液体射流泵理论的研究

本文运用流体力学及湍流射流理论,导出了液体射流泵基本方程、最优参数方程、汽蚀方程及装置性能方程.通过计算数学方法,利用电子计算机求出了上述方程的数值解,并经过国内外的试验资料验证.     

含悬浮固粒射流界面稳定性研究

利用气固两相耦合模型,理论推导出含悬浮固粒射流的稳定性方程,通过数值计算得到了两相射流稳定性特征曲线、固气扰动速度比值幅值曲线及固气相位差曲线,进而得到了关于固粒对流场中扰动增长和传播的影响及失稳过程中固粒扰动特性的结论。这些结论对于两相射流发展的认识和工程实际中实施对两相射流场的人工控制有重要意义。     

含周期脉动的大密度比气液同轴射流的Floquet稳定性分析

基于周期脉动速度激励下气液同轴射流的数学模型,运用线性稳定性理论,采用Chebyshev配点法和Floquet理论,将含周期脉动分层流的Floquet稳定性分析扩展到大密度比的情况.研究了液铝-氮气射流的参数共振特性,分析了不同的物理参数对系统稳定性的影响,计算了实验工况并和实验结果进行了比较.     

高浓度悬浮固粒对射流界面的粘性稳定性影响

该文首次利用双流体模型和扰动速度势理论,推得含高浓度悬浮固粒的射流界面粘性稳定性方程和对应的固气扰动速度比值方程．通过数值计算,得到了不同雷诺数及固粒属性的射流界面粘性稳定性曲线和对应的固气扰动速度比值曲线．在分析和比较所得的粘性稳定性曲线的基础上,得到了流场雷诺数及固粒特性对射流界面粘性稳定性影响的结论．同时,通过分析所得的固气扰动速度比值曲线,得到了流场雷诺数及固粒等效斯托克斯数对固粒跟随气流的扰动 性能的影响的结论．这些结论是首次在计入气流的粘性的条件下得到的,不同于文献［８］和文献［１０］相关的囿于无粘情形的研究,对于两相射流发展的认识和工程实际中实施对两相射流场的人工控制有重要意义．     

射流速度剖面形状变化及其对界面稳定性的影响

用线性稳定性理论研究了内部为轴对称液体射流、外部为同轴气体射流的粘性双流体模型．在液体射流和气体射流分别处于不同压力梯度作用的条件下,讨论了数学模型中射流速度剖面形状变化,并用Chebyshev配点法研究了剪切层厚度变化及其对界面稳定性产生的影响．     

平面射流中纳米粒子积聚的矩方法

应用大涡模拟方法求解平面湍射流场,矩方法求解纳米粒子的一般动力学方程．通过对每种情况3 000个时间步的平均,得到了Schmidt数和Damkohler数对纳米粒子动力学特性的影响．结果发现, 当气体参数不变时,Schmidt数的变化只对直径小于1 nm的颗粒数密度的分布产生影响．直径小的颗粒其颗粒数密度沿流动方向下降迅速,而具有大Schmidt数的颗粒,沿横向的分布较窄．较小的颗粒容易发生积聚和扩散,并且体积增长较快,因而颗粒多分散性较为明显．小的颗粒积聚时间尺度能增强颗粒的碰撞和积聚频率,导致颗粒尺寸迅速增大．Damkohler数越大,颗粒的多分散也越明显．     

亚声速热射流声源模型的应用（英文）

对亚声速转捩热射流中失稳波相关的噪声产生机制进行了研究,并与冷射流中的结果进行了对比.基于时均大涡模拟(LES)流场,通过求解线性抛物化稳定性方程(LPSE)得到了失稳波的空间演化特性,然后基于LPSE的解与声比拟方法构建了射流的线性及非线性声源模型.LPSE结果表明,加热可以提高失稳波的空间增长率,使其更早达到饱和.由线性模型分析可知,加热会提高高频模态的声压级(SPL).与冷射流相比,热射流中线性模型预测的声压级与大涡模拟结果间的差距更小,表明线性机制在热射流中作用更大.在亚声速冷射流中,非线性模型在之前的研究中已经被证明可以提高声辐射效率.在当前热射流中,发现非线性模型与大涡模拟间的声压级差距被进一步的缩小,且温度相关的声源项在声辐射中发挥更重要的作用.     

亚声速热射流声源模型的应用

对亚声速转捩热射流中失稳波相关的噪声产生机制进行了研究,并与冷射流中的结果进行了对比.基于时均大涡模拟(LES)流场,通过求解线性抛物化稳定性方程(LPSE)得到了失稳波的空间演化特性,然后基于LPSE的解与声比拟方法构建了射流的线性及非线性声源模型.LPSE结果表明,加热可以提高失稳波的空间增长率,使其更早达到饱和.由线性模型分析可知,加热会提高高频模态的声压级(SPL).与冷射流相比,热射流中线性模型预测的声压级与大涡模拟结果间的差距更小,表明线性机制在热射流中作用更大.在亚声速冷射流中,非线性模型在之前的研究中已经被证明可以提高声辐射效率.在当前热射流中,发现非线性模型与大涡模拟间的声压级差距被进一步的缩小,且温度相关的声源项在声辐射中发挥更重要的作用.     

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。     

关于串联式管系共振脉冲射流的瞬态特性

文献[1]在对理想流体管系给出其固有频率的基础上,设计了串联式和分流式共振脉冲射流的适用装置,经测试瞬态压力表明,其共振射流具有强烈的脉动特性,在喷嘴处共振射流的峰值压力比压力平均值提高二倍左右,试验证明共振射流的打击力与打击效果都比普通连续射流提高二倍左右.文献[5]用流体阻抗法和特征线法对串接式管系研究了压力比与频率的关系.他们都没有用解析方法对共振射流进行过瞬态分析.在[2]中     

EMW-FEL高功率回旋管泵源自洽非线性理论

本文对电磁波泵自由电子激光(EMW-FEL)回旋管泵源的几个重要理论问题进行了研究。如电磁Wiggler场的角向极化形式以及泵源的暂态过程特性对其工作条件的依赖关系等。这些问题对电磁波泵自由电子激光系统的工作有显著的影响。作为例子,文中对TE₁₃自洽场模进行了有关的数值模拟计算和分析。     

锯齿射流与圆射流流场和远场噪声特性的对比研究（英文）

采用大涡模拟研究了高亚音速、基于直径Reynolds(雷诺)数为Re=105的圆喷管构型射流和6齿喷管与4齿喷管构型的锯齿射流.将圆射流的计算结果与前人已有的实验和大涡模拟结果进行了对比,验证了当前计算结果的可靠性.对比研究了锯齿射流与圆射流特征,结果显示锯齿射流在近喷口附近具有更大的径向扩张率和更短的势核区长度;锯齿射流的总声压级在低辐射角度上相比于圆射流可低4 dB,而在侧边辐射方向噪声没有明显升高.分析了锯齿射流和圆射流远场压力脉动的前三阶周向Fourier(傅里叶)模态m=0,1,2,结果显示三组算例在同一周向模态上呈现出相似的声压级分布,然而4齿锯齿射流的第零阶和第一阶周向模态在高辐射角度上相较于圆射流具有更高的噪声水平.将POD分解技术用于提取特定周向模态上的最具能量的大尺度结构,在与大尺度结构相关的波包特征角度部分解释了锯齿射流和圆射流远场噪声特性的不同.     

锯齿射流与圆射流流场和远场噪声特性的对比研究

采用大涡模拟研究了高亚音速、基于直径Reynolds(雷诺)数为Re=105的圆喷管构型射流和6齿喷管与4齿喷管构型的锯齿射流.将圆射流的计算结果与前人已有的实验和大涡模拟结果进行了对比,验证了当前计算结果的可靠性.对比研究了锯齿射流与圆射流特征,结果显示锯齿射流在近喷口附近具有更大的径向扩张率和更短的势核区长度;锯齿射流的总声压级在低辐射角度上相比于圆射流可低4 dB,而在侧边辐射方向噪声没有明显升高.分析了锯齿射流和圆射流远场压力脉动的前三阶周向Fourier(傅里叶)模态m=0,1,2,结果显示三组算例在同一周向模态上呈现出相似的声压级分布,然而4齿锯齿射流的第零阶和第一阶周向模态在高辐射角度上相较于圆射流具有更高的噪声水平.将POD分解技术用于提取特定周向模态上的最具能量的大尺度结构,在与大尺度结构相关的波包特征角度部分解释了锯齿射流和圆射流远场噪声特性的不同.     

湍动尺度的模糊聚类分析

湍流运动可看成是大小不同尺度的涡体运动的叠加.定量地确定湍动尺度的分类,对于更好地描述不同尺度的涡体运动,探讨不同尺度涡体之间的相互作用,建立较好的湍流模式都具有重要的意义. 对事物按一定要求进行分类的数学方法,叫做聚类分析.由于湍动尺度的分类具有一定程度的模糊性,因而本文采用模糊聚类的方法,对壁面光滑及租糙两种边界条件下的湍动尺度进行了分类,并对各类结构的特性及其相互作用进行了探讨.     

各向生湍浮力模型的研究

通过对隐式代数应力模型应力结构的分析,认为湍浮力流动的应力由应变和浮力作用引起唑而利用应力输运的线性近似和平衡近似提出了非线性各向异性湍浮力模型。该模型避免了数值奇异,其可靠性通过计算和实验的对比得到了验证。     

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.     

热幅射对抽吸或喷射三维Couette流温度分布的影响

在固定的底板上有横向正弦射流,而匀速运动的多孔介质顶板以常速率完全抽出的情况下,理论分析了热幅射对三维Couette流动温度分布的影响.在这种射流速度下,流动呈现三维流动.利用图形分析了Prandtl数、幅射参数和射流参数对传热速率的影响.Prandtl数对温度分布的影响比射流参数或幅射参数大得多.     

流动环境中高浓度射流扩散实验研究

通过流动显示和定量测量对浅水流动环境条件下,高浓度流体垂体向抛射入水后形成的射流运动扩散及浓度分布特征进行了水槽实验研究。实验分析了射流入水后与环境水流条件的相互作用,通过数据分析给出了射流中心线着底点与横向扩散角的拟合公式。实验结果表明高浓度射流在近区呈现出不同于一般淹没射流的复杂流动形态及扩散特征,以异重流的形式向下游推移。     

各向异性湍浮力模型的研究

通过对隐式代数应力模型应力结构的分析,认为湍浮力流动的应力由应变和浮力作用引起,从而利用应力输运的线性近似和平衡近似提出了非线性各向异性湍浮力模型·　该模型避免了数值奇异,其可靠性通过计算和实验的对比得到了验证·     

近壁区Reynolds应力及湍能耗散率输运特性的理论模型 *

提出在湍流边界层的近壁区采用三维不稳定波来描述湍流相干结构 ,然后根据理论模型对Reynolds应力及湍能耗散率的输运特性进行系统的计算和定量的分析 ,并计算了平均速度分布 .所得理论结果与直接数值模拟结果符合较好 ,表明本文方法正确地体现了湍流边界层近壁区的物理实质 .这不仅有益于对湍流机制的了解 ,而且可能为湍流的近壁模型化开辟一条新的途径 .