一、A METHOD FOR DETERMINING TURBULENT TRANSFER IN THE ATMOSPHERIC SURFACE LAYER(论文文献综述)
李雪波[1](2021)在《大气表面层中相干结构的不同尺度自相似性特征》文中研究指明近年来,相干结构的不同尺度自相似性特征逐渐被揭示并获得越来越多的重视,但是受到高雷诺数数值模拟和实验手段不足的限制,高雷诺数条件下的结构自相似性鲜有研究。大气表面层是典型的高雷诺数壁面湍流运动,开展大气表面层流动观测和分析有助于深入认识相干结构的相似特性。本文通过超声风速仪在大气表面层观测捕捉到的同步的三维速度分量和空气温度,用以探索在高雷诺数壁面湍流中相干结构的尺度依赖自相似特征。首先,通过对青土湖野外观测列阵获得的非中性大气表面流动数据的统计分析,发现非中性层结条件下湍流统计特性与已有理论结果吻合,证实青土湖观测列阵得到的非中性层结数据可用于非中性层结流动的研究。进而,本论文开展了大气表面层下不同层结稳定性和不同粗糙度下流场中大尺度相干结构不同尺度的自相似性特征研究。受到热浮力作用后的相干结构的流向长度,展向长度和垂向长度的纵横比会小于实验室中性条件下的14:1:1,但是仍然保持着不同尺度之间的自相似性特征。在受到粗糙度的影响后,满足自相似性的相干结构的流向长度和垂向长度的纵横比会变大。其次,本文首次揭示了大尺度结构倾角的尺度依赖性。本文发现大气表面层流动受到热浮力的作用后,尽管所有大尺度结构倾角(流向长度为0.4-4倍的边界层厚度)均增大,但倾角增加量随着尺度减小而增加,即较小尺度的结构倾角增加更为显着。基于此,本文建立了不同热稳定性情形下考虑尺度依赖的结构倾角定量表征模型,可用于改进现有的近壁模型。这一发现也意味着仅根据纵横比去判断非稳定层结下不同尺度之间的自相似性是不足的,因为不同结构的结构倾角也同时发生了改变。最后,本文发现大气流动中非稳定性层结下温度场也有类似湍流结构的大尺度结构特性。基于温度脉动自相关的温度场结构的流向尺度随着热浮力的增强而减小,这与流场中的湍流结构随着热浮力增强而增大的规律是定性相反的。并且,温度场结构的流向长度在不同层结条件下随着高度是线性增加的。温度脉动的相干结构也具有不同尺度的自相似性特征,且结构的流向垂向纵横比随着热浮力的增大而减小,随着粗糙度的增大而增大。
马国林[2](2021)在《基于改进致动盘模型的风力机尾流特性研究》文中认为随着我国风电事业的快速发展,大规模风电场内流场的精确评估对于风电场的开发非常重要。在风力机尾流研究的诸多方法中,致动盘模型结合两方程湍流模型的方法由于占用计算资源少,计算结果相对准确,有着很大的优势。但由于致动盘模型对风力机做了诸多简化,两方程湍流模型也无法准确的重现真实风力机尾流的演化,所以这种方法还需要从多方面进行改进,以提高对风力机尾流评估的准确性。本文基于两方程湍流模型(标准k-ε模型、标准k-ω模型和SST k-ω湍流模型)研究了湍流动能衰减规律及相应的控制方法,基于标准k-ε模型研究了平衡大气边界层保持性改善方法,试图通过改进湍流模型、风轮体积力分布、机舱和塔筒的简化处理方式等提高致动盘模型在风力机尾流预测方面的精度,为研究风电场内流场及机组布局提供参考。以下是本文的主要内容:(1)通过理论推导和数值模拟,研究了两方程湍流模型(标准k-ε模型、标准k-ω模型和SST k-ω湍流模型)在计算均匀流、剪切流和中性大气时的湍流动能衰减规律。从湍流模型封闭系数的确定过程、输运方程扩散项的影响因素、入口湍流变量和计算域网格尺度等方面分析了标准k-ε模型、标准k-ω模型和SST k-ω湍流模型在计算均匀来流时湍流动能的衰减规律及其本质物理区别;分析了在剪切流中湍流模型、入口湍流强度和湍流粘性比、来流速度梯度和输运方程扩散项对湍流变量衰减的影响规律,并与均匀流中的数值模拟结果进行对比;分析了中性大气条件下不同顶部边界条件对湍流动能衰减的影响。结果表明,在这三种来流条件下均存在不同程度的湍流动能衰减现象,且与以上因素有关,但可以通过选择合适的湍流模型、入口湍流变量和顶部边界条件降低下游的湍动能衰减程度。(2)研究了均匀流中湍流动能衰减的五种控制方法。提出了四种通过在两方程湍流模型输运方程右侧添加源项以控制均匀流中湍流动能衰减的方法,并研究了湍流模型封闭系数的两种确定过程对湍流动能衰减的影响。四种添加的源项分别是在标准k-ε模型、标准k-ω模型和SST k-ω湍流模型的k方程和ε(ω)方程右侧添加可调节的保持项、可调节的自适应保持项、可调节的耗散项调整项和可调节的耗散项修正补充项。湍流模型封闭系数确定的第一种方法是通过湍动能的生成与耗散的守恒关系及大气边界层中的实验值确定,第二种方法是通过自由剪切流扩散速率的经验值确定。结果表明,可以通过调整相应源项系数或者湍流模型封闭系数实现对下游位置湍流动能衰减水平的有效控制。(3)讨论了致动盘模型改进前的几个问题。首先对文中用到的网格进行了无关性验证,然后采用基础致动盘模型结合标准k-ε湍流模型的方法研究了致动盘模型改进前的几个问题:致动盘的厚度或者盘内的网格层数对数值模拟结果精确性和稳定性的影响;网格辨识的修正方法,包括修正体积力源项、优化网格划分方法和两者结合的方法;风轮体积力源项的添加方式的影响,在前人的基础上推导了7种体积力添加方法,最终确定了3种较为合适的;粗糙度高度、粗糙度长度、粗糙度系数、壁面函数和壁面首层网格高度等在致动盘模型应用过程中的影响;对比分析了三种入口湍流参数计算方法在致动盘模型预测风力机尾流方面的影响;研究了5种平衡大气边界层保持性改善方法及其相应组合方式的效果,分析了其对风力机尾流预测结果的影响。结果表明,以上问题的研究可以提高致动盘模型计算过程中的稳定性和准确性。(4)从机舱和塔筒的简化处理、风轮体积力分布和湍流模型改进三个方面研究了致动盘模型的改进方法及其效果。研究了机舱和塔筒及其形状、机舱和塔筒的体积力添加方法、机舱和塔筒的体积力分布方式对致动盘模型计算结果的影响;提出了一种基于轴向诱导因子和周向诱导因子的考虑旋转的风轮体积力分布方式,并与其它体积力分布函数进行了对比;结合湍流动能衰减控制方法、平衡大气边界层保持性改善方法、湍动能的耗散源项和生成源项研究了均匀来流和剪切来流下与致动盘模型结合的两方程湍流模型的改进方法。结果表明,文中提出的风轮和机舱体积力的分布方式可以提高数值模拟的准确性,将湍流动能衰减控制方法和平衡大气边界层保持性改善方法与其他湍流模型改进方法结合后,可以提高致动盘模型对尾流预测的准确性。
高赞[3](2021)在《点源释放气溶胶扩散和沉积的风洞实验研究》文中进行了进一步梳理大气气溶胶型污染物伴随着社会的发展大量产生,对气候变化、大气环境、人体健康产生不良影响。气溶胶在大气中的扩散和沉积规律,是环境保护领域关注的热点研究之一。目前关于气溶胶粒子扩散的理论和实验研究主要集中在大气边界层冠层高度范围,而气溶胶粒子在粗糙子层高度的迁移研究同样具有重要意义。本文在风洞实验室中研究了典型地形条件下点源释放气溶胶粒子在粗糙子层的迁移行为及干湿沉积规律,并考察了气溶胶微粒性质、气象因素(风速、雨量)及地形条件(不同峰高度)对上述扩散行为及特征规律的影响。主要得到以下结论:1、采用热线风速仪测定了风洞实验室中典型地形下的流场情况。结果表明,实验条件下,风廓线符合指数规律。即,该风洞中背景流场符合大气边界层流场特征。此外,粗糙子层高度范围内,流场风速廓线和湍流强度均受地形及风速的影响,然其受影响程度远小于冠层高度。2、采用粒子动态分析技术(PDA)测定了在典型地形下,粗糙子层高度范围粒子的速度分布情况。结果表明,该高度范围内的粒子纵向速度和垂向速度概率分布均符合高斯分布。当风速从1 m/s增加到2 m/s时,粒子纵向速度值范围从0.5~1.3 m/s增大到1~2.5 m/s,频率的范围从0.12~0.17减小到0.05~0.09。这说明风速的增强可使粒子纵向速度更易呈扩散性分布。另外,粒子垂向速度概率分布结果表明,风速为1 m/s时,在峰1上方粗糙子层的粒子垂向速度范围大致在-0.5~0 m/s,表明均向下运动;而当风速增大,峰高增加时,一定数量的粒子的速度出现正值,有大量粒子向上运动。这说明粗糙子层内粒子垂向运动是风速及下垫面地形的共同作用结果。3、研究对比了平坦地形和丘陵地形下粗糙子层高度范围的粒子平均纵向、垂向速度随高度变化。研究发现,总体上丘陵地形下粒子纵向平均速度小于平坦地形下的粒子速度。然而,在山峰的背风侧粒子的纵向平均速度在涡旋的作用下呈增加的趋势,特别是在峰2(大峰)处,风速为2 m/s时,丘陵地形下粒子速度甚至超过了平坦地形下的粒子速度。从粒子的垂向速度分布情况可以得出,在峰1处的粒子虽在重力作用下向下运动,但仍受到空气扰动上升力的影响;而峰2处粒子包含了上升运动和下沉运动,且粒子受力相对均衡,最终呈现平稳的状态。4、采用称重法考察了点源释放气溶胶粒子在丘陵地形下的干、湿沉积通量。研究发现,在干沉积中,沉积通量随下风向距离的增加而降低,随着风速增大而减小。在山峰的迎风坡上沉积通量较大,这是因为气溶胶在此处被拦截的缘故。在湿沉积中,相比干沉积,降雨可明显促进气溶胶的沉积。在丘陵地形海拔低的位置气溶胶沉积量较大,这是因为雨水的冲刷让有坡度地形的气溶胶沉积进行了再分配,降雨带动气溶胶从海拔高的区域向低处迁移。5、根据地表气溶胶浓度和沉积通量计算干沉积速度。干沉积速度沿下风向距离增大,在风速1 m/s时速度从1.1×10-4m/s增大到2.5×10-3m/s,风速2 m/s时速度范围1.8×10-3~5.9×10-3m/s,随着风速增加而增大。结果表明,因此,较大的风速对气溶胶扩散起积极影响,微粒扩散增强,会减少在近源的沉积作用。
樊丝慧[4](2021)在《北京地区污染天气大气边界层变化特征研究》文中研究指明京津冀城市群是中国大气污染最严重的地区之一,污染事件频发严重影响到人民身体健康和国民经济持续发展。大气边界层是大气污染物传输、累积和扩散的主要场所,其湍流强度、辐射收支、能量分配和边界层高度(BLH)等热动力因子直接影响污染物的扩散特征,对大气污染分布起到至关重要的作用。本文基于地面PM2.5观测、325 m气象塔的多层垂直梯度观测资料以及多普勒测风激光雷达,对北京城市大气边界层垂直结构特征进行分析研究,重点研究了北京地区PM2.5污染事件(PPEs)的演变及在不同污染阶段内气象要素变化特征,不同污染条件下城市边界层内近地面的辐射收支和能量分配特征,以及可适用于北京冬季重污染期间城市边界层高度的反演方法。主要结论如下:2004-2016年间北京共发生456次PM2.5污染事件,秋冬季污染最为频繁、严重。PPEs期间的平均PM2.5浓度为141.2μg m-3,约为13年间PM2.5平均浓度(70.3μg m-3)的两倍。风的变化对污染发生和消散有着重要的影响。通常情况下,污染发生前6小时盛行的弱西南风将污染物由河北省传输到北京市;污染消散阶段和污染发生后6小时,强西北风有效地清除了污染物。不同的热动力条件导致PPEs的起始时间有所不同,PPEs多出现在日落或日落前一小时,18时发生的污染事件最多。污染事件发生后,总体上风速较小,边界层高度较低,相对湿度较大,且伴随较强的稳定度。通过分析2015年冬季的辐射收支和能量分配特征发现,与清洁天相比,重度污染条件下,白天到达北京地面或建筑物顶的太阳短波辐射(DSR)和地面或建筑物顶反射的短波辐射(USR)均减弱,而夜间大气长波辐射(DLR)和地表或建筑物顶发射的长波辐射(ULR)均增强。且随着高度的增加,DSR和USR的下降幅度减小,DLR(ULR)增强幅度减小(升高)。四辐射分量的协同变化导致了污染天净辐射(Rn)的减少以及近地面能量收支的变化。此外,与清洁天相比,重污染天的白天城市边界层内感热通量(H)减小的幅度大于净辐射减小的幅度,从而导致感热占比变小以及热存储占比变大,这是由地表净辐射能量不足和弱风引起的较弱热动力强迫共同造成的。结合多普勒激光雷达探测数据和325 m气象塔垂直梯度观测数据,本文利用阈值法和理查森数法反演出2016年12月北京城市边界层高度,较好地描述了其日演变过程,尤其是重污染条件下大气边界层的发展过程。白天北京最大城市边界层高度高达1000m,但在弱风的重污染条件下最大城市边界层高度为300 m左右。另外,城市边界层高度与DSR,风速(WS),H,摩擦速度(*)和湍流动能(TKE/m)的变化呈正相关,而与PM2.5浓度呈负相关。低风速条件下,城市边界层高度很大程度上受太阳辐射热强迫的调节;而在强风速条件下,城市边界层高度受热力强迫和动力强迫的共同影响。重污染过程中大气边界层的早晨过渡期持续时间增长,低风速(弱动力)和严重的气溶胶污染(弱热力)极大地抑制了城市边界层的发展。
李自强[5](2021)在《基于深度学习的自适应光学波前传感技术》文中研究表明自适应光学系统能够校正大气湍流带来的波前畸变以及各种生物组织中的折射率不均匀引起的成像模糊,因此广泛应用于天文观测、自由空间光通信和生物医学等领域。波前传感器作为自适应光学系统的重要组成部分,为自适应光学系统中的波前控制和波前校正提供了畸变波前的相位信息,因此不仅决定了系统的校正精度,很大程度上还影响着系统的稳定性。其中夏克-哈特曼波前传感器和基于干涉原理的波前传感器是自适应光学系统中最为常用的两种波前传感器,也同时广泛应用于光学测量和光束质量诊断等领域中,具有十分重要的研究价值。与此同时,以人工神经网络为核心的深度学习技术在近年来突飞猛进,成为人工智能领域最为成功和最有潜力的技术之一。正所谓“人工智能就是新电力”,深度学习技术就像第二次工业革命中的电力那样,正迅速在各个科学及工业领域普及和应用。深度学习技术和自适应光学的波前探测、波前控制等环节的结合也正被广泛和深入地研究,具有广阔的发展潜力。本文围绕使用深度学习技术对夏克-哈特曼波前传感器以及基于干涉原理的波前传感器进行算法和结构上的改进,以期实现稳定性和探测精度的提升。全文的主要内容可以分为四个部分:首先,介绍了自适应光学系统的基本原理,以及常用的波前传感器。详细分析了夏克-哈特曼波前传感器的组成结构和算法原理,指出夏克-哈特曼波前传感器在极端环境下存在鲁棒性不足的问题,以及在高精度测量环境下存在对高频信息探测精度不足的问题。详细分析了干涉法中的相位提取算法,发现现有的移相干涉算法存在需要的干涉图数量过多以及对移相器精度依赖严重的问题。然后概述了深度学习中的常用技术,并详细梳理了深度学习在自适应光学波前探测以及波前控制中的应用现状。从已有的研究中可以发现,将深度学习技术引入波前传感具有很高的技术可行性,但同时也存在不少问题,有巨大的改进空间。第二部分,首先建立了低信噪比以及干扰光环境下的子孔径高斯光斑模型,并分析了各类改进重心法在极端环境下的局限性。为了解决夏克-哈特曼波前传感器在极端环境下质心探测失效而导致闭环紊乱的问题,提出了基于逻辑回归的变形镜闭环稳定性分类方法,能在自适应光学系统闭环异常的时候及时开环,避免系统设备遭受损失。为了进一步使自适应光学系统能够在极端环境下继续工作,详细分析了各类改进重心法的神经网络计算图表示形式,发现所有的改进重心法都是全连接单隐层神经网络的特例,因此提出了能找出子光斑质心所在像素点的分类神经网络SHNN,并仿真生成包含6万个数据的训练集对网络进行训练。训练完成后,对SHNN和传统算法在仿真和实际实验中进行了对比,实验结果发现,最优的SHNN复原相位的残差的均方根误差要比传统的阈值法复原相位的残差的均方根误差小近一个数量级。第三部分,详细介绍了四种只使用两幅干涉图并且不需要准确知道相移步长的双帧干涉测量算法,随后概述了计算机视觉领域的有力工具U-Net的发展历程,并借鉴和改造了原始U-Net,构造了能从两幅干涉图恢复包裹相位的神经网络Phase U-Net。仔细选择参数生成仿真数据集,并对Phase U-Net进行了训练。随后对训练完成的Phase U-Net的性能进行了详细的仿真分析,并探讨了神经网络计算包裹相位的原理和有效性。通过与四种传统算法的实验对比,证明了Phase U-Net算法的精度优势。第四部分,为了提高夏克-哈特曼波前传感器对相位中高频信息的探测能力,提出了融合相位反演技术的离焦面高分辨率哈特曼波前传感器。充分利用子孔径的光斑形态信息,从而获取相位分布信息,一直是众多研究人员努力的方向。然而如何从一幅光强图获得子孔径相位信息,以及如何将子孔径相位信息和传感器的斜率信息进行融合一直是提升夏克-哈特曼波前传感器精度的两个难点。本文首先利用线性相位反演技术,仅需一幅离焦面哈特曼传感器的光强图,就能在小像差的前提下恢复出每个子孔径中的相位,然后构造神经网络LPR U-Net对线性相位反演的结果和模式法复原的相位进行融合。仿真表明,该方法对相位中高频信息的探测精度要优于经典夏克-哈特曼传感器的探测精度。本文针对不同应用环境下对波前传感器的具体需求,重点开展基于深度学习的自适应光学波前传感技术的算法研究和实验验证,为进一步推动深度学习技术与自适应光学系统的深度融合打下了基础。
李岸然[6](2021)在《大气环境中剪切对流边界层湍流卷积特性研究》文中进行了进一步梳理分层对流流动是农业气象环境中一种常见的流动形态,存在水平速度梯度的大气对流边界层(Convective Boundary Layer,简称CBL)是其中典型的一种。由于存在水平速度剪切,其流场特性与纯对流大气CBL存在明显的差异,因此对剪切CBL湍流卷吸和混合过程的流场特性及相关特征量之间的标度关系开展相关研究,对进行农业环境气象评价、荒漠地区干旱监测分析等生态系统演变评估和大气质量监测具有极其重要的科学意义。本文以水平均匀、干燥大气CBL为研究对象,通过大涡模拟和对流水槽实验,开展了剪切CBL湍流卷积特性研究。对6000 m×6000 m×2000 m空间的大气CBL进行了大涡模拟(Large-Eddy Simulation,简称LES)计算,开展了不同速度差、位温梯度及浮力通量对剪切CBL流场湍流特征影响的研究。(1)卷积层的形成受水平方向剪切效应和垂直方向浮力效应交叉作用影响,热泡、速度云图呈现湍流间歇性和各向异性特征。(2)混合层以稳定小涡湍流为主,受剪切作用影响计算域内地面温度峰面沿展向呈两条状分布,反映了卷积涡特征尺寸约为计算域宽度的1/4~1/3。(3)通过研究浮力通量的垂向变化,发现卷积层速度差及地面浮力通量对卷积过程有促进作用,卷积层高度向速度高一侧偏移;而自由大气层的位温梯度抑制卷积层厚度的增长,特别是对卷积层上限的影响更为明显。(4)研究结果还显示在弱剪切强位温梯度情况中发生了剪切抑制卷吸的现象,其余情况随速度差的增大而增大。剪切所产生的湍动能促进卷积,使得卷吸通量比增大,而近地层剪切应力没有对卷积层湍动能产生明显影响。(5)卷积通量比在0.176~0.385范围,除弱剪切工况外,其余工况下相比纯浮力CBL中的0.2有明显增加。在特征量参数化研究方面,进行了推导和验证:(1)基于CBL“一阶模型”的湍动能方程,分别了计算剪切和浮力湍动能的产生和消耗项,建立了剪切产生的湍动能用于促进卷积发生部分比例的计算公式,结果显示该比值在0.3~0.38范围内,且具有随剪切增强而略有增加的趋势。(2)根据模拟数据分析了现有卷积层厚度标度关系模型,结果显示由于其不能体现边界特征参数对卷积过程的综合影响,造成模型预测失准或应用受限。本文采用位温梯度代替卷积层位温阶跃值作为特征参数,并在特征速度尺度中引入速度差,充分考虑剪切对卷积的影响,建立了无量纲卷积层厚度△(?)/(?) i与修正浮力理查森数RiNC之间的△(?)/(?) i=1.26RiNC-1/2的标度关系模型(这里△(?)和(?)i分别为卷积层的厚度和高度)。所建立的新的标度关系与Martin和Wyngaard的大气模拟数据及Boers和Eloranta、lothon等人实际大气雷达测量结果具有很好的一致性。设计和制作了利用粒子测速技术(Particle Image Velocimetry,简称PIV)测试剪切分层对流流动的实验台。通过实验水槽下层盐水和上层淡水之间的密度差模拟剪切CBL分层效果,通过上下层不同的流动速度实现剪切效应,并通过底部的淡水羽流模拟CBL地面输入的浮力通量。通过对在流速差为0~0.15m/s、底部浮力羽流流量为20~40 L/h、密度差为25~60 kg/m3边界条件下进行的分层对流实验,研究了存在剪切的分层流动流场特征和标度关系。(1)结果发现当上下层速度差较小时,速度剪切不足以克服粘性力形成卷积涡;当速度差在0.04 m/s以上时,在测试水槽分层界面出现湍流卷积涡的形成、发展和破碎过程,在大约12(?)i距离后形成稳定流动的中间卷积层。(2)以速度梯度最大值对应高度作为卷积层高度和其上下速度梯度为零作为卷积层上下限,对比分析了实验边界条件对卷积层高度和厚度的影响。结果表明,当底部浮力羽流流量增加时,上冲羽流促进了上层流体的卷积,卷积层厚度增长;增加速度剪切效应会促进卷积层的增长;而增加下层盐度会增大中间交界面的密度梯度,阻碍了卷积层的增长。(3)通过分析不同边界条件下的实验数据,建立了无量纲卷积层厚度与修正理查森数之间的标度关系,即△(?)/(?) i=1.17RiNC-1/2。该标度关系式与数值计算得到的标度关系式都反映了△(?)/(?) i∝RiNC-1/2的标度率,但系数上略有不同,本论文也对造成这个差异的可能原因进行了分析。
仲鹏志[7](2021)在《边界层参数化方案对台风“利奇马”模拟的影响研究》文中提出基于中尺度数值模式WRF,本文对比分析了六种大气边界层物理过程参数化方案(BouLac、MYJ、UW、YSU、ACM2、SH)对台风“利奇马”模拟结果的影响。结果表明,不同边界层方案对“利奇马”路径的模拟结果影响较小,但对其强度和结构演变的模拟结果影响显着。其中,局地闭合方案UW模拟的结果最强,局地闭合方案BouLac次之,而局地闭合方案MYJ和三种非局地闭合方案YSU、ACM2和SH的模拟强度都较弱。这些方案中,YSU方案模拟的台风路径与真实路径最为接近,而BouLac方案模拟的海平面最低气压与实况最为接近。通过对比这些边界层方案的模拟结果发现,由于台风强度的差异受到热力和动力的共同影响,边界层方案如模拟得到的地表潜热通量和边界层中湍流扩散系数较大,将导致较大的径向风和低层辐合,从而模拟得到较强的台风强度;反之,则台风强度较弱。由于海气相互作用是边界层中重要的物理过程之一,台风通过低层风场与洋面相互作用,从而导致其可以从洋面获得大量的热量和水汽并降低海表温度,同时会以洋流的形式向海洋输送动量。动力粗糙度主要可以对海气之间的动量交换进行调节,并对台风风场引起的海洋响应有部分影响,海气之间的热量和水汽的交换主要由热力粗糙度有所影响。因此本文还对比分析了边界层过程中的四种粗糙度方案对台风“利奇马”模拟的影响,其中方案Opt3是新加入的试验方案,而方案Opt0、1、2都是WRF模式中原有的粗糙度方案。从模拟结果可以发现台风对粗糙度十分敏感,四种方案所模拟的台风强度有较大的区别,这也反映出海气相互作用对台风强度有较大的影响。
张鑫鑫[8](2021)在《基于分层结构的城市边界层风场特性研究》文中提出城市化进程的加快使得典型城市地区的复杂下垫面结构取代了原有的开阔平坦下垫面,从而显着影响了城市大气边界层湍流场的运动规律,使其形成了特殊的分层结构。而城市边界层分层结构又会对城市风场特性产生诸多未知影响,为风敏感结构的抗风设计带来新的安全性、经济性挑战。本文从大气湍流运动的基本理论和分析方法出发,利用北京气象塔的长期实测风速数据,确定了城市边界层复杂的湍流分层结构,并在此基础上,对城市边界层的空气动力学参数及强风脉动特性进行分析,建立了分层结构下的城市边界层实测风场的统计模型,完成的主要工作如下:(1)对北京中心城区2013-2017年长期风速数据的平均风速风向特性进行了统计分析,描述了该地区的气候特征和风速样本的整体分布特征;对不同季节的温度时空剖面变化和总体大气稳定度分布进行分析,以此为依据划分了北京地区具体的城市边界层分层结构范围,指出8m、16m属于城市冠层部分;80m以下属于粗糙子层,140m高度位于惯性子层;而200m及280m处于混合层。(2)基于Monin-Obukhov相似理论,挑选近中性强风数据,采用四种算法对不同结构子层组合的风速剖面进行拟合,估算了粗糙长度z0和零平面位移zd的值,结果表明,城市边界层分层结构对于确定参数值有显着影响,应同时考虑粗糙子层、惯性子层和混合层的风场剖面规律。(3)分别采用直接拟合法和Lw法讨论了风速和风向对分析结果的影响,结果表明,参数值随地形起伏有明显变化,随风速的增加有所下降,但计算结果范围较为一致。继而将地貌参数值代入不同风速剖面模型对实测剖面进行拟合,结果表明指数律模型最为适用,其剖面指数接近D类地貌。(4)基于城市边界层分层结构,讨论了近中性强风风场在不同子层的脉动湍流特性,包含湍流强度、阵风因子、脉动风速功率谱密度函数及积分尺度的变化规律,将统计分析结果与结构风荷载规范值进行对比,详细描述了分层结构对风场脉动特性的影响机制。
任冬冬[9](2020)在《中低温铁基SCR脱硝催化剂反应机理研究》文中研究指明铁基SCR脱硝催化剂具有廉价、无毒、高效等特性,已成为脱硝催化剂开发研究的一个热点,越来越多的铁基催化剂问世,给NH3-SCR脱硝技术带来了新的活力,然而,铁基催化剂SCR脱硝的机理尚不十分清楚,严重影响了这一催化剂的进一步开发应用。另一方面,基于量子化学的第一性原理已深入到新材料研究的各个领域,特别是已成为催化剂研究的一个强有力工具,但应用第一性原理对铁基催化剂做机理研究还鲜有报道。为此,本文选择具有较高SCR反应活性的γ-Fe2O3作为铁基催化剂的代表,应用第一性原理研究掺杂γ-Fe2O3的脱硝反应机理,为铁基催化剂的进一步开发研究奠定基础。本文首先构建了γ-Fe2O3的晶体结构,并选取001面作为脱硝反应的活性面,应用第一性原理的密度泛函理论(DFT),计算了NH3、NOx、O2、H2O、N2等小分子在γ-Fe2O3催化剂表面的吸附构型和相应的吸附能,评估了上述小分子在催化剂表面的吸附特性;研究得到了催化剂表面每一步SCR基元反应的能垒并由此确定了SCR过程最可几反应路径和其中的反应速率控制步骤。在此基础上,应用DFT计算,研究了掺杂Ce、Mn过渡元素提高γ-Fe2O3催化剂SCR活性和抗硫性的机理。最后,对γ-Fe2O3催化剂在自制固定床反应器中进行了脱硝活性实验,并应用由DFT计算得到的能垒等相关参数,用CFD模拟计算了γ-Fe2O3催化剂SCR脱硝反应器内的速度场、压力场、温度场以及反应物浓度分布场,得到了与实验结果基本一致的研究结论。取得如下主要研究成果:(1)揭示了γ-Fe2O3催化剂表面的NH3-SCR脱硝反应机理。通过DFT计算,发现在SCR反应过程中,NH3、NOx、O2等反应物会首先吸附在催化剂表面。对于NH3分子而言,会与表面L酸位相结合生成吸附态的NH3,然后在无氧条件下,与表面晶格氧反应生成NH2自由基;接着,NH2会与气态的或已经吸附的NO反应生成NH2NO,而中间产物NH2NO性质不稳定,易分解最终生成N2和H2O从催化剂表面脱附。而在有氧条件下,吸附态的NH3会与氧气解离所生成的活性氧反应生成NH2等物种,并且此过程的能垒较前者大为降低,而且有氧条件下NH的生成也较为容易。反应生成的NH2会与NO反应生成NH2NO并分解,而NH也会与NO反应生成NHNO并分解,最终生成N2和H2O。在有氧条件下,NO还会被氧气氧化生成NO2,从而参与快速SCR反应。(2)阐明了Mn、Ce掺杂提高γFe2O3催化剂SCR脱硝活性的微观机理。DFT计算结果显示,在Mn、Ce掺杂的γ-Fe2O3催化剂表面上,NH3及NO等反应物的吸附构型与未掺杂表面基本相同,且2x1表面是其最优掺杂表面,可促进各反应物分子在表面的吸附。其次,在Mn掺杂的催化剂表面靠近Mn的活性位点上,Mn-Fe会发生协同催化作用,降低各步基元反应的能垒,有效促进SCR反应的进行;而在较远的活性位点,由于Mn的掺杂引入较多的价电子,改变了表面酸位,同样也会促进SCR反应的进行。然而,在Ce·掺杂的催化剂表面Ce原子附近的活性位点上,在NH2后续脱氢的反应过程中,Ce-Fe协同催化的反应过程比两个表面八面体铁协同催化困难。所以,Mn掺杂能提高催化剂的SCR反应活性,但Ce掺杂促进SCR反应的进行是有条件的,过量掺杂反而会抑制SCR反应。(3)探索了Ce、Mn掺杂增强γFe2O3催化剂抗硫性的差异机理。通过DFT计算得到,在Ce掺杂的表面上,Ce的活性位点对硫氧化物的吸附能较大,故Ce的掺杂可将硫氧化物吸引在Ce附近从而保护其余位置的Fe活性位;而且在Ce掺杂的表面上,硫酸铵盐分解过程的能垒大幅度降低,促进了硫酸铵盐类在Ce掺杂催化剂表面的分解。而在Mn掺杂的催化剂表面上,硫氧化物吸附能与未掺杂相比差别不大,而且Mn掺杂对硫酸铵盐的分解也未产生太大的作用。所以Ce的掺杂有利于提高γ-Fe2O3催化剂的抗硫性,而Mn的掺杂则对抗硫性影响不大。(4)验证了用第一性原理得到的γFe2O3催化剂SCR脱硝微观机理的宏观适用性。本文针对γ-Fe2O3催化剂进行了脱硝活性实验,并研究了不同工况下的脱硝活性。同时,用由第一性原理计算得到的能垒等相关参数,用CFD模拟计算了γ-Fe2O3催化剂SCR脱硝反应器内的速度场、压力场、温度场以及反应物浓度分布场。并将计算结果与脱硝活性试验的结果相对比。模拟结果表明在SCR反应器中,随着反应气体流经高度的增加,NH3、NO、O2浓度逐渐降低,而H2O、N2的浓度逐渐增加,使得流出床层气体中的NO含量趋于零,证明γ-Fe2O3催化剂具有较高的SCR脱硝效率。而且还随着流速降低、氨氮比增加、反应温度提高、含氧量增加,而使脱硝效率增大,这些结论均与实验结果相吻合。从而验证了用第一性原理所揭示的γ-Fe2O3催化剂SCR脱硝的微观机制,能很好地指导铁基催化剂的开发研究实践。
韩兆辉[10](2020)在《高风速条件下表面重力波对海气动量通量及上层海洋流场的影响研究》文中指出表面重力波位于海气界面处,能够通过调节海气之间的动量通量间接影响上层海洋,一方面,表面重力波能够改变大气下垫面粗糙度长度,影响大气的动量输出tair;另一方面,波浪演化过程中对动量的吸收或释放控制着进入海洋流场的动量通量toc。此外,表面重力波还会通过波流相互作用直接影响海洋上层的动力学和热力学结构,其中斯托克斯漂流理论是波流相互作用的重要组成部分。目前在海洋环流模式中越来越多地考虑了波浪的作用,但是对于波浪演化在海气动量交换中的作用还尚未引起足够重视,在海洋环流模式中常常使用tair代替toc直接驱动海洋流场;同时对斯托克斯漂流大小和剪切的准确模拟还存在不足。在此背景下,本文研究了波浪演化对海气动量通量及上层海洋的影响,探讨了斯托克斯漂流估算偏差对海洋模拟的影响,给出了适用于台风条件下的斯托克斯漂流估算方法。本文根据研究需求,对COAWST(Coupled Ocean Atmosphere Waves Sediment Transport)耦合模式做了扩展和改进,在此基础上深入研究了波浪演化过程及斯托克斯漂流对上层海洋的影响,主要的研究结论如下:(1)波浪演化能够明显减弱台风路径右侧进入海洋的动量通量toc,相比tair最大降幅可达16%,抑制了台风右侧混合层流场对台风的响应,在混合层底部对近惯性能量的减弱超过10%,从而减小了混合层对台风的降温响应。对西北大西洋的模拟显示波浪演化对海气动量通量的影响与风场强度和变化率密切相关((?)U10/(?)t·U10),同时波浪演化对不同频率风应力和表层流场的影响差异明显,在考虑波浪演化后,对表层近惯性和超惯性流的减弱分别达到了15%和20%。(2)若在浪-流耦合模式中仅考虑斯托克斯漂流与平均流的相互作用(包括Coriolis–Stokes力、斯托克斯压力校正和Stokes-Vortex力)而忽略朗缪尔湍流作用,表面重力波会减弱混合层底部的夹卷作用,抑制混合层对台风的降温响应。考虑朗缪尔湍流作用后,波浪表现出对上层海洋混合的增强作用,促进了混合层对台风的降温响应。(3)在台风条件下,指数法是最优的斯托克斯漂流估算方法,其对斯托克斯漂流的估计最接近全波谱积分结果,同时计算效率是全波谱法的2.13倍;Phillips谱估计法适用于对小于25 ms-1的中低风速模拟,能够减小指数法对表层斯托克斯漂流的高估,计算效率是全波谱法的1.44倍。单色谱法计算效率与指数法相近,但估算偏差最大,所导致的对温度的模拟偏差达-0.2~0.1℃。研究发现使用指数法和Phillips谱估计方法代替单色谱法能够改善对海洋上层流场和温度的模拟结果,将温度模拟偏差减小到-0.04~0.08℃,相比斯托克斯漂流对上层海洋温度的贡献-0.2~0.3℃,这种改进是显着的。
二、A METHOD FOR DETERMINING TURBULENT TRANSFER IN THE ATMOSPHERIC SURFACE LAYER(论文开题报告)
(1)论文研究背景及目的
此处内容要求:
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景,再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题,并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例:
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
(2)本文研究方法
调查法:该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法:用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法:通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法:通过调查文献来获得资料,从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法:依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法:对研究对象进行“质”的方面的研究,这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法:通过具体的数字,使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法:运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法:这是社会科学用来分析社会现象的一种方法,从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法:通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、A METHOD FOR DETERMINING TURBULENT TRANSFER IN THE ATMOSPHERIC SURFACE LAYER(论文提纲范文)
(1)大气表面层中相干结构的不同尺度自相似性特征(论文提纲范文)
中文摘要 |
Abstract |
第一章 绪论 |
1.1 研究背景及意义 |
1.1.1 相干结构 |
1.1.2 尺度依赖自相似性 |
1.2 研究现状 |
1.2.1 三维相干结构的尺度纵横比 |
1.2.2 尺度依赖的结构倾角 |
1.2.3 相干结构的反向旋转滚动模式 |
1.2.4 粗糙度对湍流相干结构的影响 |
1.2.5 天气尺度和湍流尺度的分离 |
1.3 本论文的主要研究内容及结构 |
第二章 实验观测和数据处理方法 |
2.1 数据处理方法 |
2.1.1 线性相干谱 |
2.1.2 三维流场的相干性 |
2.2 实验装置与数据采集 |
2.2.1 2014-2015实验观测 |
2.2.2 2016实验观测 |
2.3 莫宁-奥布霍夫相似理论 |
2.4 小结 |
第三章 壁面湍流相干结构的自相似律 |
3.1 尺度自相似性的壁面附着结构 |
3.2 非稳定层结和近中性层结下的尺度自相似律 |
3.2.1 垂向方向 |
3.2.2 展向方向 |
3.2.3 参考高度对纵横比的影响 |
3.2.4 相似结构物理模型 |
3.3 稳定层结下的线性相干谱 |
3.4 非稳定层结和近中性层结下的多尺度结构倾角 |
3.5 多尺度自相似性和结构倾角的物理模型 |
3.6 小结 |
第四章 壁面湍流相干结构的输运特性 |
4.1 流向和展向的两点相关 |
4.2 雷诺应力分量的相干特征 |
4.2.1 雷诺正应力 |
4.2.2 雷诺切应力 |
4.3 大尺度相干结构的条件平均和瞬时流场 |
4.3.1 条件平均 |
4.3.2 瞬时流场 |
4.4 热通量的相干特征 |
4.4.1 流向和垂向热通量 |
4.4.2 热通量的演化 |
4.5 温度分量的相干特征 |
4.6 稳定性参数依赖的结构倾角和大尺度相干性 |
4.7 小结 |
第五章 不同粗糙度下相干结构的自相似律 |
5.1 大气流动中天气尺度和湍流结构的分离 |
5.1.1 分离两种流动的滤波器 |
5.1.2 天气尺度和湍流结构的分离 |
5.2 不同粗糙度下湍流相干结构的输运 |
5.2.1 平均流动 |
5.2.2 不同粗糙度下雷诺应力的输运 |
5.2.3 不同粗糙度下能谱特性 |
5.3 不同粗糙度下湍流相干结构的自相似律 |
5.3.1 不同粗糙度下的自相似律 |
5.3.2 不同粗糙度下的相干结构纵横比 |
5.4 小结 |
第六章 结束语 |
6.1 本论文的主要结论 |
6.2 展望 |
参考文献 |
在学期间的研究成果 |
致谢 |
(2)基于改进致动盘模型的风力机尾流特性研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第1章 绪论 |
1.1 课题来源 |
1.2 研究背景 |
1.3 研究意义 |
1.4 研究现状 |
1.4.1 风力机尾流特性研究 |
1.4.2 致动盘模型改进方法研究 |
1.4.3 湍流动能衰减规律及其控制方法研究 |
1.4.4 平衡大气边界层自保持性改善方法研究 |
1.5 主要研究内容 |
第2章 基础理论与方法 |
2.1 湍流动能衰减 |
2.1.1 两方程湍流模型 |
2.1.2 湍流动能衰减概念 |
2.1.3 湍流动能衰减理论分析 |
2.2 致动盘模型 |
2.3 平衡大气边界层自保持性改善方法 |
2.3.1 平衡大气边界层概念 |
2.3.2 常用的入流条件 |
2.3.3 平衡大气边界层自保持性改善方法 |
2.4 验证风力机介绍 |
2.4.1 GH风洞风力机 |
2.4.2 TNO风洞风力机 |
2.4.3 Nibe B风力机 |
2.4.4 Sexbierum风力机 |
2.4.5 Dawin180 k W风力机 |
2.5 本章小结 |
第3章 基于两方程湍流模型的湍流动能衰减规律研究 |
3.1 湍流动能衰减理论分析 |
3.1.1 均匀流中湍流动能衰减分析 |
3.1.2 剪切流中湍流动能衰减分析 |
3.1.3 中性大气条件下湍流动能衰减分析 |
3.2 湍流动能衰减数值模拟 |
3.2.1 计算域和网格 |
3.2.2 数值方法 |
3.2.3 边界条件 |
3.3 湍流动能衰减数值模拟结果与分析 |
3.3.1 均匀流中湍流动能衰减规律验证 |
3.3.2 剪切流中湍流动能衰减规律验证 |
3.3.3 中性大气条件下湍流动能衰减规律验证 |
3.4 本章小结 |
第4章 基于两方程湍流模型的均匀流中湍流动能衰减控制方法研究 |
4.1 其他学者关于湍流动能衰减控制的模型 |
4.1.1 SST-sust模型 |
4.1.2 SST-Csust模型 |
4.1.3 SST-Dsust模型 |
4.2 添加源项法 |
4.2.1 IASIM?模型 |
4.2.2 IASIM∥模型 |
4.2.3 IACM模型 |
4.2.4 DTCM模型 |
4.3 封闭系数调整法 |
4.4 数值模拟 |
4.4.1 计算域和网格 |
4.4.2 数值方法 |
4.4.3 边界条件 |
4.5 结果与分析 |
4.5.1 IASIM?模型 |
4.5.2 IASIM∥模型 |
4.5.3 IACM模型 |
4.5.4 DTCM模型 |
4.5.5 ICCAM?模型和ICCAM∥模型 |
4.6 本章小结 |
第5章 致动盘模型改进前的几点讨论 |
5.1 数值计算方法 |
5.1.1 计算域和网格 |
5.1.2 数值方法 |
5.1.3 边界条件 |
5.1.4 网格无关性验证 |
5.2 致动盘模型改进前的几点讨论 |
5.2.1 致动盘厚度的影响 |
5.2.2 网格辨识的影响 |
5.2.3 来流风速的处理 |
5.2.4 壁面条件的处理 |
5.2.5 入口湍流参数的计算 |
5.2.6 平衡大气边界层保持性的影响 |
5.3 本章小结 |
第6章 基于改进致动盘模型的风力机尾流特性研究 |
6.1 机舱和塔筒处理方式的改进 |
6.1.1 其他学者的工作 |
6.1.2 本文工作 |
6.2 风轮体积力分布方式的改进 |
6.2.1 其他学者的工作 |
6.2.2 本文工作 |
6.3 湍流模型的改进 |
6.3.1 其他学者的工作 |
6.3.2 本文工作 |
6.3.3 小结 |
6.4 本章小结 |
结论与展望 |
结论 |
展望 |
创新点 |
参考文献 |
致谢 |
附录 A 攻读学位期间所发表的学术论文目录 |
(3)点源释放气溶胶扩散和沉积的风洞实验研究(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
第一章 绪论 |
1.1 气溶胶特性与危害 |
1.1.1 气溶胶的来源 |
1.1.2 气溶胶的污染特性与危害 |
1.2 风洞实验 |
1.2.1 风洞实验概况 |
1.2.2 风洞模拟的相似理论 |
1.3 大气中气溶胶迁移的研究现状 |
1.3.1 气溶胶在风洞中的扩散研究 |
1.3.2 气溶胶在风洞中的干湿沉积研究 |
1.3.3 气溶胶在粗糙子层的迁移 |
1.4 本课题的主要研究内容及研究意义 |
1.4.1 研究内容 |
1.4.2 研究意义 |
1.5 技术路线 |
第二章 实验仪器及测量方法 |
2.1 风洞实验室概况 |
2.2 风洞概况 |
2.3 实验模拟系统 |
2.3.1 气溶胶发生装置 |
2.3.2 测量技术及方法 |
第三章 典型地形下气溶胶在粗糙子层的迁移特征 |
3.1 实验概况 |
3.2 实验内容设计及测量 |
3.2.1 流场模拟实验 |
3.2.2 气溶胶在粗糙子层的迁移速度实验 |
3.3 数据处理方法 |
3.4 气溶胶在粗糙子层的迁移速度实验结果及分析 |
3.4.1 紊流特性 |
3.4.2 粒子纵向和垂向速度的概率分布 |
3.4.3 粗糙子层粒子速度随高度的分布 |
3.5 小结 |
第四章 典型地形下气溶胶的干湿沉积在风洞的测定 |
4.1 实验概况 |
4.2 干、湿沉积实验内容设计及测量 |
4.2.1 干沉积实验内容设计及测量 |
4.2.2 湿沉积实验内容设计及测量 |
4.2.3 实验不确定度分析 |
4.3 气溶胶干湿沉积实验结果及分析 |
4.3.1 气溶胶干沉积实验结果及分析 |
4.3.2 气溶胶湿沉积实验结果及分析 |
4.4 小结 |
第五章 结论及展望 |
5.1 研究内容的创新性 |
5.2 结论 |
5.3 展望 |
参考文献 |
攻读学位期间取得的科研成果 |
致谢 |
(4)北京地区污染天气大气边界层变化特征研究(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
第一章 绪论 |
1.1 研究背景及意义 |
1.2 国内外研究进展 |
1.2.1 大尺度天气型 |
1.2.2 近地面气象要素 |
1.2.3 地表能量分配 |
1.2.4 大气边界层垂直结构 |
1.3 拟解决的科学问题 |
1.4 研究内容及技术路线 |
第二章 观测数据与方法 |
2.1 325 m气象塔观测数据 |
2.2 地面观测数据 |
2.3 激光雷达探测原理 |
2.3.1 多普勒测风激光雷达 |
2.3.2 气溶胶激光雷达 |
2.4 质量控制 |
2.4.1 湍流资料质量控制 |
2.4.2 其他资料质量控制 |
2.5 相关参数表达式 |
2.6 模型介绍 |
2.6.1 印痕分析模型 |
2.6.2 天气分型模型 |
第三章 2004-2016年北京地区PM_(2.5)污染事件特征研究 |
3.1 年际PM_(2.5)与近地面气象要素的变化特征 |
3.2 PM_(2.5)污染事件的统计特征分析 |
3.3 不同污染阶段气象要素的垂直变化 |
3.4 近地面城市边界层垂直结构在污染事件中的作用 |
3.4.1 发生于18 时的污染事件研究 |
3.4.2 典型的持续长时间的污染个例研究 |
3.5 本章小结 |
第四章 冬季重污染期间气象条件特征分析 |
4.1 天气分型研究 |
4.2 地面气象要素特征分析 |
4.3 不同高度上气象要素特征分析 |
4.4 不同高度上通量参数特征分析 |
4.5 不同高度上辐射平衡特征分析 |
4.6 不同高度上能量收支特征分析 |
4.7 本章小结 |
第五章 北京冬季城市边界层高度探测方法研究 |
5.1 基于气溶胶激光雷达的边界层高度计算方法研究 |
5.2 基于多普勒测风雷达的边界层高度计算方法研究 |
5.3 城市边界层高度反演新方法 |
5.4 城市边界层的日变化特征研究 |
5.4.1 冬季污染月边界层完整日变化特征 |
5.4.2 不同风速条件下边界层日变化特征 |
5.5 城市边界层的早晨和下午过渡期 |
5.5.1 过渡期持续时间研究 |
5.5.2 风速和垂直速度方差廓线变化特征 |
5.6 讨论 |
5.7 本章小结 |
第六章 总结与展望 |
6.1 结论 |
6.2 研究特色与创新点 |
6.3 不足与展望 |
致谢 |
参考文献 |
作者简介 |
(5)基于深度学习的自适应光学波前传感技术(论文提纲范文)
摘要 |
abstract |
第1章 绪论 |
1.1 自适应光学与波前传感 |
1.1.1 自适应光学概述 |
1.1.2 常见的波前传感器 |
1.2 夏克-哈特曼波前传感器 |
1.2.1 夏克-哈特曼波前传感器的组成 |
1.2.2 不同应用环境中的需求与现有测量机制的缺陷 |
1.3 基于干涉原理的波前传感器 |
1.3.1 激光干涉与波前传感 |
1.3.2 相位提取算法 |
1.4 本文的主要研究内容及安排 |
第2章 深度学习在自适应光学中的应用现状 |
2.1 引言 |
2.2 深度学习中的常用技术 |
2.2.1 激活函数 |
2.2.2 损失函数及正则化 |
2.2.3 反向传播与梯度下降 |
2.2.4 卷积和池化 |
2.3 深度学习用于波前测量 |
2.3.1 基于人工神经网络的相位反演波前传感器 |
2.3.2 哈特曼传感器质心计算和多传感器融合 |
2.4 利用深度学习技术的自适应光学控制技术 |
2.4.1 基于深度学习的有波前探测自适应光学控制技术 |
2.4.2 基于深度强化学习的无波前探测自适应光学控制技术 |
2.5 本章小结 |
第3章 哈特曼波前传感器质心探测失效时的闭环稳定性分类 |
3.1 引言 |
3.2 哈特曼波前传感器子孔径模型 |
3.2.1 子孔径的高斯光斑模型 |
3.2.2 子孔径中的噪声与干扰 |
3.3 光斑质心定位算法 |
3.3.1 重心法计算质心坐标 |
3.3.2 各类改进重心法的局限 |
3.4 基于逻辑回归的变形镜闭环稳定性分类 |
3.4.1 波前探测失效导致变形镜异常 |
3.4.2 基于逻辑回归的自动开闭环 |
3.4.3 验证与分析 |
3.5 本章小结 |
第4章 干扰环境下基于神经网络的的哈特曼波前传感器质心探测 |
4.1 引言 |
4.2 哈特曼传感器质心探测的神经网络表示 |
4.2.1 神经网络的基本运算过程 |
4.2.2 重心法及其改进算法的神经网络计算表示 |
4.3 质心探测神经网络的结构与训练 |
4.3.1 转化为分类问题的质心探测神经网络 |
4.3.2 SHNN的训练及质心定位后处理 |
4.3.3 神经网络的质心探测能力分析 |
4.4 仿真分析与实验对比 |
4.4.1 仿真分析 |
4.4.2 真实干扰光环境下的实验对比 |
4.5 本章小结 |
第5章 基于U-Net的双帧相移干涉波前测量 |
5.1 引言 |
5.2 激光干涉法复原波前的原理 |
5.2.1 四步相移和三步相移法 |
5.2.2 单帧激光干涉法及其不足 |
5.2.3 双帧相移干涉法解决相位模糊问题 |
5.3 经典的双帧相移干涉法 |
5.3.1 Kreis算法 |
5.3.2 光流法 |
5.3.3 Gram–Schmidt正交化算法 |
5.3.4 求解四次方程法 |
5.4 Phase U-Net的结构与训练 |
5.4.1 像素级处理网络:从FCN到 U-Net |
5.4.2 仿真数据集的制作 |
5.4.3 Phase U-Net训练及后处理 |
5.5 仿真分析与实验验证 |
5.5.1 仿真对比 |
5.5.2 神经网络计算包裹相位的有效性分析 |
5.5.3 实验验证 |
5.6 本章小结 |
第6章 融合相位反演技术的离焦面高分辨率哈特曼波前传感器 |
6.1 引言 |
6.2 基于衍射传输理论的哈特曼波前传感器仿真 |
6.2.1 角谱传输理论与透镜的相位变换作用 |
6.2.2 大气湍流相位屏的仿真 |
6.2.3 哈特曼波前传感器数值仿真 |
6.3 小像差线性相位反演技术 |
6.3.1 小像差条件下的相位差反演 |
6.3.2 基于奇偶分解的线性相位反演 |
6.3.3 基于Zernike多项式的线性相位反演 |
6.4 基于深度学习的离焦面哈特曼波前传感器波前重构 |
6.4.1 Zernike模式波前复原算法 |
6.4.2 子孔径高阶信息探测 |
6.4.3 模式法与子孔径高阶信息的融合 |
6.4.4 LPR U-Net的结构与训练 |
6.4.5 仿真分析 |
6.5 本章小结 |
第7章 总结与展望 |
7.1 本文的主要研究工作 |
7.2 本文的主要创新点 |
7.3 后续工作展望 |
参考文献 |
致谢 |
作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果 |
(6)大气环境中剪切对流边界层湍流卷积特性研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
符号和说明 |
第一章 绪论 |
1.1 大气对流边界层 |
1.1.1 概述 |
1.1.2 基本结构 |
1.1.3 CBL结构模型 |
1.2 卷积过程 |
1.2.1 卷积过程的本质 |
1.2.2 卷积的重要性 |
1.2.3 研究方法 |
1.3 剪切对CBL卷积过程的作用 |
1.3.1 卷积的成因 |
1.3.2 剪切效应存在的证据 |
1.3.3 剪切对卷积影响的评估 |
1.4 CBL的无量纲特征量标度关系 |
1.4.1 卷积层厚度的标度关系 |
1.4.2 卷积率*wwe的标度关系 |
1.5 本文研究内容和思路 |
1.6 本章小结 |
第二章 数值模拟方法 |
2.1 湍流控制方程 |
2.2 大涡模拟 |
2.2.1 LES概念 |
2.2.2 滤波函数 |
2.2.3 亚格子模型 |
2.2.4 亚格子标量控制方程 |
2.3 CBL的大涡模拟 |
2.3.1 计算域 |
2.3.2 模拟方案 |
2.4 本章小结 |
第三章 剪切CBL流场特征分析 |
3.1 CBL流场宏观形态特征 |
3.1.1 热泡分布 |
3.1.2 涡量分布 |
3.1.3 流场各向异性和间歇性 |
3.2 CBL流场基本物理量的变化 |
3.2.1 位温 |
3.2.2 速度 |
3.3 CBL流场导出物理量的变化 |
3.3.1 湍流强度及湍动能 |
3.3.2 浮力通量与动量通量 |
3.3.3 卷积层厚度 |
3.4 本章小结 |
第四章 剪切促进CBL卷积效果的量化 |
4.1 卷积通量比 |
4.2 剪切对卷积过程贡献的量化指标 |
4.2.1 湍动能方程 |
4.2.2 剪切产生湍动能用于促进卷积部分的比例 |
4.3 本章小结 |
第五章 剪切CBL卷积层厚度标度关系 |
5.1 现有CBL卷积层厚度的标度关系 |
5.2 现有标度关系的偏差 |
5.3 新的剪切CBL卷积层厚度标度关系 |
5.3.1 新的标度关系理论推导 |
5.3.2 数据对比 |
5.3.3 标度关系精确度评估 |
5.4 本章小结 |
第六章 剪切CBL对流水槽实验 |
6.1 CBL实验研究现状 |
6.1.1 风洞实验 |
6.1.2 对流水槽实验 |
6.2 PIV测量技术 |
6.3 剪切CBL对流水槽实验装置 |
6.3.1 对流水槽实验装置 |
6.3.2 实验水槽的相似性分析 |
6.3.3 实验过程 |
6.4 对流水槽实验结果分析 |
6.4.1 流场特征 |
6.4.2 水平速度 |
6.4.3 垂向速度 |
6.4.4 卷积层高度及厚度 |
6.4.5 动量的逆梯度输运 |
6.4.6 卷积层厚度标度关系 |
6.4.7 实验误差分析 |
6.5 本章小结 |
第七章 总结与展望 |
7.1 本文总结 |
7.2 存在的问题与展望 |
参考文献 |
攻读学位期间发表的学术论文和研究成果 |
致谢 |
(7)边界层参数化方案对台风“利奇马”模拟的影响研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第一章 绪论 |
1.1 引言 |
1.2 热带气旋数值模拟发展现状 |
1.3 数值模式中边界层参数化的物理意义及研究进展 |
1.3.1 边界层参数化的物理意义 |
1.3.2 边界层参数化研究进展 |
1.4 数值模式中海表粗糙度对台风模拟的研究进展 |
1.5 本文主要研究内容 |
第二章 数据和方法 |
2.1 WRF模式简介 |
2.2 WRF模式中的主要边界层参数化方案 |
2.2.1 BouLac方案 |
2.2.2 MYJ方案 |
2.2.3 UW方案 |
2.2.4 YSU方案 |
2.2.5 ACM2方案 |
2.2.6 Shin-Hong方案 |
2.3 WRF中不同粗糙度方案简介 |
2.4 使用的数据资料简介 |
2.5 超强台风Lekima(2019)简介 |
第三章 不同边界层方案对台风“Lekima”的模拟 |
3.1 试验设置 |
3.2 不同边界层方案的模拟结果分析 |
3.2.1 不同边界层方案模拟得到的台风路径 |
3.2.2 不同边界层方案模拟得到的台风强度 |
3.2.3 不同边界层方案模拟的台风风场 |
3.2.4 不同边界层方案模拟的地表通量 |
3.2.5 不同边界层方案模拟的湍流扩散系数 |
3.3 本章小结 |
第四章 不同粗糙度方案对台风“Lekima”的模拟 |
4.1 试验设置 |
4.2 不同粗糙度方案试验的模拟结果分析 |
4.2.1 不同粗糙度方案模拟得到的台风路径 |
4.2.2 不同粗糙度方案模拟得到的台风强度 |
4.2.3 不同粗糙度方案模拟得到的台风风场 |
4.2.4 不同粗糙度方案模拟得到的地表通量 |
4.2.5 不同粗糙度方案模拟得到的湍流扩散系数 |
4.3 本章小结 |
第五章 结论与讨论 |
5.1 结论 |
5.2 本文的创新点 |
5.3 不足与展望 |
参考文献 |
作者简介 |
致谢 |
(8)基于分层结构的城市边界层风场特性研究(论文提纲范文)
致谢 |
摘要 |
ABSTRACT |
1 绪论 |
1.1 研究背景及意义 |
1.2 国内外相关研究现状 |
1.2.1 大气边界层风场特性研究 |
1.2.2 城市边界层风场特性研究 |
1.2.3 现有研究的局限性 |
1.3 本文主要研究内容 |
2 城市边界层风场要素统计分析 |
2.1 数据观测及处理 |
2.2 平均风特性统计分析 |
2.2.1 平均风速数据概率密度分布 |
2.2.2 平均风速的极值分布 |
2.2.3 平均风向的统计分析 |
2.3 城市边界层分层结构分析 |
2.3.1 城市边界层的温度分析 |
2.3.2 城市边界层的大气稳定度分析 |
2.4 本章小结 |
3 城市边界层空气动力学参数分析 |
3.1 Monin-Obukhov相似理论 |
3.2 中性强风样本集合选取 |
3.2.1 风速样本的概率密度分布 |
3.2.2 样本的稳定度分析 |
3.3 边界层特征参数分析 |
3.3.1 摩擦速度分析 |
3.3.2 阻力系数计算 |
3.3.3 脉动风速归一化标准差 |
3.4 地貌参数的计算方法 |
3.5 地貌参数的计算结果与讨论 |
3.5.1 不同子层观测数据的确定 |
3.5.2 地貌参数计算的影响因素 |
3.5.3 地貌参数计算结果的对比分析 |
3.6 平均风速剖面模型的对比分析 |
3.7 本章小结 |
4 基于分层结构的强风脉动特性分析 |
4.1 湍流强度统计分析 |
4.1.1 不同子层湍流强度的概率密度分布 |
4.1.2 不同子层湍流强度随风速的变化 |
4.1.3 湍流度剖面的拟合 |
4.2 阵风因子统计分析 |
4.2.1 不同子层阵风因子随风速的变化 |
4.2.2 阵风因子与湍流强度的关系 |
4.2.3 不同子层峰值因子随风速的变化 |
4.3 脉动风速功率谱的统计分析 |
4.3.1 脉动风速功率谱理论 |
4.3.2 实测脉动风速功率谱 |
4.4 湍流积分尺度的统计分析 |
4.4.1 积分尺度计算方法的选取 |
4.4.2 湍流积分尺度随风速的变化 |
4.4.3 湍流积分尺度随湍流强度的变化 |
4.5 本章小结 |
5 结论与展望 |
5.1 本文内容总结 |
5.2 不足与展望 |
参考文献 |
作者简历及攻读硕士学位期间取得的研究成果 |
学位论文数据集 |
(9)中低温铁基SCR脱硝催化剂反应机理研究(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
符号注释表 |
第一章 绪论 |
1.1 引言 |
1.2 选择性催化还原(SCR)脱硝技术 |
1.2.1 SCR脱硝基本原理 |
1.2.2 SCR脱硝催化剂 |
1.3 铁基SCR脱硝催化剂 |
1.3.1 铁基SCR脱硝催化剂的催化活性 |
1.3.2 铁基SCR脱硝催化剂的抗硫抗水性 |
1.3.3 本课题组有关铁基SCR脱硝催化剂的研究 |
1.4 铁基脱硝催化剂反应机理 |
1.4.1 SCR脱硝催化剂反应机理研究进展 |
1.4.2 量子化学在催化脱硝反应机理研究中的应用 |
1.5 本文研究方法和内容 |
第二章 第一性原理研究方法及应用 |
2.1 第一性原理简介 |
2.2 密度泛函理论(Density Functional Theory,DFT) |
2.3 密度泛函计算方法 |
2.3.1 自洽计算(SCF) |
2.3.2 计算基组 |
2.3.3 赝势 |
2.4 DFT计算内容和方法 |
2.4.1 DMol3原理与方法 |
2.4.2 几何结构优化 |
2.4.3 化学反应过渡态计算 |
2.4.4 主要计算内容 |
2.5 本章小结 |
第三章 γ-Fe_2O_3(001)表面吸附及反应过程研究 |
3.1 γ-Fe_2O_3催化剂晶体模型及反应面 |
3.1.1 γ-Fe2O3晶体模型 |
3.1.2 γ-Fe_2O_3催化活性反应面 |
3.2 NH_3-SCR过程中反应物在γ-Fe_2O_3(001)表面的吸附 |
3.2.1 NH_3在γ-Fe_2O_3(001)表面的吸附 |
3.2.2 NO在 γ-Fe_2O_3(001)表面的吸附 |
3.2.3 N_2、H_2O、O_2在γ-Fe_2O_3(001)表面吸附 |
3.3 NH_3-SCR脱硝反应过程机理研究 |
3.3.1 无氧条件下的NH_3-SCR脱硝反应机理 |
3.3.2 有氧条件下的NH_3-SCR脱硝反应机理 |
3.3.3 快速SCR反应机理 |
3.3.4 N_2O反应机理 |
3.3.5 NH_3-SCR脱硝反应机理分析 |
3.4 本章小结 |
第四章 掺杂改性γ-Fe_2O_3(001)表面吸附及反应过程研究 |
4.1 Ce掺杂γ-Fe_2O_3(001)表面SCR反应过程 |
4.1.1 Ce掺杂γ-Fe_2O_3(001)表面模型 |
4.1.2 Ce掺杂γ-Fe_2O_3(001)表面对NH_3、NOx吸附过程研究 |
4.1.3 Ce掺杂γ-Fe_2O_3(001)表面SCR反应过程研究 |
4.1.4 Ce掺杂γ-Fe_2O_3 (001)表面SCR反应过程小结 |
4.2 Mn掺杂γ-Fe_2O_3(001)表面的NH_3-SCR脱硝反应过程 |
4.2.1 Mn掺杂γ-Fe_2O_3(001)表面模型 |
4.2.2 Mn掺杂γ-Fe_2O_3(001)表面对NH_3、NOx的吸附 |
4.2.3 Mn掺杂γ-Fe_2O_3(001)表面的NH_3-SCR脱硝反应过程 |
4.3 本章小结 |
第五章 掺杂改性γ-Fe_2O_3(001)表面抗硫性研究 |
5.1 γ-Fe_2O_3(001)表面的抗硫性 |
5.1.1 γ-Fe_2O_3(001)表面对SO_x的吸附 |
5.1.2 γ-Fe_2O_3(001)表面硫酸铵盐的形成及分解 |
5.2 Ce掺杂γ-Fe_2O_3(001)表面抗硫性 |
5.2.1 Ce掺杂γ-Fe_2O_3(001)表面对SO_2过程吸附 |
5.2.2 Ce掺杂γ-Fe_2O_3(001)表面硫酸铵盐形成及分解 |
5.3 Mn掺杂γ-Fe_2O_3(001)表面的抗硫性 |
5.3.1 Mn掺杂γ-Fe_2O_3(001)表面对SO_2的吸附 |
5.3.2 Mn掺杂γ-Fe_2O_3(001)表面硫酸铵盐形成及分解 |
5.4 本章小结 |
第六章 固定床内SCR脱硝反应过程数值模拟 |
6.1 铁基催化剂SCR脱硝反应动力学 |
6.1.1 宏观反应动力学与本征反应动力学 |
6.1.2 化学吸附与脱附过程 |
6.1.3 铁基SCR基元反应 |
6.1.4 反应物扩散 |
6.2 计算方法及内容 |
6.2.1 固定床反应器内SCR脱硝过程数值模拟的总体思路 |
6.2.2 固定床反应器模型 |
6.2.3 计算方法及内容 |
6.3 SCR脱硝反应各物理场分析 |
6.3.1 SCR脱硝反应流场分布 |
6.3.2 SCR脱硝反应各组分浓度分布 |
6.4 γ-Fe_2O_3催化剂SCR脱硝活性实验验证 |
6.4.1 脱硝活性实验系统 |
6.4.2 脱硝活性实验方法 |
6.5 模拟结果与实验结果对比 |
6.5.1 入口速度对SCR脱硝反应影响 |
6.5.2 反应温度对SCR脱硝反应影响 |
6.5.3 氨氮比对SCR脱硝反应影响 |
6.5.4 氧气浓度对SCR脱硝反应影响 |
6.6 本章小结 |
第七章 结论与展望 |
7.1 本文研究工作总结 |
7.2 论文创新点 |
7.3 下一步工作设想 |
致谢 |
参考文献 |
攻读博士期间主要研究成果 |
(10)高风速条件下表面重力波对海气动量通量及上层海洋流场的影响研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第一章 前言 |
1.1 研究背景和意义 |
1.2 海气界面动量通量的研究现状 |
1.3 表面波对上层海洋流场影响的研究现状 |
1.4 本文研究内容及结构 |
第二章 表面重力波对海洋上层动力学结构的作用机制 |
2.1 波浪演化对海气动量通量的影响 |
2.2 表面重力波对上层海洋平均流场的影响 |
2.3 表面重力波对上层海洋流场的影响 |
2.4 斯托克斯漂流垂向分布 |
第三章 对COAWST模式的改进及数据分析方法介绍 |
3.1 COAWST耦合模式系统介绍 |
3.2 ROMS模式简介 |
3.3 SWAN模式简介 |
3.4 COAWST新增功能模块介绍 |
3.5 数据分析方法介绍 |
第四章 理想台风条件下波浪对上层海洋的影响 |
4.1 .模式设置 |
4.2 波浪演化对上层海洋流场和温度的影响 |
4.3 斯托克斯漂流对上层海洋的影响 |
4.4 斯托克斯漂流剖面算法对上层海洋的影响 |
4.5 本章小结 |
第五章 波浪演化对风暴路径区域海洋的影响 |
5.1 模式设置 |
5.2 波浪演化对动量通量的影响 |
5.3 模式结果验证 |
5.4 波浪演化对上层海洋流场的影响 |
5.5 本章小结 |
第六章 结论与展望 |
6.1 本文主要结论 |
6.2 本文的创新点 |
6.3 未来工作与展望 |
参考文献 |
致谢 |
作者简介 |
四、A METHOD FOR DETERMINING TURBULENT TRANSFER IN THE ATMOSPHERIC SURFACE LAYER(论文参考文献)
- [1]大气表面层中相干结构的不同尺度自相似性特征[D]. 李雪波. 兰州大学, 2021
- [2]基于改进致动盘模型的风力机尾流特性研究[D]. 马国林. 兰州理工大学, 2021
- [3]点源释放气溶胶扩散和沉积的风洞实验研究[D]. 高赞. 太原理工大学, 2021(01)
- [4]北京地区污染天气大气边界层变化特征研究[D]. 樊丝慧. 南京信息工程大学, 2021
- [5]基于深度学习的自适应光学波前传感技术[D]. 李自强. 中国科学院大学(中国科学院光电技术研究所), 2021
- [6]大气环境中剪切对流边界层湍流卷积特性研究[D]. 李岸然. 云南师范大学, 2021(09)
- [7]边界层参数化方案对台风“利奇马”模拟的影响研究[D]. 仲鹏志. 南京信息工程大学, 2021(01)
- [8]基于分层结构的城市边界层风场特性研究[D]. 张鑫鑫. 北京交通大学, 2021
- [9]中低温铁基SCR脱硝催化剂反应机理研究[D]. 任冬冬. 东南大学, 2020(02)
- [10]高风速条件下表面重力波对海气动量通量及上层海洋流场的影响研究[D]. 韩兆辉. 南京信息工程大学, 2020(01)