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．     

底部加热肥皂泡上准二维湍流的数值模拟北大核心CSCD

底部加热的肥皂泡是一种全新的二维热对流模型,在实验中已发现肥皂泡上的岛涡运动规律与飓风轨迹规律一致.然而,肥皂泡的曲面特征对其准二维流场的数值模拟以及数据分析造成了较多困难.针对肥皂泡球面几何特征,该文介绍了其直接数值模拟(DNS)方法,及其流场空间波数谱、湍流通量和结构函数的计算分析方法.开展了Ra=3×10^(7),3×10^(9),3×10^(11)的数值计算,并获得了相应的波数谱、通量和湍流结构函数.计算结果表明,肥皂泡上速度的小尺度脉动特征满足Bo59的理论标度律,通过湍动能与拟涡能通量特征,发现在该准二维湍流场中存在湍流能量双级串现象.且随着Rayleigh数的增加,大尺度结构湍能量减小,更小尺度湍流结构能量增加.     

颗粒湍能输运方程的两相湍流模型和平面闭式两相射流的数值模拟

在现有的两相湍流数值模拟中,对颗粒湍流普遍采用以局部追随概念为基础的代数模型,其预报结果在很多情况下与实验不符。本文提出了以颗粒湍能输运方程为基础的κ-ε-kκ两相湍流模型,并以平面闭式两相射流为例进行了数值模拟,预报结果与实验符合良好,表明此模型明显优于k-ε-A.P.的颗粒湍流代数模型。     

两相流中柱状固粒对流体湍动特性影响的研究

对含柱状固粒的两相流场,建立了包含柱状固粒对流场影响的流体脉动速度方程,在求解脉动速度方程的基础上,经平均得到流体的湍流强度和雷诺应力.将该方法用于槽流湍流场的求解,并与单相流实验结果进行了比较.计算中变化柱状固粒的参数,给出了固粒的体积分数、长径比、松驰时间对流场湍动特性的影响,说明粒子对流场的湍动特性起着抑制作用,其抑制的程度与粒子的体积分数、长径比成正比,与粒子的松弛时间成反比.     

柱状固粒两相边界层流场稳定性研究

从运动方程和本构方程出发,推导得到了含柱状粒子两相流场的修正Orr-Sommerfeld方程,然后在边界层流场中,采用数值计算方法,得到了含柱状粒子流场的稳定性中性曲线,给出了流场失稳的临界雷诺数.结果表明在所述情况下,柱状粒子对流场起着抑制失稳的作用,而且抑制的程度随着柱状粒子体积分数和长径比的增加而提高.     

Theoretical and Experimental Investigations of Piezoelectrically Excited Travelling Waves in Cylindrical Tubes

Flügge's equations of motion for cylindrical shells are used to analyze the generation of travelling waves in a tube of an ultrasonic travelling wave transport system. The vibration-shape of a semi-infinite acrylic tube with structural damping excited by a piezoelectric ring at the end is calculated and the influence of the driving frequency is shown. Starting with an exponential ansatz the frequency dependent wavenumbers can be determined. Three frequency bands with different combinations of imaginary, real and complex wavenumbers can be found. Supposing a semi-infinite tube with given boundary conditions at the end of excitation the vibrations of the tube can be calculated depending on the frequency. Simulation agrees well with experimental results. (© 2011 Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim)     

纤维悬浮剪切湍流中纤维旋转扩散系数的理论研究

对纤维悬浮剪切湍流中纤维旋转扩散系数进行了理论研究．首先建立了流场不同脉动速度梯度间的相关矩函数,然后推导出了纤维旋转扩散系数的表达式,该表达式依赖于特征长度、时间、速度和一个与壁面作用相关的无量纲参数．得到的纤维旋转扩散系数可以应用于非均匀和非各向同性的湍流场,此外还可以推广到三维湍流场,因而为纤维悬浮湍流场的研究提供了理论基础．     

弯曲扩压管道中三维不可压粘性流的数值计算及湍流模型的研究

为了便于复杂形状管道中粘性流动的数值计算,本文在任意曲线坐标系下导出了控制方程的Favre质量加权平均形式,导出了一种考虑曲率影响的湍流模型.采用抛物化方法对弯曲扩压管道内的层流和湍流流动进行了数值计算.根据计算结果对压气机静叶流道内的气动性能进行了初步的分析.     

弯曲圆管内漩涡结构分叉现象的理论研究

利用拓扑结构分析方法,分析了弯曲圆管内定常流在横截面上流线的奇点个数及分布规律,给出了二次流的漩涡数目由2个变为4个,流态结构发生分叉现象的理论判据。进而,利用Galerkin方法,得到了弯曲圆管内定常流的流函数和轴向速度的半解析表达式,给出了流态结构发生分叉现象的临界Dean数,所得结果与理论判则一致。     

The Effects of Flexion and Torsion on a Fluid Flow Through a Curved Pipe

We consider an injection of incompressible viscous fluid in a curved pipe with a smooth central curve γ . The one-dimensional model is obtained via singular perturbation of the Navier—Stokes system as ɛ , the ratio between the cross-section area and the length of the pipe, tends to zero. An asymptotic expansion of the flow in powers of ɛ is computed. The first term in the expansion depends only on the tangential injection along the central curve γ of the pipe and the velocity as well as the pressure drop are in the tangential direction. The second term contains the effects of the curvature (flexion) of γ in the direction of the tangent while the effects of torsion appear in the direction of the normal and the binormal to γ . The boundary layers at the ends of the pipe are studied. The error estimate is proved. Accepted 21 March 2001. Online publication 9 August 2001.     

Limits on the Transport of Heat and Momentum by Turbulent Convection with Large-Scale Flow

Under certain conditions, high-Rayleigh-number convection in a horizontal layer exhibits an organized pattern of large-scale flow superposed on an irregular structure of turbulent plumes. Bounds on the heat and momentum fluxes in such a flow, which provide upper estimates of the possible level of the large-scale flow, are presented.     

明渠中变密度变粘度牛顿流体紊动基本方程式

本文利用Navier－Stokes方程及雷诺时均法则,导出了变密度变粘度牛顿流体的紊动微分方程式,并进一步导出了变密度变粘度牛顿流体在明渠中紊流流动时的运动微分方程式.文中首次提出了密度紊动应力与粘度紊动应力的概念.