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1.
有限深两层流体中内孤立波造波实验及其理论模型   总被引:5,自引:0,他引:5       下载免费PDF全文
黄文昊  尤云祥  王旭  胡天群 《物理学报》2013,62(8):84705-084705
将置于大尺度密度分层水槽上下层流体中的两块垂直板反方向平推, 以基于 Miyata-Choi-Camassa (MCC)理论解的内孤立波诱导上下层流体中的层平均水平速度作为其运动速度, 发展了一种振幅可控的双推板内孤立波实验室造波方法. 在此基础上, 针对有限深两层流体中定态内孤立波 Korteweg-de Vries (KdV), 扩展KdV (eKdV), MCC和修改的Kdv (mKdV)理论的适用性条件等问题, 开展了系列实验研究.结果表明, 对以水深为基准定义的非线性参数ε 和色散参数μ, 存在一个临界色散参数μ0, 当μ < μ0 时, KdV理论适用于εμ 的情况, eKdV理论适用于μ < ε ≤√μ 的情况, 而MCC理论适用于ε > √μ 的情况, 而且当μμ0 时MCC理论也是适用的.结果进一步表明, 当上下层流体深度比并不接近其临界值时, mKdV理论主要适用于内孤立波振幅接近其理论极限振幅的情况, 但这时MCC理论同样适用.本项研究定量地表征了四类内孤立波理论的适用性条件, 为采用何种理论来表征实际海洋中的内孤立波特征提供了理论依据. 关键词: 两层流体 内孤立波 双板造波 临界色散参数  相似文献   
2.
陈科  尤云祥  胡天群  朱敏慧  王小青 《物理学报》2011,60(2):24702-024702
采用水平移动射流方法模拟移动动量源,实验研究了该移动动量源在密度分层流体中生成准二维偶极子涡街的机理,分析了偶极子涡街的演化特性. 在系列实验基础上,获得了移动动量源在密度分层流体中能够演化为偶极子涡街的(Re,Fr)组合条件. 对不同的Re取值,获得了偶极子涡街无因次形成时间及其无因次涡街平均波长倒数与Fr之间的相关关系,表明它们不依赖于Re数,而与Fr近似为幂指数关系. 关键词: 分层流体 移动动量源 偶极子涡街 涡街形成时间  相似文献   
3.
严重段塞流是海洋工程气液混输管线--立管系统中常见的一种特殊有害流动 现象, 采用水平--下倾--悬链线立管气液混输组合管道系统, 通过系列实验在悬链线立管中获 得了严重段塞流、间歇流和震荡流等流型, 阐述了这些流动现象的形成机理, 提出了能够产 生严重段塞流的判定准则. 结果表明, 悬链线立管严重段塞流具有明显周期性, 在一个周期 内的流动特征可分为液塞形成、液体出流、液气喷发及液体回流等4个阶段, 进而给出了各 阶段中相关流动参数的变化规律. 在实验中同时还对悬链线与垂直立管中严重段塞流形成机 理进行了比较分析, 发现两者在液塞形成阶段有显著差别. 其中, 在悬链线立管中液塞形成 之前首先需要经历一个气液混合液塞形成过程, 而垂直立管则没有这个过程.  相似文献   
4.
层流圆管潜射流生成蘑菇形涡结构特性数值研究   总被引:1,自引:0,他引:1       下载免费PDF全文
陈云祥  陈科  尤云祥  胡天群 《物理学报》2013,62(11):114701-114701
基于不可压Navier-Stokes方程, 采用计算流体力学方法, 数值模拟与分析了层流圆管潜射流在密度均匀黏性流体中的演化机理及其表现特征, 定量研究了蘑菇形涡结构无量纲射流长度L*、螺旋型涡环半径R*及其包络外形长度d*等几 何特征参数随无量纲时间t*的变化规律. 数值结果表明, 蘑菇形涡结构的形成与演化过程可分为三个不同的阶段: 启动阶段、发展阶段和衰退阶段. 在启动阶段, L*d*t* 线性变化, 而R*则近似为一个常数; 在发展阶段, 蘑菇形涡结构的演化具有自相似性, L*, R*d*t*1/2均为同一正比关系, 而且雷诺数和无量纲射流时间不影响该正比关系; 在衰退阶段, L*R* 正比于t*1/5, 而d*则近似为一个常数. 此外, 还对蘑菇形涡结构二次回流点、 动量源作用中心及其几何中心的速度变化规律、垂向涡量分布特征和 涡量-流函数关系进行了分析. 关键词: 圆管潜射流 蘑菇形涡结构 演化机理  相似文献   
5.
对密度分层流体中内波与半潜平台的相互作用问题进行了模型试验研究.采用摇板方法进行了内波造波试验,对内波波长、周期和波高进行了测量分析,获得了内波波高和波长与周期之间的相关关系.利用激光和倾角仪方法对半潜平台的纵荡和纵摇运动响应进行了测量分析,获得了平台纵荡运动及纵摇角幅值与内波周期之间的相关关系.结果表明,在半潜平台的设计与应用中,内波对其运动响应的影响是不可忽视的.特别地,发现了在内波周期的某个范围内,半潜平台的纵荡和纵摇都会出现倍频周期运动响应的现象.  相似文献   
6.
尹纪富  尤云祥  李巍  胡天群 《物理学报》2014,63(4):44701-044701
在亚临界区高雷诺数Re=1.4×105下,采用脱体涡模拟结合湍流分离的方法对弱电解质中电磁力作用下湍流边界层分离圆柱绕流场及其升(阻)力特性进行了数值模拟和分析.结果表明,电磁力可以提高圆柱体湍流边界层内的流体动能,延缓圆柱体湍流边界层的流动分离,减弱圆柱体湍流绕流场中在流向和展向上大尺度漩涡的强度,减小圆柱体阻力时均值及其升力脉动幅值.当电磁力作用参数大于某个临界值后,湍流边界层流动分离消失,在圆柱体尾部产生射流现象,从而电磁力对圆柱体产生净推力作用,出现负阻力现象,而且升力脉动幅值接近于零,出现圆柱体升力消失现象.  相似文献   
7.
8.
下倾管-立管水气严重段塞流数值模拟   总被引:1,自引:0,他引:1  
高嵩  尤云祥  李巍  胡天群  俞忠 《力学学报》2011,43(3):468-475
针对海洋油气传输中常见的下倾管-立管系统, 采用Brackbill模型模拟 气液相界面间表面张力, VOF方法追踪气液两相运动界面, 提出了管内气液两相流数值模拟方 法. 在低气液相进口折算速度下, 数值模拟了该种管型下的严重段塞流动现象, 分析了相关 物理参数的变化特性. 结果表明, 在严重段塞流下, 管内流型流态、压力、液塞运动速度、 立管出口气液相平均速度、下倾管及立管内含气率等均具有明显周期性特征, 而且一个周期 内严重段塞流可分为4个阶段, 进而给出了各阶段中相关参数的变化特性. 数值模拟结果与 相关文献中的实验结果吻合良好,表明了该数值模拟方法的有效性.  相似文献   
9.
气液混输管线与立管系统严重段塞流数值研究   总被引:1,自引:0,他引:1       下载免费PDF全文
高嵩  李巍  尤云祥  胡天群 《物理学报》2012,61(10):104701-104701
针对气液混输管线与立管系统严重段塞流问题, 采用严重段塞流形成条件一致的等效原则, 发展了一种将三维管道系统等效为二维管道系统的计算流体力学(CFD)数值模拟方法. 以文献中某下倾管与立管组合系统为对象, 结合其实验工况, 对严重段塞流气液流动过程进行了数值模拟, 获得了其周期、压力波动幅值及喷发时间等关键参数的变化规律, 数值模拟与文献所述实验结果符合. 在此基础上, 建立了立管入口气液折算速度、立管含气率以及立管出口平均速度的理论模型, 获得了这些关键参数随时间的变化规律, 并给出了确定立管内气液流型变化的理论方法, 理论结果与CFD数值模拟结果一致. 建立的CFD方法大幅缩减了严重段塞流数值模拟所需的时间和资源, 推导的理论模型揭示了严重段塞流特性参数之间的关联, 可以对严重段塞流所引发的危害进行快速评估及预测,具有一定的工程应用价值.  相似文献   
10.
在雷诺数Re=200的情况,利用Maxwell方程直接数值计算表面包覆电极与磁极圆柱体产生的电磁力分布,将其加入到动量方程中,在各种电磁力作用参数和电磁极宽度的组合下,对表面覆盖电磁极圆柱体在弱电解质中的绕流场结构及其升阻力特性进行了数值模拟与分析.结果表明,当电磁极宽度较小时,圆柱体绕流场的分离点越容易接近后驻点,而电磁力对总阻力的影响并不明显,但对压差和摩擦阻力均有明显影响.当电磁极宽度较大时,圆柱体尾部区域越容易产生射流现象,而且总阻力随电磁力作用参数和电磁极宽度增大而减小.在电磁力尚不足以完全抑制周期性涡脱落的情况下,升力幅值随电磁力作用参数增大而减小,但随电磁极宽度则先减小后略有增加,升力脉动频率则均随电磁力作用参数和电磁极宽度增大而增加.研究表明,电磁力可以有效地改善圆柱体绕流场结构,达到减小圆柱体阻力并抑制其脉动升力之目的,因此是圆柱型结构的一种有效流动控制手段.  相似文献   
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