复式断面明渠中水平热水浮力射流近区稀释特性研究

采用考虑浮力效应的RNG k-ε双方程模型,结合混合有限分析法对复式断面明渠流中水平圆孔热水浮力射流进行了数值模拟,对其近区稀释特性及二次流结构进行数值分析．同时,采用三维ADV测速仪及温度测量仪对其近区典型断面的:1) 横断面主流速等值线分布;2) 二次流;3) 横断面温度等值线分布进行了试验测量．数值模拟结果与试验资料的对比表明,考虑浮力效应的RNG k-ε模型能够较好模拟射流在环境来流、浮力效应、复式断面二次流等因素作用下,所表现出的分叉现象、附壁效应（Conada效应）和边滩二次流现象．     

滑移垂直壁面驻点附近的混合对流边界层流动

就粘性不可压缩流体,研究垂直壁面的滑移,对壁面驻点附近稳定混合对流边界层流动的影响.假定表面温度和外部流动速度与到驻点的距离呈线性变化.首先,将偏微分的控制方程,转变为常微分方程组,然后应用打靶法进行数值求解.对不同数值的控制参数,按分顺流和逆流两种情况,分析和讨论了流动特性和热传导特征.结果表明,逆流时,在浮力参数的某一范围内出现双解;顺流时,解是唯一的.一般而言,速度滑移导致壁面热传导率增大,而热滑移使之减小.     

固壁近旁Stokes流中粘性液滴的运动和变形

发展了一种模拟固壁近旁轴对称Stokes流中粘性液滴的运动和变形及直接计算固壁上应力的边界积分方法．用此方法对不同的液滴-固壁初始相对间距、粘度比、表面张力和浮力联合参数以及环境流动参数情况进行了数值实验．数值结果显示,由于环境流动和浮力的作用,随着时间的推进,液滴在轴向压缩,在径向拉伸．当环境流动的作用弱于浮力作用时,随着时间的推移,液滴上升并向上弯,固壁上由液滴运动所引起的应力不断减小．当环境流动的作用强于浮力作用时,随着时间的推移,液滴变得越来越扁．在这种情形,当大初始间距时,壁面上的应力随液滴的演变而增大;当小初始间距时,由环境流动、浮力及壁面对流动的较强作用的联合影响,此应力随液滴的演变而减小．由于液滴运动所引起的壁面应力的有效作用仅限于对称轴附近的一个小范围内,且此范围随液滴与固壁的初始间距增大而增大．应力的大小随初始间距增大而大为减小．表面张力对液滴变形有阻止作用．液滴粘性会减小液滴的变形和位置迁移．     

张量封闭模型与三维取向分布对纤维悬浮槽流稳定性的影响

应用3种不同的纤维方向张量封闭模型,数值模拟了纤维悬浮槽流的流动稳定性问题,从而研究封闭模型和纤维的三维取向分布对稳定性分析的影响．结果发现,采用3种不同封闭模型所得到的流动稳定特性与纤维参数之间的关系是相同的,但采用三维混合封闭模型时,由于纤维的取向与流向的偏差程度较大,所以纤维对流动的不稳定性具有最强的抑制作用．而采用二维混合封闭模型时,由于纤维在平面取向条件下,其轴线整体上趋于呈流向排列,使得对流体的作用削弱,导致纤维对流动不稳定性抑制的作用最弱．     

三维油水运移聚集数值模拟的交替方向格式和分析

研究油气运移聚集史的数值模拟,其数学模型是三维非线性偏微分方程组的初进值问题．我们从实际出发,考虑了重力、毛管力和浮力的作用,同时考虑到三维问题大规模科学和工程计算的特征,提出对流动方程采用大步长的混合元法,而对三维饱和度方程的计算,采用一类交替方向特征有限元法．将其化为连续解三个一维问题,使工程数值计算成为可能．应用张量积计算．负模估计和先验估计理论,得到最佳阶Ｌ~２误差估计．     

热污染的三维椭圆型数值模拟

过去对复杂流动的三维数值模拟往往要采用许多简化处理方法,使得数值模型的适用性受到很大限制,所得结果也不能全面反应流场的特征.本文用有限容积法直接求解三维椭圆型流动控制方程,紊流模型采用有浮力修正的κ-ε模型.本文首先将该模型用于有横流情况下岸边等密度排放问题,以检验本数值模型和计算程序的正确性,所得结果正确预报了排放口下游的回流区,与文献[7]的计算和实验结果一致.然后进一步将其应用于有横流情况下的温排水、取水问题,所得结果合理,并精细地揭示了流场的内部特征.     

在有热源/热汇的竖直通道中作混合对流时的第3类边界条件

在竖向平行板通道中,研究粘性耗散和热源/热汇对充分发展的混合层状对流的影响.平板与外部流体进行了热交换,考虑了两种边界条件:与外部流体的参考温度相同的和不相同的.首先,数值地求解Brinkman数或Grashof数可以忽略的简单情况,然后,运用摄动级数法分析有热源/热汇存在时,浮力和粘性耗散对流动的组合影响,并证明摄动参数不大时是有效的.为了放宽摄动参数的使用条件,运用4阶Runge-Kutta打靶法,求解速度和温度场,对平板处的速度、温度、表面摩擦和Nusselt数进行数值讨论并绘出图形.     

稳定分层流动中湍流统计特性和输运特性的数值研究

采用大涡模拟方法研究了上下两层温度不同的稳定分层湍流,主要对其中的湍流尺度特性、统计特性和湍流输运特性,以及标量场的时空演化进行了分析研究.研究结果表明:浮力尺度沿流动方向先增加然后趋于某个稳定值,剪切越强,浮力尺度越大;翻转尺度沿流向也是逐渐增大,剪切越强,翻转尺度越大;统计特性的分析发现,在较大的区域内温度脉动的平坦因子都偏离Gauss分布,强分层条件下温度脉动的统计特性与速度脉动的统计特性有较明显差别;湍流混合的过程开始于小尺度运动,最后扩展到大尺度运动.     

基于有限分析法的平面铅垂壁羽流的相似解

应用计及浮力对湍动能及其耗散率的影响的k-epsilon湍流模式,结合有限分析法对密度差引起的平面铅垂紊动壁羽流进行了数值分析．在均匀环境条件下控制该类流动的连续性方程、流动方向的动量方程、浓度扩散方程、湍动能及其耗散率方程存在相似解．考虑到浮力通量守恒条件,应用有限分析法给出了铅直壁羽流的速度、相对密度差、湍动能及耗散率的分布,进而给出了各物理量最大值沿主流方向变化的关系式．湍流Schmidt数为1.0时的计算结果与实验资料吻合较好,表明应用有限分析法分析铅垂平面羽流是有效的,即在分析壁羽流时浮力对湍动能及其耗散率的影响应该予以考虑．     

混合微通道中不稳定的广义Couette流

在一个平行板通道中,部分充满了均匀的多孔介质,部分为纯流体的流动区,对其微通道中完全发展的不稳定层流进行了数值分析,流动由其中一块板的运动和压力梯度所引起.多孔介质区域的流动,采用扩展的Brinkman模型,即Darcy模型,纯净流动区域的流动,采用Stokes方程.还对稳定的完全发展流进行了理论分析,给出了分界面速度、边界板处的速度和表面摩擦的闭式解.通过数值计算发现,稳定完全发展流的闭式解,和不稳定流动的数值解,在所有时间点上得到很好地吻合.     

静水中正方形孔口的有障碍浮射流(Ⅰ)——数学模型及计算方法的验证

对静水中正方形孔口之上放置一正方形阻力盘的浮射流进行了试验,测量了不同工况下盘后自相似区域轴线上浓度的分布,并建立了其相应的三维数学模型,对不同工况进行了数值模拟计算,数值模拟结果与试验结果吻合较好．将结果与静水中圆孔有阻力浮射流的经验公式进行了比较,发现正方形孔口上放置一正方形阻力盘与圆孔上放置一圆盘在盘后自相似区轴线上浓度分布规律基本一致．对盘后不同高度位置处横截面上的温度等值线分布进行了分析,发现离正方形盘较近的一段高度内温度等值线呈现独特的星形分布,随着离盘距离的增加则变为与圆孔浮射流类似的同心圆形状．     

3D numerical simulation of ambient discharge of buoyant water

Waste heat and wastewater are frequently discharged into ambient water and become intermittent sources of buoyancy. In order to control and reduce the environmental impact of these discharges, the mixing characteristics of such discharge in ambient flow should be determined. In this work the transport, mixing and turbulence characteristics of intermittent discharge of buoyant fluid in ambient flow are simulated by a 3D numerical model incorporating a buoyancy extended k–ε model for turbulence. In the numerical model the governing equations are split into three parts in the finite difference solution: advection, dispersion and propagation. The advection part is solved by a characteristics-based scheme. The dispersion part is solved by the central difference method and the propagation part is solved implicitly by using the Gauss–Seidel iteration method. The model has been applied to cases of instantaneous and continuous discharges of buoyancy in ambient water with or without current. Dimensional analysis is used to estimate the initial values. The estimated range of values are found not sensitive to the solution. Satisfactorily comparison between computed results and the experimental results is achieved for the trajectories and lateral widths of the buoyant discharge. The engineering applicability of the model is thus ascertained.     

静水中正方形孔口的有障碍浮射流(Ⅱ)——流场特性分析

在数值计算成果的基础上,对正方形阻力盘浮力射流的流场进行了分析和总结,基于轴线流速的变化规律将盘后流场分为3个区域:回流区、过渡区和自相似区．验证了竖直方向流速自相似性的存在．根据给出的轴线流速的变化图也可以区分盘后3个区域的位置,同时发现各工况在自相似区域的轴线流速沿同一规律曲线变化,采用Chen和Rodi对流速的表示方法,得到了所有工况下自相似区域轴线流速的分布公式．给出了典型工况下阻力盘后不同高度位置处的压强场等值线变化过程,发现盘后各负压中心区域的产生、膨胀、破裂和消失．     

各向异性湍浮力模型的研究

通过对隐式代数应力模型应力结构的分析,认为湍浮力流动的应力由应变和浮力作用引起,从而利用应力输运的线性近似和平衡近似提出了非线性各向异性湍浮力模型·　该模型避免了数值奇异,其可靠性通过计算和实验的对比得到了验证·     

Φ—伪压缩型映象的具误差的lshikawa和Mann迭代程序的收敛性问题

引入Φ－伪压缩型映象的概论,并研究了此类映象的具误差的Ｉｓｈｉｋａｗａ和Ｍａｎｎ迭代程序的收敛性问题。本文结果改进和发展了许多人的最新结果。     

Localization of acoustic sources in subsonic jets

The sound in the acoustic far–field of a round jet is generated by a multitude of unsteady flow structures with different length and time scales. Most likely, different components of the noise spectrum are created by different structures in the jet which emit sound in different directions. Based on Lighthill's acoustic analogy, we present a method for relating flow structures of the jet with far–field noise spectra and their associated directivity patterns. The method allows to determine what kind of noise (with respect to frequency and emission direction) is generated at a given streamwise location. We illustrate the method with numerical results for a round isothermal jet. (© 2008 WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim)     

有障碍圆形浮力射流的绕流流态研究

针对静止环境中有障碍圆形浮力射流出现的正常绕流现象与非正常绕流现象（反射与分叉现象）,分析了其主要的3个影响因素:障碍盘直径D/d（D和d分别是障碍盘和射流出口的直径）,射流出口密度Froude数以及障碍盘离射流孔口的距离H/d与发生非正常绕流之间的相互关系．得到了H/d=2,4,6,8在不同D/d值时发生非正常绕流的临界密度Froude数．对直径为D/d的障碍盘,当其离射流孔口的距离H/d达到某一值时,流动仅为正常绕流流态．基于大量计算给出了不同障碍盘所要求的H/d值,综合以上因素得到了临界密度Froude数的拟合公式．对非正常绕流中射流出现反射与分叉的规律性进行了探讨．对D/d=1的有障碍浮力射流进行的数值计算表明,所有工况下的流态均为正常绕流,并得到了不同H/D条件下的轴线稀释度．     

Finite element analysis of flood discharge atomization based on water–air two-phase flow

Flood discharge atomization is a phenomenon of water fog diffusion caused by the discharge of water from a spillway structure, which brings strong wind and heavy rainfall. These unnatural winds and rainfall are harmful for the safe operation of hydropower stations with high water heads. Compared to the method of prototype observations, physical models and mathematical models, which are semi-theoretical and semi-empirical, numerical simulation methods have the advantage of being not limited by a similar scale and are more economical. A finite element model is presented to simulate flood discharge atomization based on water–air two-phase flow in this paper. Equations governing flood discharge atomization are composed of partial differential equations of mass and momentum conservation laws with unknowns for pressure, velocity and the water concentration. The finite element method is used to solve the governing equations by adopting appropriate solution strategies to increase the convergence and numerical stability. Then, the finite element model is applied to a practical project, the Shuibuya hydropower station, which experienced a flood discharge in 2016. Simulation results show that the proposed model can simulate flood discharge atomization with efficient convergence and numerical stability in three dimensions, and good agreement was observed between numerical simulations and prototype observational data. Based on the simulation results, the mechanism of flood discharge atomization was analyzed.