2019-04-12 06:04:01
新的研究增加了现代空气动力学之父普兰特的工作

1942年,Ludwig Prandtl被认为是现代空气动力学之父,发表了“FührerdurchdieStrömungslehre”,这本书是关于流体力学的第一本书,并于1952年被德语翻译为“流体力学要点”。这本书取得了独特的成功,使普朗特的学生在他去世后继续保持和发展这本新书。今天,这项工作以修订后的标题“流体力学的普拉特尔要素”为基础,作为原始书籍的扩展和修订版本,由流体力学领域的领先研究人员提供。

多年来,普朗特原版书的最后三页,主要关注山谷和山谷风,受到了气象研究界的一些关注,但流体力学界对这些具体页面的关注程度远远超过了内容和在本书的当前扩展版本中,确切的数学解决方案已经消失。但是今天在超级计算机时代,匹兹堡斯旺森工程学院机械工程和材料科学副教授Inanc Senocak正在寻找普朗特原创作品的新见解,对山区地形的夜间天气预报具有重要意义。

博士。 Senocak和Senocak实验室的博士后研究员Cheng-Nian Xiao最近撰写了一篇题为“普拉特尔斜率流动的Prandtl模型的稳定性”的论文,该论文发表在流体力学杂志上。研究人员利用线性稳定性理论和直接数值模拟首次揭示了Prandtl模型中流体不稳定性。

Katabatic斜坡流是重力驱动的风,常见于大型冰盖上或夜间山坡上,在那里凉爽的空气向下流动。了解这些风对于可靠的天气预报至关重要,这对于空气质量,航空和农业非常重要。但是地形的复杂性,大气的分层和流体的湍流使得围绕山脉的风的计算机建模变得困难。由于普朗特的模型没有设定斜坡流动何时变得紊乱的条件,因此这种缺陷使得难以预测犹他州盐湖城周围地区的天气,该地区的长时间倒置为空气创造了充满挑战的环境。质量。

“现在我们拥有更强大的超级计算机,我们可以通过数学模型中更好的空间分辨率来改善地形的复杂性,”Senocak博士说。 “然而,数值天气预报模型仍然使用在计算能力不足时产生的简化模型。”

研究人员发现,虽然普朗特的模型容易出现独特的流体不稳定性,这种不稳定性随着倾斜角和新的无量纲数而出现,但他们将层化扰动参数命名为对大气层背景分层扰动的度量。冷却在表面。无量纲数的概念,例如雷诺数,一般在热学和流体科学中起着重要作用,因为它们捕捉了问题中竞争过程的本质。

他们发现的一个重要意义是,对于给定的流体,例如空气,不能简单地通过单个无量纲参数确定滑动斜率流的动态稳定性,例如Richardson数,如目前气象学和流体动力学中所实践的那样。社区。 Richardson数表示浮力与风切变的比率,通常用于天气预报,调查海洋,湖泊和水库中的海流,以及测量航空中预期的空气湍流。

Senocak博士说:“缺少一个总体概念,理查森数字就是后备。” “我们并不是说理查森的数字是无关紧要的,但是当山峰或山谷被大规模的天气运动屏蔽时,它就不会进入画面。现在我们有更好的方法来解释这些下坡的理论和下游流量。“

Senocak博士表示,这一发现不仅对农业,航空和天气预报很重要,而且对于气候变化研究和相关的海平面上升也是至关重要的,因为准确预测大型冰盖上的气候变化表面风廓线和冰川对融化冰的能量平衡至关重要。他指出,即使在流体动力学界,这种新的令人惊讶的不稳定性的发现预计会引起很多研究兴趣。

接下来,Senocak博士正在为一个高级设计团队提供咨询和赞助,以确定研究人员是否能够在远小于山峰的规模上实际观察到实验室中的这些流体不稳定性。

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