【摘 要】
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大气边界层处于对流层底部，厚度一般为数百米到一两公里.由于受到地面的摩擦和热力作用，大气边界层内大气的流动形式为湍流，湍流造成了垂直方向上的热量、动量、物质的交换，是地面和高层大气联系的纽带.早期，人们多认为湍流是不规则的随机过程，上世纪60年代在壁面湍流边界层发现大尺度拟序结构，改变了人们对湍流的认识，而就在稍早的50年代末在大气边界层中发现了对流云街，一种轴向沿近顺风方向的滚轴涡，是最早在大气
【机 构】
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中国科学院大气物理研究所,北京,100029
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大气边界层处于对流层底部，厚度一般为数百米到一两公里.由于受到地面的摩擦和热力作用，大气边界层内大气的流动形式为湍流，湍流造成了垂直方向上的热量、动量、物质的交换，是地面和高层大气联系的纽带.早期，人们多认为湍流是不规则的随机过程，上世纪60年代在壁面湍流边界层发现大尺度拟序结构，改变了人们对湍流的认识，而就在稍早的50年代末在大气边界层中发现了对流云街，一种轴向沿近顺风方向的滚轴涡，是最早在大气边界层中发现的大尺度结构.近些年，在研究我国北方春季冷锋过境后的寒潮大风时，又发现在平均风上叠加有较有规律的周期3-6min.的阵风，阵风谱区存在相干结构：阵风顺风方向水平速度与垂直速度不是完全独立的，而是表现出反相相干性，这种相干性有利于动量下传，使得阵风扰动在动量的传输中与湍流的作用相当且有利于物质的输送.进一步的研究表明这种相干结构普遍存在于大气边界层中.
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对流现象广泛存在于自然界中.湍流热对流物理和流动特性的研究可以深化认识自然界中的对流现象，帮助解决工程中的传热问题，有重要的理论研究意义和实际应用价值.Rayleigh-Bénard (RB)对流系统是研究热对流现象的典型物理模型，是当今物理学和流体力学研究的热点问题之一.
本文通过高效并行的二维直接数值模拟,得到了高Rayleigh数(Ra)湍流热对流的计算结果,对比了软湍流和硬湍流状态下热对流的流态特征.本文计算了尺度比Γ=1,Pr=4.3(水),Ra=109和Ra=1011两个典型算例,观察到两种状态下羽流形态和大尺度环流的动态特征有明显区别.硬湍流中出现了软湍流没有的随大尺度环流运动的中、小尺度漩涡和温度“孤岛”.由于流态的变化,软、硬湍流中高平面上局部热通量
狭缝隔板对流系统具有传热效率倍增特性。本文对该系统在不同狭缝高度和隔板数情况下流动特性进行分析,发现当系统隔板数增加到一定程度,系统流态从湍流状态变化到单向层流状态。不同隔板数单向层流状态的隔板对流系统传热效率成倍增加,最大值出现在同一狭缝高度。系统的温度分布特性会出现漂移,并与狭缝高度存在密切关系。定义表征温度特性的TD数,TD数与狭缝高度间存在标度关系。
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