发动机燃烧室内壁材料热环境的气动热试验模拟技术研究

利用超声速矩形湍流导管和等离子电弧加热器模拟了发动机燃烧室内流和高超声速飞行器外壁面外流热环境,进行了平板表面冷壁热流测量和燃烧室内壁材料考核试验。结果表明:由于辐射换热的影响,在选取的两个典型来流条件下,发动机燃烧室内流热环境下的冷壁热流比外流热环境下的高出21%和40%,但是冷壁热流的增量基本相当,约为0.70~0.80MW/m²。随着冷壁热流的增加,辐射换热产生的热流增量的影响力会逐渐减小。材料考核时,相同配方的C/SiC复合材料在内流热环境下的表面温度高出约400℃,背面温度高出约90℃,这种差异对于发动机燃烧室内壁面材料考核至关重要,必须在材料考核试验中加以考虑。      

AP9/AE9/SPM辐射环境模型研究

对辐射环境模型AP9/AE9/SPM进行了系统研究,重点分析了AP9/AE9/SPM辐射环境模型的发展历程、建模数据、模型能力、模型使用方法、模型特点和局限性以及发展趋势。总结了AP9/AE9/SPM辐射环境模型“螺旋式上升”研发途径中所发布的11个版本的特点、数据覆盖时间范围和能量范围。指出AP9/AE9/SPM辐射环境模型在研发过程中是通过不断地将最新的观测数据和理论知识进行整合,达到扩展模型能量覆盖范围、增加空间粒子分布的目的。最新的AP9/AE9/SPM辐射环境模型具备了命令行和图形用户接口应用程序2种灵活便捷的使用方式,能覆盖完整的辐射带空间,基本实现了电子和质子能量范围的全覆盖。但目前最新版本的AP9/AE9/SPM仍然存在一些局限,这些局限会随着辐射带探测数据的积累和人类对辐射带机理的进一步认知而逐渐得到改善。该研究可帮助用户快速了解并正确使用AP9/AE9/SPM辐射环境模型,为我国自主辐射环境模型研发提供重要参考。     

西藏日太阳总辐射估算模型的优化与时间尺度效应

根据2012～2014年拉萨站点的日太阳辐射观测数据,对3种日太阳总辐射估算模型(左大康、Prescoff和王炳忠等提出的估算模型)的估算结果和实际观测结果进行误差检验分析,结果表明:3种模型都通过了显著性检验,其平均绝对误差(MAE)分别为6.17 MJ/(m~2·d)、6.42 MJ/(m~2·d)和12.31 MJ/(m~2·d),均方根误差(RMSE)分别为1.60 MJ/(m~2·d)、1.65 MJ/(m~2·d)和2.78 MJ/(m~2·d),表明利用地理位置信息和日照时数的左大康估算模型对拉萨日太阳总辐射的估算效果优于Prescoff和王炳忠估算模型。利用左大康估算模型分别估算得到2015年拉萨、那曲和葛尔地区的日太阳总辐射值,并进行模型验证。通过分析拉萨1971～2015年的太阳总辐射变化和周期性特征,研究日太阳总辐射估算模型的时间尺度效应。按照11年和四季两种不同的时间尺度,利用线性回归法对日太阳总辐射估算结果和实际观测结果进行误差和相关性分析,得到经验参数a和b的值与时间尺度有一定关系。11年和四季两种时间尺度除夏季以外,其他时间拟合模型的精度均得到了提高。通过线性回归法得出45年的西藏日太阳总辐射优化估算模型,该模型估算日太阳总辐射的误差小于左大康模型,估算精度较高。     

中国地表太阳辐射资源空间化模拟

基于1981—2010年全国122个气象台站的太阳辐射和气温日较差观测数据,将Bristow-Campbell太阳辐射估算模型在中国八大自然区分别进行了参数校正和验证;利用地理信息空间分析平台,采用PRISM模型对中国区域平均最高与最低气温空间化的结果,将其输入Bristow-Campbell模型,实现太阳总辐射的空间栅格化模拟;通过斯忒藩-玻耳兹曼定律计算全国地表长波辐射平衡;进而根据太阳辐射平衡公式,得到中国地表太阳辐射平衡的空间格局。结果表明:经过校验的Bristow-Campbell可以较准确地估算中国区域太阳总辐射资源;基于Bristow-Campbell辐射估算模型,结合气象数据的空间化模型,是实现太阳净辐射资源空间化模拟的有效途径;我国地表太阳净辐射总体空间格局表现为高值区位于青藏高原,每年可达9 000 MJ·m^-2,东部地区的净辐射年总量较低,东北稍高,浙闽地区稍低,低值区位于川黔地区,年平均约为2 000 MJ·m^-2左右。     

燃烧过程氮氧化物系统中反应和传递模型研究进展

氮氧化物是空气中主要污染物之一,随着计算燃烧学迅速发展,氮氧化物(NOx)生成反应和传递过程的模拟在燃烧反应器设计工作中所起的作用越来越重要,如何建立合理而经济的预测模型,是其中的关键问题之一。根据国内外的研究现状,本文对燃烧过程氮氧化物系统中的反应和传递模型研究进展进行了评述,讨论了各个模型的优点和不足,并提出了NOx预测模型今后的发展方向。     

生物质在回转干燥窑中的动力学特性及模拟研究

基于欧拉-欧拉模型研究生物质在回转干燥窑中颗粒-颗粒,颗粒-载气,颗粒-墙壁之间的相互作用及动态特性,并运用Taguchi正交实验法分析生物质粒径大小,干燥窑回转速度,初始填充率等不同运行条件下生物质在回转窑中的运动特性和净通量特性。模拟结果表明:粒径大小与回转窑旋转速度对生物质净通量及轴向混合影响较大,初始填充率对生物质径向混合作用明显。     

利用卫星资料估算我国西北地区直接辐射

在缺乏直接辐射、云量、日照时数等地面观测资料情况下,如何正确估算太阳直接辐射对太阳能合理开发利用有重要意义。利用NCEP/NCAR再分析资料、EOS-AURA卫星和FY-2C气象卫星反演资料,采用一个改进的宽带辐射传输模型对我国西北5个地面辐射站点2006年和2007年直射日曝辐量进行了估算。模型首先在Bird模型基础上对晴空条件下的太阳直接辐射进行了计算,然后结合FY-2C气象卫星总云量和云类反演数据,引入了一个线性方程,对实际天气状况下的直射日曝辐量进行了计算。结果表明:5个站点模拟的直射日曝辐量与实测值均存在较好一致性,评价效率系数NSE介于0.68~0.8,而对月均直射日曝辐量的模拟结果则显示模型在4-10月的估算精度要高于11-3月结果。     

利用常规气象观测数据进行环境空气质量分析的模型研究

多箱模型可用于对面源排放的空气污染扩散进行长距离空气质量分析。本研究使多箱模型的输入参数更加实际且易于采用。在对流盛行条件下,作者详尽讨沦了如何确定地面源排放的扩散模型。常规气象观测已用于计算地表感热通量、摩擦速度和混合层厚度。辐射模型提供了对地面感热通量的估计。根据相似理论,作者提出了一个用于估计摩擦速度的迭代过程,其通过地表热通量表达式,将辐射计算与行星边界层的近地层联系了起来。主要参数——风速和涡动扩散率廓线已经求得并用于得出小时平均浓度模式。这一种研究很容易用于以观测到的气象参数来研究地面源的污染扩散。     

FY2 号气象卫星估算地面太阳辐射研究

综合考虑太阳因素、地形因素、地表积雪覆盖情况、云量以及非均质大气对太阳辐射的影响,基于FY2 号静止卫星构建晴空太阳总辐射计算模型,并利用山西省3 个辐射观测站2011 年逐时、逐日、逐月太阳总辐射观测资料对其估算结果进行检验。研究结果显示：逐时误差在±1 MJ·m^-2之间,逐日误差在±5 MJ·m^-2之间,表明模型计算的太阳辐射误差较小,稳定性较好;逐月误差结果显示,三个站模拟值都大于实测值,且误差趋势一致,均表现为冬季误差高于夏季;进一步对模拟值和实测值进行相关性分析,三站线性拟合度均在0.86～0.92 之间,且相关系数均达到显著相关水平,表明模型计算的太阳辐射准确性和精度较高,且在数值拟合上较好地反映了实际的太阳总辐射量,证实该模型应用于FY2 号气象卫星的可行性。     

邯郸市PM_(2.5)化学组成特征及来源解析

该研究通过对邯郸市环境空气中PM_(2.5)样本进行采集和成分检测,分析了该地区PM_(2.5)的浓度及化学组成特征,利用相关性分析法和富集因子法定性判断了PM_(2.5)的主要来源,利用PCA模型定量计算了各类污染源的贡献率,最后将解析结果与已有的PMF模型结果进行了对比分析。结果表明,邯郸市PM_(2.5)日均浓度(2012年10月13日-2013年1月)为146.9 g/m3,是我国环境空气质量标准(Ⅱ级)的2倍。二次水溶性离子、OC、EC是邯郸市PM_(2.5)的主要成分,约占PM_(2.5)总质量浓度的71.5%,其中,OC是PM_(2.5)中含量最丰富的单个组分,大气有机污染特征明显。PCA模型源解析结果为:工业和燃煤33.3%,二次气溶胶和生物质燃烧21.7%,机动车为12.8%,道路扬尘9.1%。将PCA、PMF模型解析结果对比后发现2种模型对PM_(2.5)的来源有较为一致的判定,工业源和燃煤源是该地区PM_(2.5)的主要来源,两者的总贡献率分别为42.1%(PMF)和33.3%(PCA)。除此之外,PMF单独解析出了Ba、Mn、Zn源,K、As、V源和重油燃烧源,PCA单独解析出了生物质燃烧源,不同的解析结果一方面与模型本身有关,另一方面与模型选择的化学成分有关。