三涡旋模式理论中小涡旋的二元和三元速度关联函数和网格湍流的衰变*

在三种涡旋分开考虑的湍流模式[1,2]里,我们用到了小涡旋的二元和三元速度关联函数。本文对小涡旋的二元和三元速度关联函数进行了讨论,并且对它们展开式的头几项中常用到的系数给出了表达式,最后,用它们讨论了网格湍流的衰减问题.计算结果与G.K.Batchelor和A.A.Townsend的实验[3]相符合得很好.     

应用谱理论研究压力脉动的湍流模式

本文应用谱分析理论研究了剪切湍流场中的压力脉动,包括功率谱、均方值等.通过对压力脉动Possion方程的Fourier变换,首先将压力脉动谱表示成速度脉动谱的形式.利用Navier-Stokes方程的形式解及准正态分布假设,可以进一步将压力脉动功率谱表达式中所包含的速度脉动的三阶相关与四阶相关表示成速度脉动的二阶相关（功率谱）.最后,引入高雷诺数流的速度脉动功率谱模型,导出了由湍动e₀,耗散ε,雷诺应力-iu_j>及时均速度梯度表示的压力脉动均方值的湍流模式,并同现有数据进行了比较.     

动脉中血液脉动流的一种分析方法

动脉中的血液流动被分解为平衡状态(相当于平均压定常流状态)和叠加在平衡状态上的周期脉动流,利用Fung的血管应变能密度函数分析血管壁在平衡状态下的应力-应变关系,确定相对于平衡状态血管作微小变形所对应的周向弹性模量和轴向弹性模量,并建立在脉动压力作用下相应的管壁运动方程,与线性化Navier-Stokes方程联立,求得血液流动速度和血管壁位移的分析表达式,详细讨论血管壁周向和轴向弹性性质差异对脉博波、血液脉动流特性以及血管壁运动的影响.     

两相流基本方程

本文按照严格的办法,从纳维斯笃克斯方程出发,经过雷诺平均得到了两相流动的雷诺方程组,从更大的程度上包含了一些物理量的湍流脉动乘积的平均项。本文还讨论了两相之间的相互作用力,分散相的压力和压力以外的应力以及两相之间能量交换项的表达式。     

大涡旋的分类和模式理论的封闭*

本文依据前文[1]大小涡旋分开考虑的湍流模式,对局部产生的湍流大涡旋引进了新的几率分布,由此引入了一种新的平均过程和平均值.通过这种平均,我们就可以把局部产生的湍流大涡旋和外来的湍流大涡旋进行严格的区分.然后,再引进适当的辅助条件和根据外来干扰的实际情况确定了外来大涡旋的耗散尺度l_N,使得湍流脉动二阶矩的方程组封闭,同时对前文[1]中的一些扩散系数进行了适当的修改.最后,得到了一个封闭的、能够数值求解的方程组.     

泥沙对水的相对速度和含沙浓度对脉动速度的影响

本文从流体动力学的基本理论出发,讨论了泥沙运动理论中的三个基本问题.(1)泥沙在湍性水流中对水的相对速度.(2)水流挟带泥沙以后脉动速度的改变.(3)泥沙在二维渠道均匀定常流动中含沙量的垂直分布和通常的扩散理论的修正.按照我们理论分析的结果,发现和通常水力学及河道动力学中常用的表达式有一些出入.     

存在周围粘弹组织约束时动脉管内的脉动流

由于在动脉管外侧牢牢地粘附着结缔组织,而且这些结缔组织是一种粘弹体。为了分析周围粘弹组织对动脉中脉动流的影响,本文将周围结缔组织考虑为Voigt粘弹体,由动脉管内血液流动方程(Navier-Stokes方程)与管壁运动方程(Lamb方程)导出动脉管中脉搏波波速的一般表达式与管内脉动流的速度表达式。Womersley关于不存在周围组织约束的结果[4]与仅考虑周围组织是纯弹性体的结果[6]都做为本文结果的特例而包含在本文的结果之中。     

固体边壁上点面脉动压力转换的数学推导

利用相关分析方法 ,详细讨论了作用于水工建筑物的平面、柱面和球面上的边壁脉动压力的点面转换关系 ,推导出面脉动荷载的解析表达式 .该成果对工程设计工作具有指导意义     

常数速度梯度时均匀湍流的二元速度关联函数

在湍流脉动速度比较小的条件下,本文得到了富氏变换过后脉动速度方程的解.它所代表的涡旋,在平均速度梯度为小量时,化为具有常数平均速度梯度的、组成后期均匀各向同性湍流场的涡旋和组成后期各向异性湍流场的涡旋.利用不同时刻的这种涡旋解,组成定常的有常数平均速度梯度的湍流场,这个湍流场可以近似地表达槽流和管流近中心区域的湍流场.我们求得了这种湍流场的二元速度关联函数,包括纵向的关联系数f(γ/λ)和横向的关联系数g(γ/λ).并且和均匀各向同性湍流实验中的前期和后期的f(γ/λ)和g(γ/λ)进行了比较.并且弄清楚了速度梯度对关联系数f(γ/λ)所产生的影响,最后还得到了雷诺应力和涡旋粘性系数的表达式.     

大小涡旋分开考虑的模式理论

近年来,k-ε模式普遍流行,但它是一种梯度形式的模式理论。由于湍流涡旋的衰减时间极长,在一般的流动问题中,上游产生的大涡旋或附近产生的大涡旋在到达当地时还远远没有衰减掉,因此会对当地的流动产生很大的影响。根据不可逆热力学理论的基本原理,必须准平衡、准定常和小偏离的情形下,才能使用梯度形式的流和力的关系式。一般说来这对大涡旋是并不满足的,所以k-ε模式的应用有着很大的局限性。本文根据湍流的实际情况,把湍流脉动分成大涡旋和小涡旋两个组成部份,并且把大涡旋部份再分成局部产生的和上游流来或扩散过来的两个组成部份,这样就得到了由三个部份组成的湍流模式理论。     

Re.ned Modeling of the pressure redistribution/scrambling under consistent consideration of scalar turbulence effects in turbulent combustion

In practical turbulent flow problems of engineering importance the coupling between velocity and scalar turbulence along with the variable density plays a non negligible role. For computations using second moment closure approach, the pressure redistribution/scrambling is the most critical term to be modeled as well known. Almost all existing models consist in rescating models derived on a constant density basis in a density weighted form. With regard to turbulent premixed combustion in fact, the application of such models to a range of transient one‐dimensional and two‐dimensional premixed flames in the flamelet regime has been found to yield unsatisfactory results, see [1]. As pointed out by Sadiki [2], the use of the Favre method must be consistently considered as far as open thermodynamic systems are concerned. Furthermore, the need for maintaining certain invariance properties, physical and mathematical realizability conditions in formulating turbulence models is well accepted. Because turbulent processes are irreversible, these efforts demand a carefull consideration of thermodynamic concepts. Based on the results in [1] and following [2], this work aims to derive a physically consistent formulation of the pressure redistribution/scrambling term under consideration of the variable density. Considering the case of premixed flames, the thermochemistry is included by means of a single reactive scalar ‐ the reaction progress variable. The accuracy of the model extensions proposed is demonstrated by comparing the numerical results with experimental data in opposed jet premixed flame configuration.     

湍流相干结构机理研究(Ⅲ)——湍流拟序结构的统计及动力模型及其对传热影响研究

在文献[1]、[2]的启发下,本文建立一个零压梯度下,考虑局部产生以及外来扰动涡旋的壁湍流边界层大涡拟序结构的统计及动力学模型.在此基础上对充分发展的宽明渠流动中壁面附近的热扩散进行了数值模拟,建立了边界层拟序脉动速度和温度的数据库,发现了与速度快慢条相对应的高低温流条及其随时间在展向的摆动.数值模拟结果与前人的计算和实验结果吻合很好.     

球面间流体流动考虑流动惯性的近似解

本文利用球坐标下的Navier-Stokes方程式,采用迭代近似解法,求出了考虑流动惯性时的球面间流动的压力分布、速度分布以及流量的解析式。并利用此式可直接导出平行圆板间径向层流的相应解析表达式,它与文献[3],[4]中所提供的相应结果是完全一致的。     

圆管纤维悬浮湍流场中粒子运动的研究

利用从细长体理论出发得到的三维分段积分法和湍流简化方法模拟了大量纤维粒子在圆管湍流内的运动．统计了不同Re数下计算区域内的纤维的取向分布,计算结果与实验结果基本吻合,结果表明湍流的脉动速度导致纤维取向趋于无序,且随着Re数的增加,纤维取向的分布越来越趋于均匀．其后又考虑了纤维速度和角速度的脉动,二者都充分体现了流体速度脉动的影响,且纤维速度的脉动在流向上的强度大于横向,而其角速度的脉动在流向上的强度小于横向．最后统计了纤维在管道截面上的位置分布,说明Re数的增加加速了纤维在管道截面上的位置扩散．     

Turbulence Model Predictions for the Inhomogeneous Mixing Layer

The plane mixing layer between two streams of different densities and velocities is studied using a complete, phenomenological model of turbulence. The model is an extension of that described by Saffman [11]. The properties of similarity solutions are computed, and compared with experimental data. The qualitative dependence on velocity ratio, density ratio, compressibility and adverse pressure gradient is predicted correctly. The quantitative agreement is satisfactory.     

Analysis of electroosmotic flow with periodic electric and pressure fields via the lattice Poisson–Boltzmann method

This paper analyzes the electroosmotic flow fields in heterogeneous microchannels by applying the lattice Poisson–Boltzmann equation. The influences of surface potential, ionic molar concentration, channel height, and driving force fields on fluid velocity are discussed in detail. A scheme for producing vortexes in a straight channel by adjusting the heterogeneous surface potentials and phase angles of the periodic driving force fields is introduced. By distributing the heterogeneous surface potentials at particular positions, we can create vortexes near walls or in the center of the channel. The size, strength, and rotational direction of vortexes are further variable by introducing appropriate phase angles for a single driving force field or for the phase differences between combined driving force fields, such as electric/pressure fields. These obstacle-like vortexes perturb fluids and hinder flow, and thus, may be useful for enhancing micromixer performance.