1.5微米大气探测激光雷达研究进展（特邀）

激光雷达拥有探测距离远、探测精度高、时空分辨率高、探测参数多样等优点,是大气探测的重要手段。对比常见的可见光波段激光雷达,1.5 μm大气探测激光雷达有独特优势,包括人眼安全、全光纤结构、穿透云雾能力强和昼夜连续探测等。2015年,世界首台单光子频率上转换气溶胶探测激光雷达诞生,实现了6 km距离高时空分辨率的气溶胶分布连续探测。在此之后,1.5 μm大气探测激光雷达在国内外迅速发展。按照探测方式区分,1.5 μm大气探测激光雷达进展分为直接探测激光雷达和相干探测激光雷达两类。直接探测激光雷达包括单光子频率上转换激光雷达、单光子频率上转换测风雷达、超导双频测风激光雷达、超导偏振激光雷达、多模单光子探测云激光雷达和单光子光谱遥感激光雷达。相干探测激光雷达包括偏振探测相干激光雷达、格雷编码相干测风激光雷达和大气多参数探测相干激光雷达。这些雷达的探测目标包括大气气溶胶（云）、能见度、偏振、风廓线、湍流耗散率、气体浓度、降水（雨滴谱）,并且单台雷达拥有多参数同时探测的能力。     

海洋湍流下波长分集无线光通信系统性能分析

由于海水的吸收、散射衰减以及海洋湍流效应会引起水下无线光通信（Underwater wireless optical communication,UWOC）系统接收端光信号的闪烁,导致UWOC系统传输性能下降。基于Gamma-gamma分布的海洋湍流信道模型,根据海洋湍流参数和各向异性因子表示的等效结构参数,推导出波长分集UWOC系统中断概率（Outage probability,OP）与平均误码率（Bit error rate,BER）封闭表达式。研究分析随着各向异性因子的增加,具有不同波长分集阶的水下无线光通信系统中断概率与平均误码率的变化,比较接收端使用最佳组合（Optimal combining,OC）与等增益组合（Equal gain combining,EGC）技术的水下无线光通信系统平均误码率,并仿真不同海洋湍流参数、传输距离对波长分集UWOC系统性能的影响。数值结果表明,随着各向异性因子的增加,海洋湍流对水下无线光通信系统产生的影响逐渐减弱,使用波长分集技术的UWOC系统比无波长分集技术的UWOC系统中断概率与平均误码率明显改善。     

基于信号检测的光无线轨道角动量复用系统研究

基于轨道角动量(OAM)的光无线复用通信技术在理想传输条件下能够大幅度提升通信系统性能,然而现实中大气湍流、孔径失配等因素会造成OAM模态间串扰导致误码率(BER)上升。为了降低光无线OAM复用系统在复杂环境中的误码率,该文首先建立了大气湍流、孔径失配场景下基于垂直分层空时码准则(VBLAST)的OAM复用通信系统(VBLAST-OAM),之后分析对比基于排序干扰连续消除检测算法(OSIC)、基于马尔科夫随机场置信度传播算法(MRF-BP)、基于OAM串扰特性的排序干扰连续消除算法(OAM-OSIC)应用于上述系统时的性能。结果表明：所提信号检测算法均能有效降低OAM复用系统在复杂环境中的误码率,其中,基于MRF-BP算法的系统性能最好;OAM-OSIC虽然属于次优算法,但在算法的运行开销方面具有较大优势。     

长距离光传播路径中大气相干长度的测量研究

基于大口径闪烁法和差分到达角起伏法开展了间距为3.95 km近水平路径的大气相干长度测量实验。测量结果表明:在同路径的上下行光传播方向上,闪烁法测量相干长度的相关系数为0.94,而到达角起伏法测量相干长度的相关系数为0.79。路径权重的理论分析揭示了闪烁法对路径中部的湍涡敏感,且路径权重函数关于路径中部呈对称分布;到达角起伏法对接收端附近的湍涡敏感,其路径权重函数从发射端到接收端呈单调递增趋势。因此,实际的长距离光传输实验中,在不能确定路径中湍流强度分布的情况下,采用闪烁法测量路径上的湍流效应更适宜。     

κ—ε—κp模型的Cμ修正及三维强旋气相流场预报

采用直旋流修正的气相湍流κ－ε－κｐ模型,对旋风炉炉内有旋流、回流的气相湍流流场进行了模拟和分析,给出了气相速度场的分布情况,对ｃμ修正与未修正的计算结果进行了比较,表明预报结果是合理的,揭示了旋风炉炉内的气相流场具有强旋湍流各向异性的特点。     

循环流化床锅炉流体动力学研究

在循环流化床锅炉炉膛内,分为湍流床和快床2个区域。论述了由鼓泡流化床与从气力输送状态向循环流化床转化过程中的炉内流体动力学现象。研究了湍流床开始出现到完全转化为湍流床及快床时,炉内气体速度变化的规律和相应的计算公式。对转化过程中的主要影响因素,如床的温度及固体颗粒供给速度等进行了深入试验研究,对循环流化床锅炉的设计和运行有一定的指导意义。     

湍流两相流内弹道模型

采用双流体两相流模型,推导有粘的两相流内弹道基本方程,并且建立了两相相互作用的气固两相湍流数学模型。     

二维平行壁面剪切流失稳内部流动结构初探

本文在前人研究成果的基础上，阐述了二维平行壁面剪切流的失稳的演化过程。应用孤立子解对失稳过程中流动内部结构进行分析，重点从流体运动的自身规律寻求失稳的机制，对相干结构等湍流内部的运动现象提出了一些看法     

含油废水向水下扩散的实验研究

本文利用摄像结合数字图象处理技术，实测分析含油废水在混合水箱中的扩散浓度场，验证了水体的紊动作用是油滴向水下扩散的主要动力；实验及数值计算结果表明，混合水箱中油滴紊动扩散系数Ｄｚ沿水深而增大，呈指数分布；油份浓度越大的含油废水越难向水下扩散，Ｄｚ与含油废水的油份浓度呈指数衰减关系，而与紊动强度呈线性增加关系。     

斜向自由剪切层流场拟序和湍动特性的实验研究

本文用Ｘ型探头热线风速仪测量了斜向自由剪切层气流场，首次对该流场的测量数据进行能谱、相关维数、相关熵的计算，说明该流场存在三维涡结构，这些结构在距出口一定的位置上形成，具有螺旋状，不存在结构间配对合并等作用，因而剪切层厚度增长较慢。