考虑滩地植被的复式断面河道水流的二维解析解

针对滩地植被化的复式断面河道的水流特性,从沿水深积分的紊流时均运动微分方程出发,基于恒定均匀流的假设,给出了植被作用下河道水流水深平均流速沿横向分布的二维解析解.其中,将植被对水流的影响归结为拖曳力项,在模型中计及了二次流的影响,并对二次流强度系数K的取值进行了初步探讨.分别对顺直河道横断面和蜿蜒河道的顶点断面进行了计算,计算结果与试验资料符合良好,表明给出的二维解析解可用于植被作用下复式断面河道水流水深平均流速沿横向分布的数值预报.     

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．     

梯形复式断面均匀流水力计算

对由主槽、斜边坡以及边滩三部分组成的梯形复式断面渠道均匀流的水力计算进行了研究,采用表观切应力表示各子断面间的横向动量交换,结合各部分力的平衡关系式,推导出了主槽、斜边坡和边滩平均流速的计算公式．采用UK-FCF的实验数据对公式进行了验证,滩槽相对水深为0.057~0.4的7组工况计算值与实测值的比较表明,不考虑表观切应力的计算值与实测值的一致性都较差．比较而言,斜边坡部分平均流速在水深较小时计算值大于实测值,在水深较大时计算值小于或接近实测值,表观切应力对边滩部分平均流速的影响不明显,而主槽部分若不考虑表观切应力的影响,则计算值与实测值差别较大．运用三段式模型与刘沛清等提出的两段式模型分别进行了有边坡梯形断面复式渠道的水力计算,结果表明对于有边坡段的梯形断面渠道（河道）,三段式模型更加有效．最后,将计算的表观切应力与实测表观切应力进行了比较,两者的一致性表明采用的动量输运系数是合适的．     

并列双方柱绕流的大涡模拟及频谱分析

应用二阶全展开ETG有限元离散格式与大涡模拟相结合的方法,对间距比为1.5情况下的并列双方柱绕流进行了数值模拟．由王小华、何钟怡提出的二阶全展开ETG有限元方法通过对N-S方程中的时变项进行Taylor展开,从而把时间导数用空间导数来代替,其作用相当于引入了人工粘性．计算得到了不同时刻的流线图,给出了两方柱的阻力系数、升力系数以及两对称点上流向速度随时间的变化历程,并采用谱分析的方法研究了对称边界条件下并列双方柱绕流的频谱对称性问题．为了消除初始条件的影响,在所取样本中去除了计算中初始段的数据,分别分析了阻力系数、升力系数以及两对称点上流向速度的频谱．结果表明:对称边界条件下,双方柱绕流运动参量的时域过程虽然是不对称的,但频域过程却是对称的．     

线性硬化材料中稳恒扩展裂纹尖端场的粘塑性解

采用弹粘塑性力学模型,对线性硬化材料中平面应变扩展裂纹尖端场进行了渐近分析．假设人工粘性系数与等效塑性应变率的幂次成反比,通过量级匹配表明应力和应变均具有幂奇异性,奇异性指数由粘性系数中等效塑性应变率的幂指数唯一确定．通过数值计算讨论了Ⅱ型动态扩展裂纹尖端场的分区构造随各材料参数的变化规律．结果表明裂尖场构造由硬化系数所控制而与粘性系数基本无关．弱硬化材料的二次塑性区可以忽略,而较强硬化材料的二次塑性区和二次弹性区对裂尖场均有重要影响．当裂纹扩展速度趋于零时,动态解趋于相应的准静态解;当硬化系数为零时便退化为HR(Hui-Riedel)解．     

例谈二项展开式系数问题的解题策略

二项式定理是每年高考的必考内容，笔者研究了近几年有关二项式定理的高考试题．发现二项展开式系数问题占到了一定的比例，下面就二项展开式系数问题常见的题型及其解题方法归类如下．     

漩涡合并过程中颗粒运动的数值模拟

漩涡合并不仅影响着流场的演化,还制约着颗粒相的运动．基于涡团分裂合并机制,以一种改进的涡核扩散方法(CCSVM)计算了二相流中的漩涡合并与演化,在此基础上采用单颗粒轨道模型计算、分析了漩涡合并过程中的颗粒运动轨迹．研究结果表明:漩涡合并过程中的颗粒轨迹是一条螺旋线,并且保持与漩涡相同的旋转方向,合并后的漩涡中心即为达到稳定状态后的环状颗粒群中心;合并时间与环量初始值、漩涡半径与涡心距比值的初始值有关;特定条件下,颗粒群中会生成一条拉伸的尾迹,尾迹的产生与黏度系数、颗粒与漩涡的相对位置、合并漩涡环量的不对称性有关．     

基于外场实验的风力机叶片三维效应研究

针对一台33 kW水平轴风电机组开展了外场实验,得到其叶片7个断面翼型的压力分布曲线;基于求解时均N-S方程对风轮进行三维数值模拟,以及将叶片各断面作为二维翼型进行数值计算,分别得到各断面翼型的压力分布曲线及升阻力系数．通过将外场实验、三维和二维数值计算所得压力分布曲线及升阻力系数进行对比分析,研究了三维效应对风力机气动性能的影响．研究表明,从叶尖到叶根各断面翼型的压差先增大后逐渐减小,叶片表面压力分布曲线比较明显地反映了从叶尖到叶根流动分离的变化;叶片表面压力分布的三维数值计算结果较二维计算结果更加接近于外场实验值;风力机叶片表面的三维流动对叶片的气动性能影响较大,在叶尖和叶根部分尤为突出.     

特殊坐标系中特殊非牛顿流边界层方程的相似解

给出了在一个特殊坐标系中三阶流体的二维定常运动方程组．该坐标系中由无粘流体的势流确定，即以环绕任意物体的非粘性流动的流线为Ф-坐标，速度势线为ψ-坐标，构成正交曲线坐标系．结果表明，边界层方程与浸没在流体中的物体的形状无关．第一次近似假定第二梯度项与粘性项和第三梯度项相比，可以忽略不计．第二梯度项的存在，将防碍第三梯度流相似解的比例变换的导出．利用李群方法计算了边界层方程的无穷小生成元．将边界层方程组变换为常微分方程组．利用Runge-Kutta法结合打靶技术求解了该非线性微分方程组的数值解．     

环形断面管道水击波速公式推导及其摩阻损失分析

为研究石油开采、轴流泵等工程中环形断面管道液流的运动规律和现象,探讨目前鲜见研究的环形断面管道水击问题．文章针对环形断面管道的结构特点和流体运动特性,推导了环形断面管道水击波速的计算公式,讨论了公式中液流摩阻项的计算方法和对公式的影响．得出的环形断面管道水击波速公式,可为其液流流动规律和特性的进一步研究提供参考.     

存在滑移时两圆球间的幂律流体挤压流动

基于Reynolds润滑理论分析了壁面滑移对任意圆球颗粒间幂律流体的挤压流动的影响。研究表明有壁面滑移时挤压流动的粘性力可通过引进本文定义的滑移修正系数分离出无滑移解。推导出的挤压力滑移修正系数是一积分表达式，依赖于滑移参数、幂律指数、球间隙和积分上限。一般地壁面滑移导致粘性力减小，粘性力的减小量随幂律指数的增大而增大，表明壁面滑移对剪切增稠流变材料有更大的影响；粘性力的减小量还随着滑移参数的增大而增加，而这恰与假设相符合；粘性力的减小量又随球间隙减小或积分上限的增大（从液桥情况到完全浸渍）而减小直到趋于常数，这一特性在离散元模拟时可以有效地减少计算量。     

微通道周期流动电位势及电粘性效应

求解了双电层的Poisson-Boltzmann方程和流体运动的Navier-Stokes方程,得到在周期压差作用下,二维微通道的周期流动电位势,流动诱导电场和液体流动速度的解析解．量纲分析表明,流体电粘性力与以下3个参数有关:1) 电粘性数,它表示定常流动时,通道最大电粘性力与压力梯度的比;2) 形状函数,它表示电粘性力在通道横截面的分布形态; 3) 耦合系数,它表示电粘性力的振幅衰减特征和相位差．分析结果表明,微通道周期流动诱导电场、流动速度与频率Reynolds数有关．在频率Reynolds数小于1时,流动诱导电场随频率Reynolds数变化很慢．在频率Reynolds数大于1时,流动诱导电场随频率Reynolds数的增加快速衰减．在通道宽度与双电层厚度比值较小情况下,电粘性效应对周期流动速度和流动诱导电场有重要影响．     

Depth-averaged modeling of free surface flows in open channels with emerged and submerged vegetation

The resistance induced by vegetation on the flow in a watercourse should be considered in projects of watercourse management and river restoration. Depth-averaged numerical model is an efficient tool to study this problem. In this study, a depth-averaged model using the finite volume method on a staggered curvilinear grid and the SIMPLEC algorithm for numerical solution is developed for simulating the hydrodynamics of free surface flows in watercourses with vegetation. For the model formulation the vegetation resistance is treated as a momentum sink and represented by a Manning type equation, and turbulence is parameterized by the k–ε equations. An analytical equation is derived to represent the resistance induced by submerged vegetation by an equivalent Manning roughness coefficient. Numerical simulation is carried out for the flow in an open channel with a 180° bend, and the flow in a curved open channel partly covered by emerged vegetation, as well as the flow in a straight trapezoidal channel with submerged vegetation. The agreement between the computed results and the measured data is generally good, showing that the resistance due to emerged or submerged vegetation can be represented accurately by the Manning roughness equation. The computed results demonstrate that the depth-averaged modeling is a reasonable and efficient tool to study flows in watercourses with vegetations.     

Influence of Mass Loading on Particle-Laden Turbulent Pipe Flow

A CFD code in the framework of OpenFOAM was validated for simulations of particle-laden pipe and channel flows at low to intermediate mass loadings. The code is based on an Eulerian two-fluid approach with Reynolds-averaged conservation equations, including turbulence modeling and four-way coupling. Pipe flow simulations of particles in air against gravity were conducted at Reynolds numbers up to 50000. The particle mass loading was varied and its effect on the mean velocities and turbulent fluctuations of the two phases was studied. Special attention was paid to the influence of mass loading on the centerline velocity and the wall shear velocity of the fluid phase for various flow parameters and particle properties. Empirical correlations were established between these two quantities and the flow Reynolds number, particle Reynolds number, Stokes number and particle to fluid density ratio for a range of particle mass loadings. (© 2013 Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim)     

矩形微通道热沉内单相稳态层流流体的流动与传热分析

采用解析方法分析了矩形微通道热沉内单相稳态层流流体的流动与传热．基于y方向流速和导热不变的假设,建立流体在矩形微通道内流动的流速方程和传热的温度方程,进而推导出Nusselt数和Poiseuille数的理论表达式．通过计算结果可以看出,推导的Nusselt数和Poiseuille数的解析解与其他文献的结果吻合较好,而且当宽高比趋于无穷大时,Nusselt数和Poiseuille数分别趋近于8.235和96,这与其他文献结果完全相同．在Reynolds数相同时,摩擦因数随着宽高比的增加而增加,而在相同宽高比时,摩擦因数随Reynolds数的增加而减小．     

Hartmann共振管及超音速雾化喷嘴流场的数值模拟

采用基于Roe解法的有限体积法,对Hartmann共振管中的气体流场进行了数值模拟,研究了当喷嘴轴线处存在针型激励器的情况下流场的振动情况,数值计算的结果与理论和相关的实验结果符合得较好．计算结果表明移除或引入激励器,将会使Hartmann共振管的共振模式发生转换．通过对超音速雾化喷嘴流场的数值模拟,研究了其中Hartmann共振腔和二级共振腔共同作用下的振动现象以及各物理参数对振动的影响,并对喷嘴中气流从亚音速向超音速的转变机理进行了研究．     

Flow Structure behind a Shock Wave in a Channel with Periodically Arranged Obstacles

We study the propagation of a pressure wave in a rectangular channel with periodically arranged obstacles and show that a flow corresponding to a discontinuity structure may exist in such a channel. The discontinuity structure is a complex consisting of a leading shock wave and a zone in which pressure relaxation occurs. The pressure at the end of the relaxation zone can be much higher than the pressure immediately behind the gas-dynamic shock. We derive an approximate formula that relates the gas parameters behind the discontinuity structure to the average velocity of the structure. The calculations of the pressure, velocity, and density of the gas behind the structure that are based on the average velocity of the structure agree well with the results of gas-dynamic calculations. The approximate dependences obtained allow us to estimate the minimum pressure at which there exists a flow with a discontinuity structure. This estimate is confirmed by gas-dynamic calculations.     

伴有磁场和纳米固体颗粒时的Jeffery-Hamel流动解析研究——Adomian分解法

用一种强有力的解析方法,称为Adomian分解法(ADM),来研究磁场和纳米颗粒对Jeffery-Hamel流动的影响.将该问题模型的控制方程,即将传统的流体力学Navier-Stokes方程和Maxwell电磁方程,简化为非线性的常微分方程.该方法得到的结果与Runge-Kutta方法得到的数值结果相一致,结果用表格列出.不同α,Ha和Re数下的图形表明,本方法可以得到高精度的结果.首先对不同的Hartmann数和管壁倾角,研究喇叭形管道中的流场;最后在没有磁场作用时,研究纳米固体颗粒体积率的影响.     

Eulerian Simulation of Gas‐Solid Particle Flow by BDIM

The numerical scheme based on the boundary domain integral method (BDIM) for the numerical simulation of twophase two‐component flows is presented. A program is being developed to model the hydrodynamics of fluidized bed systems by using the Eulerian approach in terms of velocity‐vorticity variables formulation. With the vorticity vector both phases motion computation scheme is partitioned into its kinematic and kinetic aspect. Influence of the drag coefficient on the two‐phase two‐component flow field is studied on the two‐phase gas‐solid particles vertical channel flow.