来流的影响较弱,其功率谱响应主要取决于风轮的自身特性。 展开更多
关键词 水平轴风力机 大气边界层 湍流 功率 载荷 风洞实验
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北京地区一种弱风速带包裹型边界层急流现象的研究 被引量:1
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作者 王嘉鑫 王成刚 +3 位作者 严家德 苗世光 刘志涛 樊嵘 《气象》 北大核心 2025年第5期607-617,共11页
边界层急流通过促进物质与能量的交换,与空气污染、降水等问题密切相关,研究边界层急流有助于大气污染和极端天气预报水平的提高。在利用2018年3月至2019年2月多普勒测风激光雷达资料对北京地区边界层急流的研究过程中,发现了一种特殊... 边界层急流通过促进物质与能量的交换,与空气污染、降水等问题密切相关,研究边界层急流有助于大气污染和极端天气预报水平的提高。在利用2018年3月至2019年2月多普勒测风激光雷达资料对北京地区边界层急流的研究过程中,发现了一种特殊的急流现象,使用数值模拟方法对该现象形成机制进行了研究。结果表明:该急流强度在6m·s^(-1)左右,多出现在02—09时(北京时)。急流厚度较薄,仅500m左右,急流轴高度仅有200~300m,明显低于经典型边界层急流。垂直方向风切变明显,急流内部以东北风为主,而急流上方为西南风。在风向转换区形成了一条弱风速带,该区域对低层急流进行了“包裹”,故称其为弱风速带包裹型边界层急流。地形强迫作用是弱风速带包裹型边界层急流形成的根本原因。受太行山脉与燕山山脉的阻挡及夜间地形冷泄流的共同作用,靠近山体的平原地区形成了一条浅薄的东北风控制带,长、宽、高分别为130km、10km、600m,该风速带即为弱风速带包裹型边界层急流出现的位置,同时也是急流高度较低的成因。夜间山风带来的大量冷空气会楔入平原地区底部,形成明显的地形逆温,在逆温层的作用下,大气湍流运动迅速减弱,上方气流与地面解耦形成急流。随着地面冷池的增厚及向南扩展,急流也不断向南、向上发展,日出后随着逆温层消散,急流逐渐减弱消散。弱风速带包裹型边界层急流的发生对北京地区大气底层污染物的传输扩散、城市热岛结构演变都具有重要的作用。 展开更多
关键词 北京地区 边界层急流 时空演变 地形强迫作用 弱风速带
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山丘地形的陆面过程及边界层特征的模拟 被引量:10
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作者 胡小明 刘树华 《应用气象学报》 CSCD 北大核心 2005年第1期13-23,共11页
将模式NP 89的陆面过程参数化方法应用到北京大学的三维复杂地形中尺度数值模式中 ,得到了一个较理想的三维陆面过程及边界层模式 ,利用这个改进的三维模式对 2 0km× 2 0km范围的山丘地形的陆面过程及边界层特征进行了数值模拟。... 将模式NP 89的陆面过程参数化方法应用到北京大学的三维复杂地形中尺度数值模式中 ,得到了一个较理想的三维陆面过程及边界层模式 ,利用这个改进的三维模式对 2 0km× 2 0km范围的山丘地形的陆面过程及边界层特征进行了数值模拟。模拟结果表明 ,由于地形阻挡所造成山后的湍流较山前强 ,进而造成近地面温度梯度和感热支出小 ,最终造成山后的温度比山前的温度明显偏高 ;而且随着山高的增加 ,这种现象更加明显 ,即该模式对山丘地形条件下的陆面过程和大气边界层特征具有较强的模拟能力 ;模拟结果合理 ,对研究过山气流形成机制、起伏地形大气边界层物理特征和污染物的扩散具有理论和应用价值。 展开更多
关键词 陆面过程 边界层特征 起伏地形 大气边界层 边界层模式 中尺度数值模式 感热 山丘地 利用 温度
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江淮夏季不同对流过程的无人机边界层观测特征分析 被引量:1
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作者 李厚凝 李昕 +2 位作者 李煜斌 吴泓 曾明剑 《大气科学学报》 北大核心 2025年第1期136-151,共16页
利用2019年7—10月江苏盐城5个站点的旋翼无人机观测资料,对夏季对流天气发生前的大气边界层特征进行分析。选取ERA5和L波段雷达探空对旋翼无人机观测的温度、湿度和风场数据进行了观测偏差和误差的定量化估计。结果表明,在不同高度层,... 利用2019年7—10月江苏盐城5个站点的旋翼无人机观测资料,对夏季对流天气发生前的大气边界层特征进行分析。选取ERA5和L波段雷达探空对旋翼无人机观测的温度、湿度和风场数据进行了观测偏差和误差的定量化估计。结果表明,在不同高度层,无人机观测温度与探空观测的平均偏差为-0.2~0.02℃,观测误差为0.44~0.59℃;相对湿度与ERA5的平均偏差为1.27%~7.14%,观测误差为7.14%~10.71%;风速、风向与探空观测的平均偏差分别为0.40~1.34 m/s和-3.87°~4.98°,观测误差分别为1.24~1.62 m/s和10.50°~23.96°。各变量同两个参考数据集具有较好的一致性,数据准确度满足边界层分析要求。针对3类不同天气背景下的夏季对流天气过程进行了边界层特征分析,无人机观测揭示了重要的信息:对于非天气尺度强迫的弱降水个例,无人机观测捕捉到了降水前边界层顶逆温层高度变化和局地风场辐合,边界层内的状态变化解释了弱降水成因;对于天气尺度强迫且主导系统位置稳定的降水个例,降水由大尺度低层不稳定导致,边界层特征呈现出对大尺度强迫的响应;对于天气尺度强迫且系统快速移动的降水个例,因平流引起边界层内气象要素迅速变化,边界层高度由于冷空气入侵急剧下降,近地层出现风向与主导系统移动方向一致的风速大值区。 展开更多
关键词 无人机观测 对流天气过程 边界层观测特征
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基于可变边界层的永磁同步电机滑模观测器无位置传感器控制系统设计 被引量:2
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作者 石欣然 刘景林 +4 位作者 肖明朗 李蒙岐 官睿智 卢芷蔓 杨嵛媛 《中国电机工程学报》 北大核心 2025年第14期5657-5668,I0028,共13页
该文提出一种可自动调节边界层的滑模观测器(sliding mode observer,SMO),可达成边界层根据电机工况自动调节的目的,实现对永磁同步电机(permanent magnet synchronous motor,PMSM)的转子位置的精确观测,同时对抖振进行抑制,并且设计过... 该文提出一种可自动调节边界层的滑模观测器(sliding mode observer,SMO),可达成边界层根据电机工况自动调节的目的,实现对永磁同步电机(permanent magnet synchronous motor,PMSM)的转子位置的精确观测,同时对抖振进行抑制,并且设计过程大为简化。首先,介绍一种可变边界层的SMO,具有削弱SMO抖振的能力,省去低通滤波器(low-pass filter,LPF)。其次,分析边界层在SMO中的影响,包括观测反电动势、估计电流、估计转速和估计位置,并总结相应的变化规律,确定边界层的选取标准,即平衡抖振的抑制和高控制精度之间的关系。最后,为了实现边界层根据电机工况自动调节的目的,结合在边界层影响分析中的规律以及选取标准,提出一种基于估计电流误差变化率确定边界层的方法,仿真和实验结果表明,该方法具有可行性和有效性。 展开更多
关键词 永磁同步电机 无位置传感器控制 滑模观测器 边界层 估计电流误差
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四川盆地霾过程边界层逆温的演化特征及其污染效应 被引量:1
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作者 贺丽媛 杨柳 +1 位作者 朱瑶 倪长健 《中国环境科学》 北大核心 2025年第1期11-18,共8页
利用四川盆地2014~2017年冬季4个地区(成都、宜宾、达州和重庆)的秒级探空资料和常规环境气象监测数据,结合同期成都的Mie散射激光雷达探测资料,通过大气消光系数廓线识别边界层结构,探究了霾天气过程中大气边界层逆温演化特征及其污染效... 利用四川盆地2014~2017年冬季4个地区(成都、宜宾、达州和重庆)的秒级探空资料和常规环境气象监测数据,结合同期成都的Mie散射激光雷达探测资料,通过大气消光系数廓线识别边界层结构,探究了霾天气过程中大气边界层逆温演化特征及其污染效应.结果表明:贴地逆温(SLI)、混合层顶逆温(MLI)以及气溶胶分界层逆温(ABI)是边界层逆温的3种基本形态.三层逆温一致表现为自下而上逐渐减弱的形态特征,但在地区之间呈现出明显的空间分异性.随着霾从形成期向发展期和持续期的渐进演化,三层逆温的发生频率显著上升,SLI的强度和厚度逐渐减小,MLI的强度和厚度则不断增加,底高也随之降低,ABI的强度和厚度呈波动变化.SLI和MLI的共存及其协同演变不仅强烈地抑制了地面污染物的垂直扩散,而且有利于近地面湿度的增加,进而诱发地面颗粒物的积聚以及吸湿性的增强,从而导致地面能见度降低.上述成果从新的视角揭示了四川盆地霾过程边界层逆温的复杂演化形态及其影响,也为后续针对对流层低层逆温的一体化研究奠定了基础. 展开更多
关键词 霾过程 边界层 逆温 污染效应 四川盆地
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不同天气条件叶片边界层湿度对土壤水分的响应及其影响因素 被引量:1
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作者 郝英惠 韩玮 +4 位作者 罗招磊 沈跃 申明骏 刘昕雨 王建城 《生态学报》 北大核心 2025年第10期4828-4841,共14页
叶片边界层湿度与环境湿度存在很大差异,预测叶片边界层湿度对预防植物病害具有重要意义,以葡萄(“北冰红”、“巨峰”)、草莓(“红颜”、“宁玉”)为研究对象,研究了不同天气及土壤水分处理下叶片边界层湿度的变化趋势,并分析叶片生理... 叶片边界层湿度与环境湿度存在很大差异,预测叶片边界层湿度对预防植物病害具有重要意义,以葡萄(“北冰红”、“巨峰”)、草莓(“红颜”、“宁玉”)为研究对象,研究了不同天气及土壤水分处理下叶片边界层湿度的变化趋势,并分析叶片生理指标与叶片边界层湿度的相关关系,基于支持向量机理论建立了叶片边界层湿度预测模型。结果表明:(1)植物叶片边界层湿度均在距离叶片上下表面1 mm、5 mm处显著高于环境湿度,叶片15 mm处与环境湿度无显著性差异,叶片上下表面1 mm的叶片边界层湿度最高,叶片边界层湿度与环境湿度的差异表现为晴天>阴天;(2)晴天及阴天条件下,叶片下表面的叶片边界层湿度均高于上表面,叶片上下表面1 mm、5 mm的叶片边界层湿度均随土壤含水量的升高而升高;(3)叶片边界层湿度与净光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)、叶片水势、气孔长度(SL)、土壤含水量呈极显著正相关,与环境湿度和叶片上下表面的距离呈极显著负相关;(4)基于支持向量机(SVR)构建的叶片边界层湿度预测模型,决定系数R2为0.938,达到了0.9以上,模型精度较高。叶片边界层湿度预测模型可以快速准确的预测叶片边界层湿度,对开展病害生态防治具有重要意义,并为研究作物栽培与环境的关系提供了理论基础。 展开更多
关键词 叶片边界层湿度 环境湿度 土壤含水量 预测模型
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激波边界层干扰流动中SST模型的贝叶斯修正 被引量:1
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作者 张孟石 王昕 +2 位作者 张亮 唐登高 阎超 《力学学报》 北大核心 2025年第9期2122-2133,共12页
广泛应用的湍流模型因其自身封闭参数存在可变性,使得对力/热等物理量的预测也存在不确定性.对湍流模型开展不确定度量化分析与改进,能够有效提升其预测精度和可信度.针对工程中常见的柱裙激波/边界层干扰流动问题,选择了剪切应力输运(s... 广泛应用的湍流模型因其自身封闭参数存在可变性,使得对力/热等物理量的预测也存在不确定性.对湍流模型开展不确定度量化分析与改进,能够有效提升其预测精度和可信度.针对工程中常见的柱裙激波/边界层干扰流动问题,选择了剪切应力输运(shear stress transport,SST)湍流模型及加入二次本构关系(quadratic constitutive relation,QCR)修正的剪切应力输运模型作为研究对象,对其封闭参数的不确定度进行量化研究,最终实现对湍流模型气动热预测能力的改进.具体步骤包括:首先通过采样得到先验样本以构建代理模型,其次对模型参数进行敏感性分析以甄别关键参数,最后通过贝叶斯推断方法实现对模型参数的校正,并在相似工况下验证了修正模型的适用性.结果表明,湍流模型在修正后,对于热流与压力的预测能力明显提高,同时两个模型具有的关键参数相同.此外,对湍流模型进行贝叶斯推断会使得计算得到的物理量发生明显变化,从而影响对分离区的预测,使得热流与压力预测更接近实验值.因此,使用贝叶斯推断方法并结合实验数据对湍流模型封闭参数进行校准,能够有效提高湍流模型对气动热的预测能力. 展开更多
关键词 湍流模型 激波/边界层干扰 不确定度量化 贝叶斯推断方法
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旋翼翼型激波/边界层干扰特性分析
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作者 杨柳青 赵国庆 +3 位作者 王清 井思梦 马砾 招启军 《南京航空航天大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第4期739-748,共10页
采用雷诺平均Navier-Stokes(Reynolds-averaged Navier-Stokes,RANS)方法结合基于当地变量的γ-Re_(θt)转捩模型,开展了旋翼翼型的激波/边界层干扰(Shock wave/boundary layer interaction,SWBLI)特性研究。重点关注了旋翼桨尖附近可... 采用雷诺平均Navier-Stokes(Reynolds-averaged Navier-Stokes,RANS)方法结合基于当地变量的γ-Re_(θt)转捩模型,开展了旋翼翼型的激波/边界层干扰(Shock wave/boundary layer interaction,SWBLI)特性研究。重点关注了旋翼桨尖附近可能出现的SWBLI及其对气动特性和转捩特性的影响,并研究了气流参数对SWBLI的影响规律。结果表明:激波以及SWBLI引发的流动现象(例如激波后减速和流动分离)在一定程度上可以减小翼型的摩阻,但同时其自身会导致总阻力和升力特性的急剧恶化,力矩特性也会出现剧烈的变化。在本文的计算工况范围内,迎角、马赫数对SWBLI的影响较为显著,湍流度会对SWBLI造成一定程度的影响,而雷诺数对SWBLI的影响相对较小,各参数的影响机制及规律差别较大。 展开更多
关键词 旋翼翼型 跨声速流动 激波/边界层干扰 转捩 气流分离
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考虑边界层分离的隧道侧向集中排烟有效空间及效率研究
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作者 朱代强 徐湃 +2 位作者 蒋树屏 刘奕显 刘灿 《铁道科学与工程学报》 北大核心 2025年第2期817-828,共12页
侧向集中排烟模式在隧道火灾排烟系统设计中备受青睐,其应用前景广阔。然而,烟气沿“隧道-排烟口-排烟道”流动时将不可避免地发生边界层分离,造成有效排烟空间减小,影响排烟效率。为揭示边界层分离影响下侧向集中排烟有效空间及排烟效... 侧向集中排烟模式在隧道火灾排烟系统设计中备受青睐,其应用前景广阔。然而,烟气沿“隧道-排烟口-排烟道”流动时将不可避免地发生边界层分离,造成有效排烟空间减小,影响排烟效率。为揭示边界层分离影响下侧向集中排烟有效空间及排烟效率,以某3车道沉管隧道为例,开展不同火源热释放速率下1∶10缩尺模型试验和FDS数值模拟。通过观测分析排烟口及排烟道内3个边界层分离区域,提出考虑边界层分离区体积的有效排烟空间量化方法,量化排烟风量、排烟口宽高比、排烟口布设高度影响下有效排烟空间和排烟效率大小。从单组排烟口与排烟系统2个角度,分析排烟口、排烟道有效排烟空间与排烟效率的关系,得到排烟口与排烟策略的优化设计参数。研究结果表明:排烟口内有效排烟空间与排烟效率受排烟口参数和排烟策略的影响强于排烟道内,且受排烟口参数的影响强于排烟策略;排烟效率不仅与有效排烟空间相关,还与排烟速率密切相关,应重点关注排烟口内边界层分离及排烟速率对排烟效率的影响;火源热释放速率50 MW时,排烟口宽高比2∶1、排烟口布设高度5.75 m、排烟风量360 m~3/s为侧向集中排烟系统优化设计参数。研究成果可为充分挖掘侧向集中排烟潜能提供参考,为实现隧道火灾高效排烟提供依据。 展开更多
关键词 隧道火灾 侧向集中排烟模式 边界层分离 有效排烟空间 排烟效率
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湍流边界层壁面脉动压力波数-频率谱归一化研究
12
作者 冯奕腾 胡海豹 +2 位作者 杜鹏 章荣平 赵鲲 《振动与冲击》 北大核心 2025年第19期114-124,共11页
波数-频率谱是描述湍流边界层壁面脉动压力相关特性的重要统计学工具。为了进一步掌握湍流边界层壁面脉动压力共性特征,从而支撑预测模型构建,需开展湍流边界层壁面脉动压力波数-频率谱归一化研究。首先基于由Lighthill方程推导建立的... 波数-频率谱是描述湍流边界层壁面脉动压力相关特性的重要统计学工具。为了进一步掌握湍流边界层壁面脉动压力共性特征,从而支撑预测模型构建,需开展湍流边界层壁面脉动压力波数-频率谱归一化研究。首先基于由Lighthill方程推导建立的可压缩基湍流边界层壁面脉动压力波数-频率谱预测模型,通过源项优化推导建立了波数-频率谱归一化方法。然后,在低速风洞中开展平板湍流边界层壁面脉动压力测量试验,通过运用热线风速仪获得了近壁面速度分布特征,支撑了归一化方法构建;利用表面阵列,获得了不同风速下湍流边界层壁面脉动压力自谱、波数-频率谱特征。最后,基于试验数据,验证了所构建的波数-频率谱归一化方法。研究表明:通过对预测模型中源项进行合理的优化,可形成波数-频率谱归一化方法构建;表面阵列可以实现对湍流边界层壁面脉动压力自谱以及波数-频率谱的测量,能够较为准确地反映湍流边界层壁面脉动压力的相关特性;通过对波数-频率谱的归一化,验证了归一化方法的适用性,可以认为归一化波数-频率谱与马赫数、雷诺数等无关。该研究可为航空、航海、高铁等工程领域的流致噪声问题研究提供理论支撑。 展开更多
关键词 湍流边界层(TBL) 壁面脉动压力 波数-频率谱 归一化 低速风洞 热线风速仪(HWA) 表面阵列
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北极大气边界层特征研究综述
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作者 王芬 常亮 高郭平 《极地研究》 北大核心 2025年第2期342-362,共21页
北极是地球气候系统中的重要冷源之一,其对气候变化的区域响应和全球反馈作用成为了国际研究热点。因而北极大气边界层研究不仅是极地区域气候研究的重要组成,而且在地表(冰、海)与大气的相互作用中扮演着重要角色。本文分析了北极大气... 北极是地球气候系统中的重要冷源之一,其对气候变化的区域响应和全球反馈作用成为了国际研究热点。因而北极大气边界层研究不仅是极地区域气候研究的重要组成,而且在地表(冰、海)与大气的相互作用中扮演着重要角色。本文分析了北极大气边界层特征的国内外研究进展,梳理了关于北极大气边界层高度、逆温、逆湿和低空急流4个主要特征的研究内容,探究了海冰、云和下垫面这3个影响北极边界层特征变化的重要因素,讨论了大气边界层结构与大气环境的相互作用与综合影响,同时也提出目前极地大气边界层研究中亟待解决的问题和未来应予以关注的重点研究方向。 展开更多
关键词 大气边界层特征 海冰 下垫面 综述 北极地区
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对流边界条件下超临界流体层流边界层相似解
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作者 李桢 杨瑞 +1 位作者 赵玉新 汪元 《推进技术》 北大核心 2025年第1期50-59,共10页
在超燃冲压发动机中,燃烧室和尾喷管内的高温燃气使再生冷却通道中的流体达到超临界状态,即在对流边界条件下形成超临界流体边界层,但其基本特性尚未明晰。为此,本文通过相似性解法计算了具有对流边界条件的超临界二氧化碳(SCO_(2))平... 在超燃冲压发动机中,燃烧室和尾喷管内的高温燃气使再生冷却通道中的流体达到超临界状态,即在对流边界条件下形成超临界流体边界层,但其基本特性尚未明晰。为此,本文通过相似性解法计算了具有对流边界条件的超临界二氧化碳(SCO_(2))平板层流边界层,来流压力为8 MPa。文中定义了热对流系数Mθ和局部对流换热常数c,它们分别与平板下表面热流体的温度及对流换热系数呈正相关,并分析了Mθ和c对边界层速度及温度剖面的影响。当c极小时,该问题可退化为绝热壁工况;相反,当c足够大时,它的表征类似于等温壁工况。随着Mθ和c的增大,壁面热流也增大;若来流温度为亚临界,此时边界层将出现跨临界机制,使壁面努塞尔数加剧降低。 展开更多
关键词 超临界流体 对流边界条件 层流边界层 相似解 壁面传热
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夏季午后重庆大气边界层垂直结构分析
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作者 姜平 翟丹华 +2 位作者 朱浩楠 吴遥 张芬 《高原气象》 北大核心 2025年第5期1339-1351,共13页
利用雷达探空加密观测资料,对夏季午后重庆山地大气边界层的垂直结构进行分析,给出不同天气条件下大气边界层的一般特征。结果表明,晴天及多云条件下,夏季午后重庆大气边界层表现为典型的对流边界层结构:晴天,对流边界层发展旺盛,地表... 利用雷达探空加密观测资料,对夏季午后重庆山地大气边界层的垂直结构进行分析,给出不同天气条件下大气边界层的一般特征。结果表明,晴天及多云条件下,夏季午后重庆大气边界层表现为典型的对流边界层结构:晴天,对流边界层发展旺盛,地表加热明显,近地面超绝热层较厚、位温递减率较大,边界层高度平均可达1.5 km,最高达到2.1 km;多云条件下,对流边界层相对较弱,边界层高度平均只有1.0 km。阴天,大气边界层表现为典型的上午时段的边界层结构,即在对流边界层与夹卷层之间存在稳定边界层和残余混合层,对流边界层厚度较低,在0.8 km以下。降雨时,大气边界层位温表现出中性层结特征,即不存在明显的对流边界层结构。在无明显天气过程条件下,边界层的风速整体较低,小于5.0 m·s^(-1),甚至出现静风,比湿随高度的变化与位温大致相反;降水条件下,由于受不同天气系统和过程的影响,边界层的风场和湿度特征相对比较复杂和多变。 展开更多
关键词 夏季午后 大气边界层 垂直结构 天气条件
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HyTRV标模迎风面马赫6边界层转捩实验
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作者 涂国华 王傲 +4 位作者 刘姝怡 黄刚雷 段茂昌 徐洋 陈坚强 《实验流体力学》 北大核心 2025年第5期88-99,共12页
边界层转捩研究对高速飞行器设计具有重要意义,复杂几何外形的边界层转捩研究是当下研究热点之一。针对HyTRV升力体标模,在常规风洞中进行了Ma=6条件下的转捩实验研究。通过红外热成像技术,结合数值模拟分析,探究了表面粗糙度、攻角、... 边界层转捩研究对高速飞行器设计具有重要意义,复杂几何外形的边界层转捩研究是当下研究热点之一。针对HyTRV升力体标模,在常规风洞中进行了Ma=6条件下的转捩实验研究。通过红外热成像技术,结合数值模拟分析,探究了表面粗糙度、攻角、单位雷诺数对HyTRV迎风面转捩阵面的影响规律,并对比了2座风洞中相同模型的实验结果。结果表明:粗糙度分别为1、3和6μm的工况下,增大表面粗糙度对转捩位置影响较小;在0°~6°攻角范围内,增大攻角虽然能有效抑制横流区转捩,但促进了中心线转捩;增大单位雷诺数会导致横流区转捩且中心线转捩位置前移,转捩雷诺数增大;相同实验模型转捩阵面在不同风洞条件下存在较大差异,在相同单位雷诺数下,喷管出口尺度大的风洞转捩雷诺数大于喷管出口尺度小的风洞转捩雷诺数。 展开更多
关键词 HyTRV标模 边界层转捩 风洞实验 攻角 单位雷诺数 表面粗糙度
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电磁力控制流体边界层的电磁分析
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作者 常雪宇 彭爱武 赵凌志 《电工电能新技术》 北大核心 2025年第3期91-98,共8页
电磁力控制流体边界层是目前流体控制的研究热点,电磁激活板是进行电磁力流体边界层控制的主要方式。为精确计算分析电磁力流体边界层控制的输入能量和控制效率,通过采用基于COMSOL的电磁场仿真模拟方法,结合理论推导和数值计算,对海水... 电磁力控制流体边界层是目前流体控制的研究热点,电磁激活板是进行电磁力流体边界层控制的主要方式。为精确计算分析电磁力流体边界层控制的输入能量和控制效率,通过采用基于COMSOL的电磁场仿真模拟方法,结合理论推导和数值计算,对海水中平面电磁激活板的电磁特性进行了系统研究。得到了电磁激活板及周围海水中电磁场的空间分布规律,提出了电磁激活板输入电流和电功率的精确计算方法,分析并获得了电磁激活板的主要结构参数——磁极间距和磁极厚度对平均磁通密度、电磁场穿透深度、电磁力、输入电流以及输入电功率的影响及变化规律,从而为电磁激活板的能量转换效率分析和性能优化提供了重要的理论依据。本文的研究结果可以扩展到水下航行器和超高音速飞行器的减阻、增升、电磁表面推进和矢量控制,将促进其性能提升和相关技术发展。 展开更多
关键词 电磁流动控制 电磁力 边界层 电磁分析
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基于机器学习的大气边界层高度预测方法研究
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作者 白嘉怡 魏伟 +1 位作者 张宏昇 车慧正 《大气科学学报》 北大核心 2025年第3期404-416,共13页
大气边界层高度受多种气象因素影响,正确掌握大气边界层高度连续变化和演变规律具有重要意义。为解决传统技术手段获取大气边界层高度存在的时空分辨率低、误差偏大等问题,本研究基于机器学习方法--XGBoost,利用2016年1月—2019年5月北... 大气边界层高度受多种气象因素影响,正确掌握大气边界层高度连续变化和演变规律具有重要意义。为解决传统技术手段获取大气边界层高度存在的时空分辨率低、误差偏大等问题,本研究基于机器学习方法--XGBoost,利用2016年1月—2019年5月北京地区长期的地面气象观测、风廓线测风雷达和探空观测数据进行训练,确定算法模型估算大气边界层高度,预测了2019年6月—2020年5月北京地区大气边界层高度。结果表明:在晴朗的白天,模型预测效果最好,与真实观测存在较高的一致性,相关系数达到0.86;夜间预测效果较差。地表温度、相对湿度、风速是对模型预测结果影响最显著的特征。预测的边界层高度呈现显著日变化,日出之后迅速发展,午后逐渐下降,夜间逐渐达到平稳;春夏季北京地区边界层高度日变化较为显著,可达1 km;秋冬季日变化幅度较小,约为700 m。总体上,XGBoost算法预测边界层高度的能力优于多元线性回归算法和支持向量回归算法。基于机器学习的边界层高度估计和预测方法避免了传统手段设置阈值带来的误差,为边界层高度连续观测和预测提供了新思路。 展开更多
关键词 XGBoost方法 机器学习 大气边界层高度 日变化
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基于积分形式的湍流边界层壁面摩擦速度预测方法
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作者 孟响 卢兆麟 +1 位作者 李栋 张凯 《力学学报》 北大核心 2025年第1期43-54,共12页
湍流边界层流动广泛存在于自然界、航空航天以及环境工程等领域.壁面摩擦速度是湍流边界层理论研究和工程应用中的一个重要参数,对其进行准确预测具有十分重要的科学意义和工程价值.文章基于雷诺平均动量方程提出了一种利用湍流边界层... 湍流边界层流动广泛存在于自然界、航空航天以及环境工程等领域.壁面摩擦速度是湍流边界层理论研究和工程应用中的一个重要参数,对其进行准确预测具有十分重要的科学意义和工程价值.文章基于雷诺平均动量方程提出了一种利用湍流边界层平均速度和雷诺应力剖面预测壁面摩擦速度的积分方法.该方法仅需要同一流向位置、边界层外层的平均流场分布,显著降低了对近壁面流场数据的依赖性.通过文献中大量的直接数值模拟和实验数据验证,该方法的相对误差在±3%以内,且受积分上下限以及边界层厚度等模型参数的影响较小.通过与文献中具有相似积分形式的壁面摩擦速度预测方法比较,发现湍流边界层壁面摩擦速度预测方法的精度与选取的总切应力模型密切相关.本文提出的壁面摩擦速度预测方法适用于不可压缩、零压力梯度光滑及粗糙壁面湍流边界层流动,具有精度高和鲁棒性强等特点,研究结果可为航空航天及能源动力等领域重大工程应用中湍流壁面摩擦阻力的准确预测和调控提供理论指导. 展开更多
关键词 壁面摩擦速度 湍流边界层 直接数值模拟 实验测量
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前置定子导管桨导管边界层脉动压力波数-频率谱特性
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作者 李旭 李光明 +3 位作者 张宇祥 魏建辉 李昌龙 黄修长 《噪声与振动控制》 北大核心 2025年第5期77-83,共7页
针对前置定子导管桨运转时导管边界层内的壁面脉动压力特性和脉动压力产生机理开展研究。采用大涡模拟方法对前置定子导管桨推进下无附体的Suboff模型进行计算,采用波数-频率域分析方法分析前置定子导管桨导管壁面脉动压力的特性以及波... 针对前置定子导管桨运转时导管边界层内的壁面脉动压力特性和脉动压力产生机理开展研究。采用大涡模拟方法对前置定子导管桨推进下无附体的Suboff模型进行计算,采用波数-频率域分析方法分析前置定子导管桨导管壁面脉动压力的特性以及波数-频率域的变化规律,通过求解泊松方程对比边界层中所有源项对总壁压的相对贡献。结果表明,导管内、外壁面脉动压力的自功率谱与逆压梯度下平板脉动压力的自功率谱特性相似;在导管内、外壁面和定子壁面脉动压力波数-频率谱中均出现叶频及倍叶频特征;导管外壁面平均湍流作用项引起的分压谱占主导地位,导管内壁面平均湍流作用项与湍流-湍流作用项分压谱贡献相当。 展开更多
关键词 振动与波 前置定子导管桨 壁面脉动压力 湍流边界层 波数-频率谱 逆压梯度
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