明渠和管道紊流结构

本文对紊动机理进行了分析.建立了一个随机模型.以确定雷诺应力.并着重讨论了二元光滑明渠和管道中的紊流规律.由于同时考虑了雷诺应力和粘滞应力,导出了包括边界层在内的时均流速和脉动流速分布公式.通过对壁面绕流情况的分析,获得了包括光滑区、过渡区和阻力平方区在内的时均流速分布的统一公式和阻力系数的统一公式,所有这些均与试验资料一致.     

光滑溢流坝面水流的紊动特性

本文利用自制的一维偏振差动式激光测速系统对整个溢流坝面水流,特别是反弧段水流进行了精细的量测,给出了整小溢流坝面x方向(流向)紊流强度。沿x,y两个方向的分布,并利用二维激光测速系统测出了反弧段y方向(法向)紊流强度的分布.从而可看出紊流强度沿流程在各不同区段及沿水深在各不同流区中的分布特点.由于凹曲率壁面的影响,整个反弧段边界层外区及势流区(应称外流区)x和y两个方向的脉动均明显加剧.外流区的紊流强度无论是还是沿水深都不再保持不变,而呈现出脉动自边界层水流向自由水面扩散的趋势.边界层外区及外流区沿程紊流强度在反弧中心点上下游有急剧变化,下游较上游有较大增加.     

含高分子聚合物的紊流及其减阻规律

本文从粘弹性流体的Maxwell方程式出发,导出了粘弹性流体在紊流条件下的内部剪力公式。在此基础上应用作者提出的紊流随机理论,得出了光滑明渠和管道中减阻紊流的时均流速分布公式,和纵向脉动流速分布公式,并进而导出了其阻力变化规律。最后根据聚合物的化学物理性质,给出了确定上述公式中减阻参数的关系式。所有这些公式均与试验资料一致。     

明渠和管道中层流和紊流的总规律

本文研究了明渠和管道水流从层流向紊流的过渡状态及其结构,通过统计分析得出了层流和紊流的发生机率。在作者以前获得的紊流各流区统一规律的基础上,考虑到上述机率分布,导出了适用于从层流到紊流全部流区的时均流速分布的统一公式和阻力系数的统一公式。所有理论结果均得到了试验资料的证实,从而使明渠和管道水流的总规律得到了理论上的全面概括。     

粘弹性流体的阻力规律

本文在作者以前研究成果的基础上,通过对紊动出现机率和壁面绕流结构的考虑,得到了含有聚合物的粘弹性流的减阻参数,导出了这种流体在层流、层流向紊流的过渡和紊流状态下包括光滑区、过渡区和粗糙区在内的时均流速分布的统一公式,从而明确了其阻力系数的总规律,并得到了现有试验资料的全面验证.     

含灰气体激波沿平壁传播时诱导的边界层流动*

本文研究合灰气体激波沿平直壁面传播过程中在壁面附近形成的层流边界层流动。我们依照双连续介质双向耦合模型处理含灰气体激波的波后流动及其诱导的边界层问题,控制方程采用有限差分方法数值求解,给出了激波下游两相流场特性并考虑了含灰气体激波的松弛结构对边界层流动的影响。     

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.     

部分植被化矩形河槽紊流时均流速分布分析解

研究了部分植被化矩形河槽紊流的水深平均流速分布．植被被视为不可移动的刚性多孔介质,植被对水流的阻力以多孔介质理论加以考虑,并综合考虑部分植被存在时矩形河槽紊动水流二次流的作用,建立了紊流动量方程．针对恒定均匀流的特点,对动量方程进行了简化,沿水深方向积分并引入参考量,形成无量纲形式的基于多孔介质理论紊动水流控制方程,进而对其求解给出了水深平均纵向时均流速分布的分析解．研究表明,在不同水流条件下的二次流强度系数具有相同的数量级．为验证分析解的正确性,在实验室采用MicoADV测量了部分植被化矩形河槽水流的流速分布．数值解与实验资料和日本学者的相关实验资料的对比表明,该方法可以准确预测部分植被化矩形河槽紊流水流的水深平均流速分布．     

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.     

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 …

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的展向的摆动，数值模拟结果与前人的计算和实验结果吻合很好。     

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.     

明渠中变密度变沾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，文中首闪提出了密度紊动应力与粘度紊动应力的概念。     

粗颗粒高含沙两相紊流运动规律的实验研究

本文通过在矩形断面水平管道中的输沙试验,研究了粗颗粒二相高含沙水流的流速及含沙浓度分布。在主流区,流速分布遵从对数规律,卡门常数则为利查逊数及浓度的函数。底床附近,流速分布受到升力效应的影响。管道高含沙水流的悬沙浓度分布与明渠低含沙水流大不相同,利用扩散方程求出浓度分布公式,与实测结果符合得很好。     

多股射流水垫塘三元流动数值模拟及消能

对多股淹没射流作用下的水垫塘二元流动进行了三维全椭圆型紊流数值模拟,并根据实测结果对部分常用紊流模型系数进行了修正。文中分析讨论了多股射流入塘后的水流结构及消能机理;研究表明,由于多股射流扩散迅速、能耗增加和全方位“动水垫”效应,使其在充分发挥水垫塘的消能作用、提高消能率和降低壁面动水压力及冲刷等方面明显优于单股射流.     

基于掺长理论的淹没柔性植被水流流速分布研究

采用Pvc薄片对柔性植被进行了模拟,并用三维Micro ADV对淹没柔性植被恒定水流进行了实验测量,获得了水流纵向流速和Reynolds切应力的分布.实验结果表明,淹没柔性植被水流植被层和非植被层的水力特性有显著不同.在非植被层,Reynolds应力为直线分布,而时均流速则符合经典的对数律分布.基于新"河床"的概念,首次提出用河道压缩参数来表示植被对水流的影响,并合理假设了一个新的混合长度公式,由此得到的时均流速公式相比前人的成果有所需参数少、计算简单及实用性强等优点.     

环形扩压通道内有旋绕流动的研究

本文计算了环形截面的扩压通道内带进气旋绕的流动.在小横向流假定下.用三维边界层积分方程法求解内外壁面附近的流动.通过对子午面上与流线子午投影准正交方向的速度梯度方程和流量不变方程的迭代求解得出边界层外的势流场.计算与实验结果基本符合.本研究可用于分析环形扩压器内带进气予旋的流动.     

小角度斜向入流条件下复式断面明渠流速重分布线性理论

自然界中复式河道的来流方向常受径流量、滩槽形态影响,往往与主槽存在小幅度夹角,使得目前基于顺直河道假定的漫滩水流大量的理论成果难以适用.为研究斜向入流影响,采用平面二维浅水方程描述沿程均匀的复式断面明渠水流运动,选取斜向角度作为小参数,运用摄动法推导了小角度(θ20°)斜向入流条件下复式河道流速分布的线性解析解,并利用数值模拟结果进行验证,流速分布吻合较好.理论分析结果表明,斜向来流时由于出现垂直于河道方向流速分量,使得顺河道方向流速沿河宽分布偏离正向来流情况下的对称形态而重新分布,入流侧流速减小而对岸流速增大;在斜向角度θ=13°且滩槽水深比为3∶8的情况下,偏离幅度可达21.8%,该幅度随滩槽水深比的减小而增大.该文针对斜向来流对流速分布的修正将为进一步研究复式河道泥沙运动和河流演变提供更为准确的水动力条件.     

反射型激波风洞中激波与边界层的相互作用

本文研究了反射型激波风洞中由于非完全反射对激波与壁面边界层相互作用的影响,给出了在反射激波坐标系中计算边界层速度分布、温度分布和马赫数分布的计算方法.算例表明,在计及氮气的平衡真实气体效应的情形下,随着入射激波马赫数M_s的增大,边界层的最小马赫数从壁面处移到边界层内;随着喷管喉道面积的增大,边界层的最小马赫数、反射激波的分叉角α和分叉区后的射流速度均随之减小.计算结果与实验值相比是一致的.     

Numerical Study on Hypersonic Flow and Aerodynamic Heating北大核心CSCD

基于有限差分法开发了高超声速流动与换热问题气热耦合仿真求解器,运用该求解器对三种典型高超声速流动与换热问题开展了仿真研究,得到了相应的气动参数、热流密度分布。高超声速后台阶的存在使表面气动参数、热流分布不再连续;随着缝深的提高,缝隙局部流速迅速降低,对流换热效应减弱;高超声速无限长圆管绕流中,边界层外部区域气动参数随时间变化不大,边界层内存在较大的温度梯度,壁面温度随时间升高。三个算例的仿真结果均与试验测量值进行了对比,验证了所开发的求解器的计算能力。     

零攻角小钝头钝锥高超音速绕流边界层的稳定性分析和转捩预报

研究了零攻角小钝头圆锥高超音速边界层的稳定性及转捩预测问题．小钝头的球头半径为0.5 mm,锥的半锥角为5°,来流马赫数为6．采用直接数值模拟方法得到了钝锥的基本流场,利用线性稳定性理论分析了等温壁面和绝热壁面条件下的第一、第二模态不稳定波,并用“e-N”方法对转捩位置进行了预测．在没有实验给出N值的情况下,暂取N为10．研究发现,壁面温度条件对于转捩位置有较大影响．绝热边界层的转捩位置比等温边界层的靠后．且尽管高马赫数下第二模态波的最大增长率远大于第一模态波的最大增长率,但绝热边界层的转捩位置是由第一模态不稳定波决定的．研究方法应能推广到有攻角的三维边界层流动的转捩预测．