陆气相互作用中普通双源模型与ALEXI模型的比较
陆气相互作用及陆面模式的研究进展
陆气相互作用及陆面模式的研究进展
陈海山, 孙照渤
( 南京气象学院 气象灾害和环境变化重点开放实验室, 江苏 南京 210044)
摘 要: 较为全面地回顾了有关陆气相互作用的研究进展及陆面模式的发展现状, 结 合近年来开展的有关陆气相互作用的 20 多个大型国际研究计划和目前国内外具有 代表性的陆面模式, 分析了当前陆气相互作用及陆面模式研究中存在并有待进一步 解决的问题, 探讨了未来陆面模式的发展趋势。 关键词: 陆气相互作用; 陆面模式; 研究进展 中图分类号: P 461 文献标识码: A 早在 1974 年, 世界气象组织 (WM O ) 和国际科联 ( ICSU ) 就提出了气候系统的概念, 约占 地球表面三分之一的陆地, 是气候系统重要而最为复杂的组成部分, 发生于陆面的各种过程对 气候、 环境均具有显著的影响。1984 年WM O 和 ICSU 公布的世界气候研究计划 (W CR P ) , 强 调了陆气相互作用及陆面过程研究的重要性。 近年来, 陆面过程及其与气候的相互作用引起了 人类社会的普遍关注, 并逐渐成为了一个重要的科学研究领域。 然而, 由于陆面观测资料的缺乏和陆面过程的复杂性, 陆面过程的研究一直落后于诸如海 气相互作用的研究。20 世纪 80 年代中后期, 水文—大气试点试验 (HA PEX ) 、 全球能量和水循 ( ) ( ) 环试验 GEW EX 、 国际卫星—陆面—云研究计划 ISL SCP 、 国际地圈—生物圈研究计划 ( IGB P ) 等一系列大型陆面外场观测试验和研究计划的实施, 为陆气相互作用的发展提供了条 件, 使陆气相互作用的研究有了新的突破, 人们对陆气相互作用也有了新的认识。 本文将从陆面过程的敏感性研究、 观测研究、 陆面模式的发展三个方面, 对这一领域的研 究工作进行较为系统的总结, 在全面了解陆面过程研究现状的基础上, 来探讨其中存在的问题 和未来的发展趋势。
CFD 计算对计算网格有特殊的要求
CFD 计算对计算网格有特殊的要求，一是考虑到近壁粘性效应采用较密的贴体网格，二是网格的疏密程度与流场参数的变化梯度大体一致。
对于面网格，可以设置平行于给定边的边界层网格，可以指定第二层与第一层的间距比，及总的层数。
对于体网格，也可以设置垂直于壁面方向的边界层，从而可以划分出高质量的贴体网格。
而其它通用的CAE 前处理器主要是根据结构强度分析的需要而设计的，在结构分析中不存在边界层问题，因而采用这种工具生成的网格难以满足CFD 计算要求，而Gambit 软件解决了这个特殊要求。
如果先在一条边上画密网格再在之上画边界层，边界层与网格能很好的对应起来如果直接在一条边上画边界层，则边界层横向之间的距离很宽怎么设置边界层横向之间的距离，即不用先画网格也能画出横向距离很密的边界层来？在划分边界层网格之前，用粘性网格间距计算器，计算出想要的y+值对应的第一层网格高度；第一层高度出来之后，关于网格的纵横向网格间距之比，也就是边界层第一层网格高度与横向间距之比，大概在1/sqrt(Re)，最为适宜；先在你要划边界层网格的边上划分线网格，然后再划分边界层。
gambit本人也用了一段时间，六面体网格四面体网格我都画过，但是最头疼的还是三维边界层网格的生成。
用gambit自带的边界层网格生成功能画出来的边界层网格经常达不到好的效果，或者对于复杂的外形根本就无法生成边界层网格。
为此我就采用手动设置边界层，但是比较费时间，效果还一般。
不知道大家是不是也遇到相似的问题，或者有更好的方法，请指点一下，先谢谢了！22 什么叫松弛因子？松弛因子对计算结果有什么样的影响？它对计算的收敛情况又有什么样的影响？1、亚松驰（Under Relaxation）：所谓亚松驰就是将本层次计算结果与上一层次结果的差值作适当缩减，以避免由于差值过大而引起非线性迭代过程的发散。
用通用变量来写出时，为松驰因子（Relaxati on Factors）。
全球气温与CO2 排放量关系模型
目录
摘 要............................................................................................................................ 1 1 引言......................................................................................................................... 2 2 全球气温 ARIMA 模型 ....................................................................................... 3 2.1 数据检验及处理............................................................................................ 3 2.1.1 数据平稳性检验.................................................................................. 3 2.1.2 数据非白噪声检验.............................................................................. 5 2.1.3 数据正态性和方差齐性检验.............................................................. 5 2.2 模型的建立及检验........................................................................................ 5 2.2.1 模型定阶及参数的估计...................................................................... 6 2.2.2 残差的随机性和正态性检验.............................................................. 7 2.3 全球气温的预测............................................................................................ 9 3 全球气温与 CO2 排放量 LREG-FARIMA 模型 ................................................ 10 3.1 CO2 排放量与全球温度 LREG 模型建立及协整关系的检验................. 10 3.1.1 CO2 排放量与全球温度 LREG 模型建立....................................... 10 3.1.2 CO2 排放量与全球温度协整关系检验 ........................................... 13 3.2 回归残差 FARIMA(1,0.44,2)模型建立 ...................................................... 14 3.2.1 回归残差 FARIMA(1,0.44,2)模型建立............................................ 14 3.2.2 FARIMA 模型残差 {et } 的白噪声检验 ............................................ 15
气固两相湍流模型的分类
气固两相湍流模型的分类对两相流的研究有两种不同的观点：一是把流体作为连续介质，在欧拉坐标系内加以描述，而把颗粒群作为离散体系，在拉氏坐标系内加以描述；而另一是除了把流体作为连续介质外，还把颗粒群当作拟连续介质或拟流体，两相在空间共存和互相渗透，两相都在欧拉坐标系内加以描述。
不同观点描述两相流所得数学模型也不同，目前常用的模拟模型有：单流体模型（无滑移模型）、小滑移模型、双流体模型（多流体模型或滑移－扩散的多连续介质模型）、颗粒轨道模型。
单流体模型把单相流体力学概念直接推广到两相流中，把含有颗粒群流体看成一个单一的流体，提出了一种模拟气粒两相流动简化模型，即单流体模型或无滑移模型。
与单相流体流动方程相比，单流体模型仅增加了几个颗粒相连续方程（类似于气相组分扩散方程），并在气相方程中增加了颗粒源项，因此该模型相当简单。
该模型的主要优点是处理方法简单，计算方便。
其缺点是未考虑颗粒相及气相之间的阻力作用（即假设气体与颗粒之间无速度和温度滑移），以及认为颗粒扩散系数和气体扩散系数相等，与实际的气固两相流动情况差异很大，故目前应用的较少。
小滑移模型小滑移模型则是在单流体模型的基础上发展的，在此模型中，或者颗粒相对流体流动的影响被认为是小扰动，或者该影响被完全忽略。
模型中假设颗粒的运动单纯由流体流动引起，流体与颗粒的速度滑移相对于平均流动来说是小量，这一滑移是颗粒扩散的结果。
它考虑了颗粒的滑移并涉及了颗粒和气相间因滑移而引起的阻力，从而增加了颗粒群的动量方程，但求解典型程序仍与无滑移模型相同。
其优点是考虑了颗粒的湍流扩散、湍流粘性以及滑移引起的阻力，相对接近于实际情况。
双流体模型该模型的出发点是把颗粒群和气体都作为连续介质，两者相互渗透组成双流体或多流体系统，在欧拉坐标系下考察气粒两相流动，即欧拉—欧拉模拟湍流两相流动。
近年来双流体模型已用于模拟一维非定常水汽两相流、炮膛内非定常二维湍流气粒两相流、气粒两相射流、有蒸发的液雾气体射流、闭式同轴射流中气体液雾流动与燃烧、带有或不带高速射流的突扩燃烧室中二维及三维湍流回流气粒两相流动和燃烧、四角喷燃炉中三维湍流旋流回流气粒两相流动和流化床中二维气化过程等。
改进的Alexnet模型及在油井示功图分类中的应用
改进的Alexnet模型及在油井示功图分类中的应用段友祥;李钰;孙歧峰;徐冬胜【摘要】现在有杆抽油机采油设备仍在原油开采中占据主导地位,示功图采集及分析是检测、预防、解决采油生产过程中各种故障的有效措施和手段.借助人工智能方法进行油井抽油机示功图自动分类识别和故障判断一直是研究的重点.深度学习为示功图识别和解释研究注入了新的活力.主要对卷积神经网络在油井抽油机示功图自动识别中的应用进行研究,提出一种改进的Alexnet模型,实现了示功图的自动识别,并与目前常用的神经网络模型进行了比较.实验表明,改进的Alexnet模型在保证识别准确率高的同时有效降低了训练学习时间,很好地达到了实际应用要求.【期刊名称】《计算机应用与软件》【年(卷),期】2018(035)007【总页数】6页(P226-230,272)【关键词】示功图;深度学习;卷积神经网络;Alexnet【作者】段友祥;李钰;孙歧峰;徐冬胜【作者单位】中国石油大学(华东)计算机与通信工程学院山东青岛266580;中国石油大学(华东)计算机与通信工程学院山东青岛266580;中国石油大学(华东)计算机与通信工程学院山东青岛266580;中国石油大学(华东)计算机与通信工程学院山东青岛266580【正文语种】中文【中图分类】TP391.40 引言现在有杆抽油机采油设备仍在原油开采中占据主导地位，但是由于其结构特点及工作环境的特殊性，故障发生率高，所以能够及时准确地把握抽油机的工作状态、进行故障分析和处理非常重要。
目前示功图是分析和判断油井抽油机工况的主要手段，但在实际生产中，对示功图的识别和分类还主要是依靠人工进行，识别效率低，特别是受经验知识的影响较大，导致有时存在很大的识别误差，无法满足油田实际生产，特别是自动化生产的需要。
多年以来，人们一直研究和尝试利用先进的计算机技术来解决这个问题，比如把专家系统、机器学习等人工智能方法引入进来[1-6]，取得一些成果，也得到了一定的应用实践，但还不能很好地满足实际要求。
autodyn简介
该软件拥有包括 Euler、Lagrange、ALE、SPH 等众多非常优秀的求解器，以及300多种常用的材料数据库和完全的流固 耦合技术。它的结果重新映射技术和部件激活抑制技术极大地提高了用户的计算效率。该软件主要模拟流体、气体及固 体在高速冲击或极限载荷条件下的响应及耦合分析，广泛应用于弹道学、战斗部设计、穿甲、爆轰、水下爆炸等问题的 分析研究，在国际军工行业享有声誉。
国际太空站的防护系统的设计应法医研究调查需要进行wtc冲击和结构破碎的模拟对用来防止外来物体对城市飞行器毁坏的防护层的评估复合材料航天器部件受破片式战斗部作用时的易损性分析对弹道导弹的拦截以及对导弹防御系统的毁伤研究模拟对核电站的冲击模拟小行星对地球的撞击被动和主动装甲系统的优化设计设计装配和优化反装甲装置石油射孔弹性能研究太空垃圾对卫星冲击损伤的评估城市中心的爆炸效应粒子加速器的束流收集器的安全评估固体的破碎水下爆炸对船只的毁伤效应动能弹的评估和设计地下管道和结构中爆轰波的传播鸟群对飞行器的撞击飞行器的燃料箱中液压冲击效应氢爆炸反应堆的安全壳的结构响应分析爆炸加载下玻璃的响应和毁坏内弹道气体冲击波效应模拟烧结金属中的粉末压实冲击加载作用下复合结构的累计损伤航天器组件的爆炸成形对不同装甲结构的穿孔和装甲背后碎片的分析水沙障碍物对于爆炸碎片和爆轰波的延缓预测钝伤损伤车辆上透明装甲的优化设计危险品储存地的安全距离计算冲击和爆炸载荷下混凝土钢筋混凝土结构的损伤陆上石化厂的爆炸结构相互作用的模拟下落物体对海上的舱体造成的结构损伤爆炸引发岩石破碎的预测爆破漏斗设计地面高频运动引起的混凝土损伤模拟超音速弹丸在水中运动时的气穴和偏航现象核反应设备中管道破裂事故的研究压缩加载下陶瓷的失效火箭舱分离时的引起的涡流场分析特色功能流体和结构的完全耦合求解拥有eulerlagrangealesphshellbeam等多个求解器并且各求解器之间可相互耦合求解提供多种欧拉算法eulereulergodnov和eulerfct算法方便用户求解不同类型的流体问题提供300余种常用材料数据库无需用户定义材料的状态方程强度模型失效模型和侵蚀模型中的各种参数在共享内存和分布式内存系统上的并行和串行运算方式可以进行平面对称或球对称求解以及网格重新映射技术一维结果映射到二维或三维模型部件的抑制或激活技术
calpuff模型理解
1、calfull模型为非定常（静风、复杂地形）三维（垂直坐标采用地形追随坐标，水平结构为等间距的网格，空间分辨率为一至几百公里，垂直不等距分为30 多层）拉格朗日烟团输送模式，主要包括污染物之排放、平流输送、扩散，干沉降以及湿沉降等物理与化学过程。
calfull模型分为三个模块，CALMET(利用质量守恒原理对风场进行诊断，包括逐时风场、混合层高度、大气稳定度（PGT 分类）、各种微气象参数等)、CALPUFF（模拟污染物传输行为的集成模式进行空气质量模拟，CALPUFF模拟系统的输出主要包括网格和各指定点的污染物浓度）、CALPOST（计算结果后处理软件，对CALPUFF 计算的浓度进行时间分配处理，并计算出干（湿）沉降通量、能见度等）。
2、calmet模拟污染物从污染源排放后的扩散过程，扩散参数由微气象参数计算得到；calpuff模拟系统输出主要包括网格和各指定点的污染物浓度；calpost式后处理模块，该模块能够将CALPUFF生成的污染物浓度场文件依用户的不同目的进行相应处理，如生成网格化或者指定点逐时浓度、日均浓度、月均及年均浓度等文件．3、calpuff与aermod的区别，calpuff模型可以处理长距离污染物运输（50km以上的区域），能模拟中等尺度范围；而aermod模型模拟50km以内的区域。
4、CALMET是气象模型，用于在三维网格模型区域上生成小时风场和温度场。
CALPUFF是非稳态三维拉格朗日烟团输送模型，它利用CALMET生成的风场和温度场文件，输送污染源排放的污染物烟团，模拟扩散和转化过程。
CALPOST通过处理CALPUFF输出的文件，生成所需浓度文件用于后处理。
5、Calpuff模型对数据要求很高，calmet需要的数据至少包括每日逐时地面气象数据和一日俩次的探空数据，目前中国国内气象站提供的地面气象数据一般为一日四次气象数据。
当某些气象数据缺失时，CALMET会通过插值等技术来估算风场、温度场、湍流场等等，这样子降低了模型气象场的精确度，最终会降低模拟结果的精确度。
[转载]气液两相流的模型选择
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欧拉模型指的是欧拉—欧拉模型； 把颗粒和气体看成两种流体，空间各点都有这两种流体各自不同的速度、温度和密度，这些流体其存在在同一空间并相互渗透，但各有不同 的体积分数，相互间有滑移； 颗粒群与气体有相互作用，并且颗粒与颗粒之间相互作用，颗粒群紊流输运取决于与气相间的相互作用而不是颗粒间的相互作用； 各颗粒相在空间中有连续的速度、温度及体积分数分布。
几种多相流模型的选择
VOF模型适合于分层流动或自由表面流； Mixture和Eulerian模型适合于流动中有混合或分离，或者离散相的体积份额超过10%－12％的情况。
Mixture模型和Eulerian模型区别
如果离散相在计算域分布较广，采用 Mixture模型；如果离散相只集中在一部分，使用Eulerian模型； 当考虑计算域内的interphase drag laws 时，Eulerian模型通常比Mixture模型能给出更精确的结果； 从计算时间和计算精度上考虑。
两相流的研究：对两相流的研究有两种不同的观点：一是把流体作为连续介质，而把颗粒群作为离散体系；而另一是除了把流体作为连续 介质外，还把颗粒群当作拟连续介质或拟流体。
引入两种坐标系：即拉格朗日坐标和欧拉坐标，以变形前的初始坐标为自变量称为拉格朗日Langrangian 坐标或物质坐标；以变形后瞬时 坐标为自变量称为欧拉Eulerian 坐标或空间坐标。
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原文地址：气液两相流的模型选择 作者：天蝎射天郎
两相流：通常把含有大量固体或液体颗粒的气体或液体流动称为两相流；其中含有多种尺寸组颗粒群为一个“相”，气体或液体为另一“相”，由 此就有气—液，气—固，液—固等两相流之分。
多相流模型
两相流数值模拟(第5讲)-两相流数值模拟方法分类0420
如：颗粒动力学模型， 颗粒群模型等
（2）欧拉－欧拉方法： 如：均相模型 小滑移模型 分相模型 多流体模型
两相流数值模拟方法的分类
第三，介观层次的数值模拟方法。
（1）流体本来是由离散的分子所组成，通常将流体当作连续介质来 处理；
两相流数值模拟方法的分类
分子气体动力学模型
分类方法很多
离散的介观层次格子类方法
格子－气体（Lattice Gas）法 格子－波尔兹曼（Lattice Boltzman）方法
均相模型
气体动力学模型 颗粒群轨道模型 拟流体模型
均相模型
连续介质模型 Eulerian
这类方法从微观层次上将多相流看作是大量离散分子的集合，流体的运动特性 由这些离散分子的相关特性的统计平均来决定。
比较典型的如直接蒙特卡洛模拟(Direct Simulation Monte Carlo, DSMC )方 法，最近10余年内得到迅速发展。
这类方法由于需要对计算区域内每一个分子的力学行为进行描述与计算，因而 所需计算机内存很大，目前还无法应用到复杂流场计算中。
两相流数值模拟方法的分类
注意要点： ２）上述分类方法并不一定百分之百地科学，可有多种分类方法。
由于与单相连续介质力学模型的内在本质联系，经典的连续介质力学方法最易 为人们所理解和接受，直接推广和延伸到两相流应用领域。
连续介质力学方法是当今应用最为广泛的方法，连续介质力学模型可分为两类：
欧拉－拉格朗日方法 欧拉－欧拉方法
两相流数值模拟方法的分类
注意要点： １）在实际应用中，需要结合研究具体目标，灵活采用不同的方法及其组合。
气_液两相临界流速及压力扰动传播规律
核 动 力 工 程
Nuclear Power Engineering
Vol.31. No.5 Oct. 2 0 1 0
气-液两相临界流速及压力扰动传播规律
陈二锋 1，厉彦忠 1,2，应媛媛 1
∂ ∂ ( (1 − α ) 1 − α ) + pL,i （6） ∂x ∂x 式中，u 为流速，m/s； ρ 为密度，kg/m3； α 为空
泡份额； τ 为剪切应力，N/m2；g 为重力加速度，
M L,i, d =
3 cD ρL α ur ur 8 Rb
（15）
式中，Rb 为气泡直径，m；cvm 为虚拟质量力系数；
（24）
=0
1 I (k ) + − I (k ) − （26） 2 式中，c 为两相压力波的波速，m/s；η 为振幅衰减 系数，db/m；R(k)为波数 k 的实部；I(k)为波数 k 的 虚部。 η=
3 临界流速与压力扰动传播速度
3.1 压力波和压力脉冲 压力波的色散特性表现为两相波速随扰动频 率增加而增大，并在扰动频率ω>103~104 时，两相 波速趋于一定值[2~5]。然而，以往更多的两相波速 模型并未没有考虑扰动频率的影响， 实际上是压力 脉冲的传播速度。 图 1 展示了压力脉冲传播速度和 扰动频率趋于∞时压力波传播速度的一致性，其中 压力脉冲传播速度采用文献[8]中适合于各种流型 下的统一模型计算， 而压力波传播速度采用以上压 力波色散方程计算。从图 1 中可知，当扰动频率为 109 时，两者计算结果完全一致，此时的两相波速 即为压力脉冲的传播速度， 即压力脉冲是压力波扰 动频率趋于∞时的一种特例。
三种多组气体吸附预测模型的分析
【作者简介】李梁君（1984- ），男，广东江门人，硕士研究生在读，研究方向：大气污染控制。
20
际组成和热力学性质虽然和气相主体的温度（T）、压力（P）及组
成（yi）有关，但由于受吸附剂结构、吸附质、吸附剂性质及其相
互作用的影响，非常复杂，无法直接用气相主体的性质来表征。
(3.2)
式中，p 为气体的平衡压力；p0 为实验温度的饱和蒸气压；
V 为气体的摩尔体积；ε 为吸附势。
由距表面 x 处的等势面与固体表面所夹的吸附体积 V吸附量；M 为吸附质分子量；ρ 为实
验温度下液态吸附质的密度；V 为液态吸附的摩尔体积。
将式（3.2）和（3.3）代入式（3.1），可得
（2.4）
同样地在一个三组分体系中有 x1+x2+x3=1 联立式（2.2）得到的三个方程，式（2.3）得到的两个方程和
式（2.4）得到的一个方程共六个方程便可以求出六个未知量
总吸附量 n 取决于 i 组分的吸附量。如果吸附行为如假设地进 行，则可以得到如下方程：
（2.5） 并且组分 i 的吸附量为：ni =nxi
以上模型（方程）都是基于纯组份吸附研究得出，而在实际 应用中经常会遇到混合气体的情况，所以对多组分气体吸附的 研究也逐渐加深，七十年代以来，不少学者开始对多组分吸附 进行研究，他们提出了多种多组分吸附的模型[3- 6]。根据具体吸 附质—吸附剂体系、吸附条件等可以衍生出数十种不同种类的 吸附预测模型 [7- 9]，例如有三参数 Extended- Langmuir 方程， HEL 模 型 [10（] Heterogeneous Extended Langmuir），HIAST[11] （Heterogenous Ideal Absorbed Solution Theory）等。但是在如 此多的模型中最基本的只有三种，分别是纯组分等温线的扩展 的代表—Extended- Langmuir 方程，经典热力学模型的代表— IAS 理论和吸附势理论的代表 —Dubinin- Radushkevich 方 程。本文就这三种模型进行分析。
大气化学传输模型GEOS_Chem全球_区域双向耦合_燕莹莹
燕莹莹 林金泰 旷烨 杨东伟
摘
要
利用 GEOS-Chem 全球与区域单向模式创建全球-区域双向耦合模式， 该耦合 模型中可以针对全球模式的水平分辨率(2°×2.5°, 4°×5°)以及嵌套区域(亚洲， 北 美和欧洲区域)进行选择。 以 CO 作为研究对象， 结合 HIPPO 计划(The HIAPER
Key word：GEOS-Chem, two-way coupling, HIPPO
‐ 2 ‐
1 引言
全球大气化学传输模式不仅能够提升对大气化学过程以及平衡的认识，也可 以利用其为外场观测实验做适当的预测，为卫星观测提供一定的先验值，为解释 气 溶 胶 与 化 学 以 及 全 球 气 候 之 间 的 相 互 影 响 提 供 有 力 的 工 具 (Bey et al.,2001,Schubert et al.,1993,Palmer et al.,2001)，因而不断改进全球大气化学传输 模式有助于更好的理解和研究大气化学。目前，主要的全球大气化学传输模式有 TM5，MOZART，GEOS-Chem等，其中MOZART模式只有全球模式没有区域模 式，而TM5和GEOS-Chem是既有全球模式也有区域模式。 由于全球模式受到低模式分辨率的限制，只能针对某一特定区域，而区域模 式的发展通过提高空间分辨率以及减小时间步长能很好的提高该区域的模拟精 度。GEOS-Chem发展了三个区域模式，包含的区域分别是欧洲，亚洲和北美及 附近海域(Wang et al.,2004,Chen et al.,2009,Pleim et al.,2005)。目前，其全球模式 与区域模式采取单向模拟， 即全球模式以一定时间步长向区域模式单方面地提供 区域边界信息；相对于单向模拟，双向耦合需要全球模式和区域模式进行信息交 流，即在一定时间步长下，全球模式不断为区域模式更新边界条件，并且区域模 式将模拟结果作为该区域下一时间步长的初始值反馈给全球模式。 早期已经有利用区域模式的方法来分析区域酸沉降（Roelofs et al.,1997)，发 现区域模式的高分辨率不仅能够提升SO2的模拟结果，也能更好地捕捉到观测中 发生的较大变化范围和较大空间变化的酸沉降现象。对于区域模式而言，虽然它 只模拟某一地区的大气化学以及传输过程， 但是它仍然需要全球模式为其提供边 界条件， 即利用全球模式不断更新其边界条件， 以保证区域模式更加合理而准确。 很多关于用粗分辨率的全球模式为高分辨率区域模式提供边界条件的研究 (Soulhac et al.,2003,Frohn et al.,2003,Jonson et al.,2001)表明当区域模式使用全球 模式为其提供边界条件时，其模拟结果均得到很大的改善。 目前，TM5模式采用了双向耦合的方法，但是TM5采用的是双层嵌套的方 法(M. Krol et al.,2005)，即最外面是一个粗分辨率的全球模式（4°×4°）与里面一 个较粗格点的区域模式（3°×2°）嵌套，然后里面再嵌套一个高分辨率（1 °×1°） 的区域模式，较为复杂。然而，在大气科学领域得到广泛应用的GEOS-Chem全 球大气化学传输模式还没有发展该模式的双向耦合模式， 其区域模式是单向模拟, 在这篇文章里我们提出的算法中的全球模式既可以是4°×5 °，也可以是2°×2.5°， 而区域模式的分辨率是0.5°×0.667° ，而且只需一层嵌套。因此，相对于TM5而 言，如果采用2°× 2.5° 全球模式与区域模式进行双向耦合，不仅分辨率要更高， 而且复杂度也得到降低。
文献整理
一72.evaluation of large eddy simulation and euler-euler CFD models for solids flow dynamics in a stirred tank reactor两相流动中，大尺度涡占主导，而DNS 模拟中大部分计算工作花在解决中小规模的涡旋上，因此LES 在两相湍流中相比更可行。
LES 模拟基于Eulerian-Lagrangian 方法，搅拌器相对运动的效果被处理为时间在流体上的体积力，满足壁面无滑移。
Euler-Euler 方法中，Multiple reference frame 方法用以模拟旋转推进器。
二．80搅拌槽内流动与混合过程的实验研究及数值模拟模拟搅拌反应器所面临的挑战是由液面、槽壁和挡板、搅拌桨和搅拌轴所围出的流动域的形状是随时间变化的。
主要的解决办法有“黑箱”模型法，动量源法，内外迭代法，多重参考系法，滑移网格法等。
1. 黑箱模型在计算时将桨叶区从计算域中扣除，桨叶所产生的作用以某种表面的边界条件的形式来代替，边界条件的数据一般由实验得到（Harvery ，1982）。
Ranade(199Oa ，b)采用两种不同的桨叶边界定义方法计算了涡轮搅拌桨的三维流动场，并与自己的实验数据进行了比较。
第一种方法将桨叶区看作由两组平面围成，垂直面(V ∑)和水平面(H ∑)，在两组平面上均定义速度，湍流动能和耗散率的分布，平面内部的流动场不再计算。
第二种方法仅仅在垂直平面上定义边界条件，计算在整个区域内进行，包含桨叶内部区域。
第二种方法的计算结果较好。
采用“黑箱”模型时存在的缺点，即由实验数据给定的边界条件一定要满足桨叶扫过区域的守恒方程。
“黑箱”模型法存在很大缺陷:边界条件的确定一般离不开实验数据;而且一套桨叶区边界条件只能用于与实验条件几何相似的体系。
2. 动量源法Periclcousl(l987)提出了“动量源”模型，把桨叶对流体的作用看作流体动量的产生源，采用切向方向的附加“源”代替六直叶涡轮作用。
LASG_IAP大气环流谱模式对陆面过程的敏感性试验_包庆
第30卷第6期2006年11月大 气 科 学Chinese Journal of Atmospheric Sciences Vol 130 No 16Nov.2006收稿日期 2005208201,2006201206收修定稿资助项目 国家重点基础研究发展规划项目2004CB418300,中国科学院团队国际合作伙伴计划“气候系统模式研发及应用研究”,国家自然科学基金资助项目40475027、40523001、40233031作者简介 包庆,男,1979年出生,博士研究生,主要从事气候数值模拟研究。
E 2mail :baoqing @LASG /IAP 大气环流谱模式对陆面过程的敏感性试验包庆1,2 刘屹岷1 周天军1 王在志1 吴国雄1 王鹏飞11中国科学院大气物理研究所大气科学和地球流体力学数值模拟国家重点实验室,北京 1000292中国科学院研究生院,北京 100049摘 要 将中国科学院大气物理研究所大气科学和地球流体力学数值模拟国家重点实验室最近发展的高分辨率全球大气环流谱模式SAMIL 2R42L26,分别与两个陆面模式———NCAR 通用陆面模式CL M 和简化的简单生物圈模式SSiB 进行耦合。
在比较了两个陆面过程模式,指出CL M 改进方面的基础上,通过分析两个陆气耦合模式所模拟的陆气通量交换结果,指出新版本的陆气耦合模式(SAMIL 2R42L26与CL M 耦合)对表面感热、温度、降水率、潜热通量和海平面气压场的模拟能力大大提高,尤其对于夏季表面感热通量场,使亚洲北部和东南部、格陵兰岛以及北美洲大部分地区的数值从100W/m 2降低到接近60W/m 2,与NCEP 再分析资料一致。
新版本的陆气耦合模式模拟陆地表面能量收支趋于平衡,为下一步发展海-陆-气-冰耦合气候系统模式提供保障。
采用CL M 陆面模式,SAMIL 2R42L26能较好地模拟亚洲季风区地表感热和潜热的季节演变趋势,而采用SSiB 陆面模式的结果,则存在较大误差。
无人战斗机机体研制生产费用的灰色模型估算方法
2003年3月系统工程理论与实践第3期 文章编号:100026788(2003)0320117206无人战斗机机体研制生产费用的灰色模型估算方法陆 凯,李为吉,宋笔锋(西北工业大学飞机系,陕西西安710072)摘要: 基于灰色理论建立了一种无人战斗机机体费用模型,用变化了的有人战斗机的说明性变量样本和费用样本来模拟无人战斗机的说明性变量样本和费用样本Λ灰色模型由于本身的特点,在小样本情况下,估算结果精度比一般回归分析高,比较适合单一机种小样本费用模型的建立Λ关键词: 无人战斗机;研制生产费用;灰色模型中图分类号: V279 文献标识码: A αGray M odel Based A irfram e Co st E sti m ating M ethodof U n inhab ited Com bat A ir V eh iclesLU Kai,L IW ei2ji,SON G B i2feng(D epartm en t of A ircraft Engineering,N o rthw estern Po lytechn ical U n iversity,X i’an710072,Ch ina)Abstract: A co st model based on gray theo ry is m ade fo r the airfram e co st esti m ating of un inhab itedcom bat air veh icles(U CAV).T he samp le data of U CAV is si m u lated by the tran sfo rm ati on of modifiedm anned attack figh ters and the co st samp le data is also created u sing DA PCA co st model fo r the sam eairp lanes.Gray model has a good ab ility of fo rm ing a ru le th rough accum u lated generati on operati on andinverse accum u lated generating operati on.T herefo re it m akes gray model be u sed w idely in modelm ak ing,especially in the situati on of s m all samp le esti m ati on.T he verificati on resu lts of engineeringhou rs esti m ati on of U CAV u sing gray model show that gray model can be u sed fo r U CAV airfram eRD T E and E M D co st bo th effectively and satisfacto rily.Key words: gray model;RD T E and E M D co st;U CAV 飞机的经济性已成为现代飞机发展的关键因素之一Λ分析飞机经济性的基础是建立飞机全寿命周期费用模型Λ无人战斗机机体研制生产费用模型是无人战斗机全寿命周期费用模型的一个组成部分Λ无人战斗机机体的费用分析模型可借鉴有人战斗机费用分析模型,但必须作相应的修正,无人战斗机不需要座舱、环控系统、生命保障系统等与人有关的设备,结构安全系数也可取较低数值,如1.2,而有人战斗机是1.5,这样无人战斗机不仅重量比有人战斗机减轻很多,而且结构上也简单很多Λ把修正后的数据作为无人战斗机说明性变量的样本数据,用美国兰德公司的DA PCA 模型估算改变后的有人战斗机机体费用作为无人战斗机机体费用样本Λ在样本选择时,选取几种典型的攻击机的数据为样本Λ灰色模型在小样本建模时具有比一般回归分析方法精度高的特点,因此可以用灰色模型理论在生成的小样本数据基础上建立无人战斗机机体研制生产费用模型Λ1 灰色模型方法现有系统统计分析,通常用数理统计方法如回归分析、方差分析、主成分分析等,按数理统计要求,样本越多越好,一般还要求样本有较好的分布规律,因此对样本小、分布规律不典型的情况不适应Λ部分信息已知,部分信息未知的系统,称为灰色系统Λ灰色系统通过原始数据的整理来寻求数据的变化规律,这种整理方式叫灰色序列生成Λ累加生成是灰色序列生成的一种重要方法,是将原始数据序列依次累加以后得到α收稿日期:2001211227资助项目:全国优秀博士论文专项基金(200051)作者简介:陆凯(1970-),男,湖南长沙人,博士生,主要研究方向是飞机总体设计新的数据和新的序列Λ一般的非负准光滑序列经累加生成以后,都会减少随机性,呈现出近似的指数增长规律(文献〔1〕)Λ灰色系统建模的任务是用原始样本数据作灰色序列生成后的数据序列建立微分方程模型,通过对微分方程的求解可得所需参数的估算模型Λ灰色模型的特点是:1)建模所需信息较少,至少4个数据即可建模;2)不必知道原始数据分布的先验特征,对无规律任意光滑离散的原始序列,通过有限次的序列生成即可转化为有规序列;3)建模的精度较高,可保持原有系统的特征,能较好反映系统的实际情况,模型精度的检验一般用残差大小检验、后验差检验等方式Λ残差大小检验是按点检验,后验差检验是残差分布统计特性检验Λ应用灰色理论建立灰色模型(G M 模型)时,对有N 个变量,可建立G M (1,N )模型ΛG M (1,N )模型的白化微分方程形式是d x (r )1d t+ax (r )x =b 1x (r )2+b 2x (r )3+…+b N -1x (r)N 式中x (r )i ={x (r )i (1),x (r )i (2),…}(i =1,2,…,N )是数据序列x (0)i 经r 次累加生成后的生成序列,序列r 次累加的计算公式是x (r )i (m )=6mj =1x (r -1)i(j ) (一般r Φ3)表示数据序列的r 次累加 m =1,2,3,…表示序列号 r 是序列累加次数,计算时由试算结果确定 x 1是要估算的费用项目变量 x 2,x 3,…,x N 是与费用有关的各说明性变量 x x 是序列的r 次累加均值用最小二乘法由原始样本数据估计G M (1,N )白化微分方程的结构参数(a ,b 1,…,b N -1),记y N =x (r -1)1(2)x (r -1)1(3) x (r -1)1(n ), B =-12(x (r )1(1)+x (r )1(2))x (r )2(2)…x (r )N (2)-12(x (r )1(2)+x (r )1(3))x (r )2(3)…x (r )N (3)-12(x (r )1(n -1)+x (r )1(n ))x (r )2(n )…x (r )N (n )a δ=[a b 1 b 2 … b N -1]TG M (1,N )模型可写成y N =B aδ对矩阵B 进行奇异值分解,得 B =U200VT利用奇异值分解式得矩阵B 的广义逆B +,然后利用B +求出G M (1,N )模型的最小二乘解:a δ=B +y N求出aδ后,可得到微分方程的解:x(r )1(k +1)=x(r -1)1(1)-6Ni =2b i -1ax (r )i (k +1) e -ak+6Ni =2b i -1ax (r )i (k +1)式中,k =0,1,2,…表示序列参数;r 是序列累加次数,含义同上.以上就建立了初始G M (1,N )模型Λ模型估算值经累减计算还原得出初始估算值Λ累减计算是将G M (1,N )计算所得序列前后两个数据依次相减,将累加生成序列还原为非生成序列,具体算法见文献〔1〕Λ初始G M (1,N )模型经过估算精度检验,如不满足精度要求,可以通过建立残差模型等方式修正估算结果Λ残差是原始样本值与初始估算值的差值,可利用残差序列建立残差G M (1,N )模型,方法与以上方法相同Λ最终估算值的一般形式是x 终=x 初+Εδ式中,x 终是最终估算值;x 初是初始估算值;Εδ是残差修正值.811系统工程理论与实践2003年3月2 无人战斗机样本数据生成目前无人战斗机的研究以对地攻击为主,因此在收集样本时,主要以有人对地攻击机为主Λ为便于比较,并使样本具有可比性,选美国的飞机样本,样本数据(文献〔2〕)如表1Λ表1 飞机型号推力 (lb)飞机空重 (lb)最大平飞速度 (km・h-1) A271140019779471.00A2101920024955399.00F216A23800151341144.00F215A47600276451319.00F A21833400235451031.001)飞机结构安全系数的变化对飞机重量的影响Λ假设以上飞机机体安全系数都是1.5,则当结构安全系数取为1.2时,重量的变化量的计算公式是W1.2=W1.5-6n i=1(w1.5i-w1.2i)式中W1.5是安全系数为1.5时,飞机机体的重量;W1.2是安全系数为1.2时,飞机机体的重量;W1.2i和w1.5i分别是安全系数为1.2和1.5时,部件i的重量;n是受安全系数影响的部件数;根据文献[3],在机体结构中,安全系数对机身、机翼、垂尾、平尾的重量有影响,对其它部分没有明显影响Ζ根据部件重量估算公式,可求出飞机机翼、机身、垂尾、平尾的变化量,得相应样本飞机的重量变化量Ζ经计算得飞机由于结构安全系数的变化,而引起各受影响部件的重量变化.表2飞机型号安全系数由1.5变化为1.2时机身重量的变化量(lb)安全系数由1.5变化为1.2时机翼重量的变化量(lb)安全系数由1.5变化为1.2时平尾重量的变化量(lb)安全系数由1.5变化为1.2时垂尾重量的变化量(lb)A2757.80111.3010.2017.60A21042.15154.3211.6414.86F216A74.8185.377.5511.20F215A147.70183.3120.1420.54F A21869.32121.2610.8715.14 2)据文献[4],当去掉座舱、环控系统、生命保障系统等与人有关的设备时,飞机重量将减少30%,此时飞机的重量变为:W无=W有 70%式中,W无表示无人战斗机的空机重量;W有表示有人战斗机的空机重量.有人攻击机经过改变后作为无人战斗机样本数据如表3所示Ζ表3飞机型号安全系数为1.5时的飞机空重 lb安全系数由1.5变为1.2时飞机空重的变化量 (lb)安全系数为1.2时的飞机空重 (lb)70%飞机空重 (lb)A-719779196.9019582.1013707.47 A21024955222.9724732.0317312.42 F216A15134178.9314955.0710468.54 F215A27645371.6927273.3119091.31 F A21823545216.5923328.4116329.89911第3期无人战斗机机体研制生产费用的灰色模型估算方法021系统工程理论与实践2003年3月DA PCA 模型是美国兰德公司建立的用于估算飞机研究发展和生产费用的经济模型Λ对歼击机、轰炸机、运输机有一定的适用性ΛDA PCA 能够估算研究发展和生产阶段所需的工时,包括工程、工艺装备、制造、质量控制等项目的工时Λ将工时乘以每小时的工时费用即可得出费用Λ模型对发展支援、试飞、制造材料等项目直接估算出费用,所得费用以1986年定值美元为单位Λ各估算关系式的说明性变量有飞机空重、最大平飞速度、产量等Λ设各型飞机产量均为1000架,试飞飞机均为6架,用DA PCA 模型计算改变后的有人攻击机方案的各费用项目得表4.表4A27改A210改F215改F216改F218改工程工时(h)277474311618538545319232432860工艺装备工时(h)437789446763601.2×10765848048652525制造工时(h)3.0×1073.3×1076.5×1073.7×1075.0×107质量控制工时(h)39844304452904860602849079926720204发展支援费用(＄)5.5×1075.1×1072.6×1081.5×1081.7×108飞行试验费用(＄)2.6×1072.4×1076.7×1071.9×1075.2×107制造材料费用(＄)8.1×1089.1×1082.1×1091.1×1091.5×109机体研制生产费(＄)3.0×1093.4×1097.2×1094.0×1095.5×1093 工程工时估算的灰色模型以工程工时估算为例,建立估算工程工时的灰色模型Λ其它成本项目的估算和建模方法类似Λ影响工程工时的说明性变量有空机重量、最大平飞速度、产量,数据如表5所示Λ表5A27改A210改F215改F216改F218改工时(h)277474311618538545319232432860空机重量(lb)13707.4717312.4219091.3110468.5416329.89最大平飞速度(km・h-1)471399131911441031产量(架)10001000100010001000样本数据如表5所示,经试算建立二次累加生成序列的G M(1,4)模型,经计算得二次累加序列估算模型:x(2)1(k+1)=(277474-10.3322x(2)2(k+1)-254.7570x(2)3(k+1)+30.6951x(2)4(k+1)) e-3.86k+10.3322x(2)2(k+1)+254.7570x(2)3(k+1)-30.6951x(2)4(k+1)k=0,1,2,3,…式中,x(1)1(1)是277474,根据序列次序由A7改的工时决定;x(2)1(k+1)是估算工程工时的二次累加值; x(2)2(k+1)是空机重量的二次累加值;x(2)3(k+1)是最大平飞速度的二次累加值;x(2)4(k+1)是生产量的二次累加值.当估算所给无人战斗机设计方案的工程工时时,将设计给定的总体参数,包括无人战斗机空机重量、最大平飞速度参数,和预期的生产规模参数即计划的飞机产量分别列在上述样本序列的后边,得如下序列:{x (2)i (1),x (2)i (2),x (2)i (3),x (2)i (4),x (2)i (5),x (2)i (6)}其中i =2,3,4分别表示无人战斗机空机重量序列,最大平飞速度序列,生产量序列;x (2)i (1),…,x (2)i (5)分别是上述A 27改,…,F 218改的说明性变量值;x (2)i (6)是所要估算的无人战斗机设计方案的说明性变量值.将以上参数序列值代入模型中Ζ当k =0时,即是把A 27改的说明性变量代入模型中,结果得到A 27改的G M 模型估算工时二次累加值Ζ依此类推,当k =5时,是将所给无人战斗机方案的说明性变量代入模型中,得到无人战斗机方案的G M 模型估算工时的二次累加值,最后得到一个工程工时的二次累加序列:{x (2)1(1),x (2)1(2),x (2)1(3),x (2)1(4),x (2)1(5),x (2)1(6)}将这个序列进行累减还原(文献[1]),可得各飞机的灰色模型估算值,其中x (0)1(6)是所要估算的无人战斗机设计方案的工程工时Ζ通过把样本的DA PCA 模型计算值与G M 模型计算值进行比较,可得G M 模型相对于DA PCA 模型的建模精度.表6G M 模型计算值(工时)DA PCA 模型计算值(工时)相对误差(%)k =02774742774740k =1147642311618-53k =25666865385455k =336104031923213k =4400112432860-8 表6中,k =0时表示将A 27改的说明性变量代入G M 模型并经累减还原后得出的G M 模型计算值与DA PCA 模型计算值的比较Ζk =1,2,…,4时具有类似的含义Ζ进行G M 模型精度检验一般有两个指标:C 和P ΖC 称为后验差比值,计算公式是C =S 2 S 1式中S 1和S 2分别是原始数据均方差和残差均方差.原始数据均方差是样本数据序列相对样本均值偏差的度量;残差均方差是残差序列相对于残差均值偏差的度量ΖC 越小越好,表明尽管原始数据很离散,但模型所得计算值与实际值之差并不太离散Ζ P 是小误差频率,计算公式是 P =P { q (k )-q λ <0.6745S 1}指标P 越大越好,P 越大表明残差与残差平均值之差小于给定值0.6745S 1的点较多Ζ由表6,可得原始模型的精度指标:C =0.755,P =0.6,按模型预测精度标准,C ∂0.65,P ÷0.7是三级精度,不能满足要求,这时可建立G M (1,4)的残差模型,用残差模型的结果补充原始模型的精度不足Ζ经试算,建立如下一次累加生成数列的残差模型:Εδ(1)k +1(k +1)=(163975.62-10.74 x (1)2(k +1)+80.43 x (1)3(k +1) +68.63 x (1)4(k +1)) e -1.98k +10.74 x (1)2(k +1)-80.43x (1)3(k +1)-68.63 x (1)4(k +1)k =0,1,2,3,…式中Εδ(1)k +1(k +1)是工时残差的一次累加值;x (1)2(k +1),x (1)3(k +1),x (1)4(k +1)的含义与原始模型的相同,是一次累加值.通过将二次累加生成序列模型和一次残差累加数列进行累减计算还原合并,得到经残差模型修正的最终估算工时计算模型:c 1(k +1)=x (0)1(k +1)+∆(k ) Εδ(0)(k )∆(k )=0, k =01, k ≠0, k =0,1,2,…式中x (0)1(1),x (0)1(2),…,是二次累加生成序列经累减计算后,工时的原始估算值;Εδ(0)(1),Εδ(0)(2),…,是一次残差累加序列经累减计算后,修正工时的残差估算值;c 1(1),c 1(2),…,是预测的无人战斗机工程工121第3期无人战斗机机体研制生产费用的灰色模型估算方法221系统工程理论与实践2003年3月时.与二次累加G M(1,4)模型估算类似,就是最终工时模型估算的无人战斗机方案的工程工时Λ把样本的DA PCA 模型计算值与最终工时估算模型估算值进行比较,可得最终工时估算模型相对于DA PCA 模型的建模精度(表7).表7灰色残差模型残差计算值(h)合并灰色模型计算值(h)相对误差(%) k=002774740k=11639763116180k=2-41817524868-2.5k=3-53067307972-3.5k=422163422276-2.4经计算得后验精度:C=0.035,P=1Ζ由模型预测精度标准,C<0.35,P>0.95是一级精度,修正后的模型可用于预测Ζ类似地用同样的方法可估算其它项目的费用Ζ4 结论本文首先通过DA PCA 模型估算经过改变的有人战斗机的机体研制生产费用作为无人战斗机机体的样本费用,然后用灰色建模理论初步建立了无人战斗机机体的研制生产费用模型,模型经精度检验可用于预测各相关费用Λ灰色模型由于自身的特点,在小样本建模的情况下,精度比各种回归方法高,因此特别适合当代新型机种的费用预测Λ灰色模型理论在无人战斗机费用模型建立方面具有很好的应用前景Λ参考文献:[1] 刘思封,郭天榜.灰色系统理论及其应用[M].开封:河南大学出版社,1991.[2] 朱宝鎏.国外军用飞机性能手册[S].北京:国防工业出版社,1990.[3] R aym er D P.A ircraft D esign:A Concep tual A pp roach.A I AA Educati on Series[M].A I AA W ash ington.DC,1989.[4] N ico lai L M.Keyno te address design gu idelines and con sidernati on s fo r the U TA[A].A gard M SP Sympo sium on"System D esign Con siderati on s fo r U nm anned T actical A ircraft(U TA)"[C],1997.[5] 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清风Get学习fluent流体常识及软件计算参数设置
学习fluent-(流体常识及软件计算参数设置)luent中一些问题----(目录)1 如何入门2 CFD计算中涉及到的流体及流动的基本概念和术语2.1 理想流体（Ideal Fluid）和粘性流体（Viscous Fluid）2.2 牛顿流体（Newtonian Fluid）和非牛顿流体（non-Newtonian Fluid）2.3 可压缩流体（Compressible Fluid）和不可压缩流体（Incompressible Fluid）2.4 层流（Laminar Flow）和湍流（Turbulent Flow）2.5 定常流动（Steady Flow）和非定常流动（Unsteady Flow）2.6 亚音速流动(Subsonic)与超音速流动（Supersonic）2.7 热传导（Heat Transfer）及扩散（Diffusion）3 在数值模拟过程中，离散化的目的是什么？如何对计算区域进行离散化？离散化时通常使用哪些网格？如何对控制方程进行离散？离散化常用的方法有哪些？它们有什么不同？3.1 离散化的目的3.2 计算区域的离散及通常使用的网格3.3 控制方程的离散及其方法3.4 各种离散化方法的区别4 常见离散格式的性能的对比（稳定性、精度和经济性）5 流场数值计算的目的是什么？主要方法有哪些？其基本思路是什么？各自的适用范围是什么？6 可压缩流动和不可压缩流动，在数值解法上各有何特点？为何不可压缩流动在求解时反而比可压缩流动有更多的困难？6.1 可压缩Euler及Navier-Stokes方程数值解6.2 不可压缩Navier-Stokes方程求解7 什么叫边界条件？有何物理意义？它与初始条件有什么关系？8 在数值计算中，偏微分方程的双曲型方程、椭圆型方程、抛物型方程有什么区别？9 在网格生成技术中，什么叫贴体坐标系？什么叫网格独立解？10 在GAMBIT中显示的“check”主要通过哪几种来判断其网格的质量？及其在做网格时大致注意到哪些细节？11 在两个面的交界线上如果出现网格间距不同的情况时，即两块网格不连续时，怎么样克服这种情况呢？12 在设置GAMBIT边界层类型时需要注意的几个问题：a、没有定义的边界线如何处理？b、计算域内的内部边界如何处理（2D）？13 为何在划分网格后，还要指定边界类型和区域类型？常用的边界类型和区域类型有哪些？14 20 何为流体区域（fluid zone）和固体区域（solid zone）？为什么要使用区域的概念？FLUENT是怎样使用区域的？15 21 如何监视FLUENT的计算结果？如何判断计算是否收敛？在FLUENT中收敛准则是如何定义的？分析计算收敛性的各控制参数，并说明如何选择和设置这些参数？解决不收敛问题通常的几个解决方法是什么？16 22 什么叫松弛因子？松弛因子对计算结果有什么样的影响？它对计算的收敛情况又有什么样的影响？17 23 在FLUENT运行过程中，经常会出现“turbulence viscous rate”超过了极限值，此时如何解决？而这里的极限值指的是什么值？修正后它对计算结果有何影响18 24 在FLUENT运行计算时，为什么有时候总是出现“reversed flow”？其具体意义是什么？有没有办法避免？如果一直这样显示，它对最终的计算结果有什么样的影响26 什么叫问题的初始化？在FLUENT中初始化的方法对计算结果有什么样的影响？初始化中的“patch”怎么理解？27 什么叫PDF方法？FLUENT中模拟煤粉燃烧的方法有哪些？30 FLUENT运行过程中，出现残差曲线震荡是怎么回事？如何解决残差震荡的问题？残差震荡对计算收敛性和计算结果有什么影响？31数值模拟过程中，什么情况下出现伪扩散的情况？以及对于伪扩散在数值模拟过程中如何避免？32 FLUENT轮廓（contour）显示过程中，有时候标准轮廓线显示通常不能精确地显示其细节，特别是对于封闭的3D物体（如柱体），其原因是什么？如何解决？33 如果采用非稳态计算完毕后，如何才能更形象地显示出动态的效果图？34 在FLUENT的学习过程中，通常会涉及几个压力的概念，比如压力是相对值还是绝对值？参考压力有何作用？如何设置和利用它？35 在FLUENT结果的后处理过程中，如何将美观漂亮的定性分析的效果图和定量分析示意图插入到论文中来说明问题？36 在DPM模型中，粒子轨迹能表示粒子在计算域内的行程，如何显示单一粒径粒子的轨道（如20微米的粒子）？37 在FLUENT定义速度入口时，速度入口的适用范围是什么？湍流参数的定义方法有哪些？各自有什么不同？38 在计算完成后，如何显示某一断面上的温度值？如何得到速度矢量图？如何得到流线？39 分离式求解器和耦合式求解器的适用场合是什么？分析两种求解器在计算效率与精度方面的区别43 FLUENT中常用的文件格式类型：dbs，msh，cas，dat，trn，jou，profile等有什么用处？44 在计算区域内的某一个面（2D）或一个体（3D）内定义体积热源或组分质量源。
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1 引言
作为大气下边界的陆地表面复杂多变，不同下垫 面上的陆气交互作用强烈影响着天气与气候，其中以 北半球中纬度地区受地表过程影响尤为突出。地表能 量平衡是联系地表过程和天气、气候的一个纽带，地 表与大气之间的相互作用通过物质与能量的交换来完 成，大气运动过程为地表带来降水等天气现象，地球 表面则通过感热和潜热输送为大气运动提供驱动能 量，进而影响着天气过程。气象观测是获取陆气相互
（8）
（9） 其中， LE C为植被表面潜热通量， H C为植被表面感热 通量。该迭代计算过程需要对蒸散和潜在蒸散进行对 比判断，并以HC >∆Rn作为条件，控制迭代过程的合理 稳定，在一定程度上弥补了由单通道热红外遥感数据 的初值选择误差引起的缺陷。
LEC=∆Rn-HC
3 应用于大尺度陆气相互作用研究的ALEXI 模型
Land-Atmospheric Interaction from Remote Sensing: A Comparison between Ordinary Dual-Source Model and ALEXI Model
Hu Yonghong1, Jia Gensuo2
(1 Key Laboratory of Digital Earth, Center for Earth Observation and Digital Earth, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100094 2 Key Laboratory of Regional Climate-Environment Research for Temperate East Asia, Institute of Atmospheric Physics, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100029) Abstract: Land surface process and climate are linked by surface energy balance, which is the key physical process for coupling between land surface models and climate models. However, field measurements of land-atmosphere interactions, based on a meteorological station are usually limited by their spatial scale for regional climate analysis. In contrast, two-source energy balance models (TSEB), based on remote sensing, perform well in local surface energy balance, which has been widely used in agriculture and water resources to monitor local or regional evapotranspiration variation, and its results (soil heat flux, sensible heat flux, latent heat flux, etc.) could become the data sources for climate change research. This study tries to analyze the differences of physical process between ordinary two-source energy balance model (e.g. N95) and Atmosphere-Land Exchange Inversion Model (ALEXI) to examine how to apply ALEXI model to retrieval land-atmosphere interactions in the continental scale, and further explore the new development of ALEXI model to examine how to make it better for future climate research. Key words: continental scale, thermal remote sensing, ALEXI model, land-atmospheric interaction
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气象科技
进展
分析小流域的蒸散[1-6]，而对于复杂下垫面上的陆气交 个部分，ρ 为空气密度（kg·m-3） ，cP 是空气热量常数 -1 -1 ，ra 为从冠层高度上的空气动力学阻 互特征、大尺度的陆气能量交换特征监测及长时间序 （1004J·kg ·K ） 列分析的实现还存在许多待提高之处。双源模型则分 抗，rs 为土壤表面空气动力学阻抗，Ta 为气温，TC 为 开考虑植被和裸土与大气之间的相互作用，使用了像 冠层温度，T0 为地表温度。 根据方程（ 4 ）求取感热通量的时候，需要像元 元水平内的组分温度的分解以及相应的算法完成各组 分与大气能量交换过程的量算，部分分层处理方法也 组分温度，而组分温度的分解涉及到冠层温度的初始 化，对于多角度的热红外传感器来说，可以联立多个 得到了应用。 角度的辐射温度分解方程求解，但是大多数遥感传感 2 普通双源遥感模型 器并未设置多个热红外通道或多个观测角度，因此这 双层模型最早于 1985 年提出 [7] ，认为陆气相互 里使用了P-T近似（Priestly-Taylor）对冠层进行初始 作用是水汽和热量两个源相互叠加传输，参考高度 化处理： 处的感热和潜热通量则是两层之和，但是分层处理 方法在遥感领域实现难度较大，研究者将其简化为 （5） 了双源模型 [8] ，便于将遥感获取的空间辐射信息与 气象观测相整合。根据不同的研究目标，研究者 其 中 ， G V F 是 植 被 覆 盖 度 ， 是 干 湿 球 常 数 -1 对 双 源 模 型 进 行 了 不 同 程 度 的 拓 展 ， 发 展 了 应 用 （ 0.066kPa·C ）， S 是饱和水气压 —气温斜率曲线， 于小流域尺度的普通双源模型（ Two Source Energy ∆ R n是冠层净辐射收支。这里联立求解出 T C后，代入 Balance Model ， TSEB ）和应用于大尺度研究的 辐射能量分解的方程可以求解出TS，因此有关土壤表 ALEXI 模型（ Atmosphere-Land Exchange Inversion Model，ALEXI） [9, 10]。这里首先以普通双源模型N95 为例探讨其物理过程的实现。 双源模型的物理基础与单源模型相同，也是假设 卫星过境时近地表能量交换处于平衡状态。为了准确 得到地物的发射能量，需要去除被测地物反射的环境 辐射： （1） 其中， Φ为卫星观测角，T B为传感器获得方向性的亮 温数据， 为发射率， T SKY为半球天空亮温， T R为 地表辐射温度。 双源模型要求对传感器获得的亮温数据进行预处 理和组分温度分解，当把像元内的土壤和植被组分看 作为单一发射率的时候，像元温度可以通过比尔定律 进行分解： （2） 其中，TC和TS分别为植被冠层温度和地表温度，n是温 度指数，对于8～14μm和10～12μm的热红外波段一般 取常数4。 为植被覆盖度： （3） 其中，F为叶面积指数。 双源模型假设地表不同组分间与大气的能量平衡 交换状态是平行的，所以感热通量分别由植被和土壤 的感热传输两个部分组成： （4） H 为感热通量， 其中， 包括植被（HC）与土壤（HS）两
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Progress 研究进展
模型地面组分（图 1 ），同时耦合边界层模型为模型 的边界层组分（图 2 ），使用同一天内两个不同时段 的卫星辐射温度作为控制输入进行运算，解决了普通 双源感模型中普遍存在的一些限制，如： （1）普通双 源模型要求一些必要的实时气象参数作为输入，且通 常采用逐个站点的经验参数调校来处理，这种方法 不适用于大区域上的研究； （2）部分研究使用了辐射 温度来替代空气动力学温度来分析表层大气的能量 交换，而实际上辐射温度与空气动力学温度存在差 异，且辐射温度值的变化具有角度依赖性； （3）卫星 观测到的辐射值受到大气消减的影响，或卫星对地观 测的是非代表性的空间样本，这均会导致亮温的偏 差，从而影响通量反演的准确性。 ALEXI模型分成地面和大气两个组成部分， 其中地 面部分的方程组提供初始化的输入， 而大气部分为模型
收稿日期：2011年11月13日；修回日期：2011年12月21日 第一作者：胡永红（1979—） ， Email: yonghonghu@ 资助信息：国家重点基础研究发展计划（2009CB723904） ； 中科院战略性先导科技专项（XDA05090203）
作用信息的常用手段，但以我国为例，气象台站分布 不均匀且下垫面类型复杂多样，限制着台站获取的通 量信息的空间代表性。而基于遥感数据的地表能量平 衡分析模型，为陆气相互作用的空间量化提供了条件。 地表能量平衡组分的遥感研究为传统站点尺度的 陆气相互作用分析提供了空间拓展。根据模型中地表 通量源区的差异，用于地表能量平衡研究的遥感模型 分为单源模型和双源模型两类。其中，单源模型类似 于陆面过程模式中的大叶模型，已在下垫面均一的小 流域研究中取得了较好效果，而在类似干旱半干旱稀 疏植被区域存在较大误差，因为这类区域需要考虑像 元内不同类型的组分温度差异，才能获取较准确的逐 像元的地表能量平衡分量。目前单源模型多用于定量