Y型明渠交汇水流分离区的数值分析

针对Y型明渠交汇口的水流特性，应用三维各向异性的雷诺应力模型，采用交错网格上的有限体积法离散控制方程，用SIMPLE算法求解压力-速度场。数值计算结果与物理模型试验结果吻合较好，并据此重点探讨了不同交汇角条件下交汇口分离区尺寸的变化规律，提出Y型交汇水流分离区的定义和分离区尺寸与汇流比的函数关系。     

螺旋状下降的复式断面明渠中紊动结构与次生流动的数值模拟

采用正交曲线坐标下建立的紊流控制方程, 对弯道水流中由离心力和紊动应力联合驱动的二次流结构建立了数学模型. 将螺旋下降的明渠流动条件下的数值模拟结果与如下试验资料进行了对比: (ⅰ) 交错边滩式矩形断面弯道明渠流动, (ⅱ)复式断面顺直明渠流动. 计算中采用了3种不同的Reynolds应力计算方法, 包括Launder和Ying(LY)及Naot和Rodi(NR)的代数应力模型及运用非线性k-ε模型计算紊动黏性系数的SY模型, 在各种弯道曲率和边界条件下, 对不同紊流模型的二次流结构数值模拟结果精度进行了评估. 研究表明, LY和SY模型数值模拟计算得到的二次流结构和紊动应力分布与试验数据均能达到趋势上的符合, 能够模拟出紊动应力和弯道流动中的离心力对二次流结构形成的影响.     

淹没状态下河道植物偏斜高度与糙率的关系

利用室内变坡水槽，模拟了复式河道滩地3种植物对漫滩水流的干扰作用，并借助声学多普勒测速仪（ADV）施测了不同垂线、不同测点的瞬时流速，计算了不同条件下的河道糙率。基于水动力及植物柔性变形分析，建立了淹没状态下的植物河道糙率计算的基本关系，反映出糙率值不仅与水流动力条件有关，还与植物类型、淹没高度、布置及其自身力学性能有关，同时，利用试验资料及理论分析成果，进一步获取了植物河道的附加糙率值，借此分析与评价河道植物对水流阻力的影响程度。     

弯曲河流水流动力稳定性特征研究

弯曲型河流是自然界最为常见的河流形态,其水流特性以及河床泥沙的作用特性,对河流蠕动发展具有重要的影响,是河流动力学中研究的重要课题.弯曲河道中水流流态的转化涉及河床形态和河势单元的发展模式,包括：弯曲河道三维拟序涡与二次环流产生的条件;不同水流条件下拟序涡尺度分级情况;大尺度紊流结构与河湾自适应、互选择性,等等.本文以弯曲河流明渠为背景,首先对其层流转捩到紊流的特性进行研究,与顺直河道相比,其稳定中性曲线前移,失稳临界雷诺数降低,流动失稳过程中,对扰动波数的响应范围加大,层流更容易失稳.这些研究结果是传统流动稳定性理论中所没有的,本文的研究结果也弥补了这方面的不足和空白.     

光滑明渠内正弦型非恒定流传播特性试验研究

建立了一套高精度的明渠非恒定流试验系统,并进行了多组正弦型明渠非恒定流试验以详细研究明渠非恒定流的传播特性.通过试验数据分析获得了明渠非恒定流的传播速度、波的变形率、波峰和波谷的外包线等参数的变化规律.结果表明：（i）明渠非恒定流的传播速度可以用波峰时的微波波速及流速之和来表示;（ii）非恒定流传播过程中会发生时间尺度上波的变形,上升段变短而下降段变长,但总的时间仍然保持不变,变形率是传播距离、周期和流量波幅的函数;（iii）波峰、波谷的水深同周期关系密切,当周期减小时,波峰、波谷水深均逐渐靠近平均流量对应的均匀流水深,当周期变大时,波峰水深靠近最大流量对应的均匀流水深,波谷则靠近最小流量对应的均匀流水深;（iv）非恒定流传播过程中,流量随不同周期的变化规律同水深变化规律基本类似.     

直接解N-S方程模拟高雷诺数过跌坎水流

首次在较粗网格下成功地由N-S方程直接数值求解了高雷诺数过跌坎水流.跌坎水流是典型的由大涡控制的紊流运动,作为一种近似可忽略小涡影响,网格尺度易满足描述大涡特征分辨率的要求,从而可在较粗网格实现直接数值求解N-S方程获得紊流流场.文中采用基于剖开算子法的欧拉-拉格朗日相结合的有限单元方法,对雷诺数Re=44000的二维跌坎水流进行了数值模拟.用16669个节点组成的三角形网格离散流场,在个人电脑上仅用150min即完成全部计算,不但给出了流场的时均特征,而且给出了它的紊动瞬时特征.数值试验表明,主要计算成果和试验甚吻合,由N-S方程直接数值求解工程中高雷诺数复杂紊流问题将成为现实.     

沙纹床面明渠层流稳定性特征的研究

河流床面总是伴随有一定的形态, 如沙纹或沙垄等. 即使原始理想的平整床面, 并保持水流运动的层流状态, 在流动开始后不久, 由于外界的扰动作用, 层流失稳, 床面也会出现沙纹. 而沙纹的出现, 又将进一步改变原始平整床面层流失稳的“轨迹”. 床面沙纹的波状特征, 将诱发明渠层流新的不稳定性, 与平整床面层流失稳相比, 两者存在本质的区别, 其稳定中性曲线前移, 失稳临界Reynolds数降低, 流动失稳过程中, 对扰动波数的响应范围加大, 层流失稳更容易发生. 沙纹移动频率也会对流动失稳产生较大的影响, 动床明流失稳与定床明流失稳有很大差别, 对此也做了研究.     

混凝土材料非线性多轴动态强度准则

将广义非线性强度理论的4个材料参数转化为混凝土材料的基本强度参数,通过混凝土材料的基本强度特性,分析了4个材料参数的变化规律与取值范围.基于S准则建立了混凝土材料4个基本强度参数的率效应表达式,建立了混凝土材料的非线性多轴动态强度准则,分析了动态强度参数的率效应规律,结果表明,混凝土材料的强度特性随着应变率的提高,逐渐向金属材料的强度特性过渡,在应变率从-3~3,应变率对混凝土动态强度的影响较大,并且动强度不是随着应变率的提高无限增大的,而是存在动强度峰值.通过与3组双轴压-压和2组双轴拉-压动态加载时混凝土材料试验结果的比较,表明非线性多轴动态强度准则可较好地描述混凝土材料双轴动强度规律.在同一应变率下,可较好地描述强度的非线性特性;不同应变率下,动强度面互不相交,即应变率效应与多轴应力状态对强度规律不存在耦合影响.     

应用MDDES的飞行器气动／结构耦合抖振数值模拟

严重分离流动非定常效应是造成现代飞行器发生抖振的主要因素，因此，准确模拟飞行器分离流动是开展飞行器抖振研究的基础．本文在综合考虑现代计算机资源以及分离流流动模型可信度的基础上，建立了基于MDDES（Modified Delayed Detached Eddy Simulation）的分离流非定常数值模拟方法，通过对典型的战斗机大攻角分离流模拟计算，对计算方法进行了验证．在此基础上，综合利用RBF径向基函数技术与无限插值方法建立高效的、鲁棒性强的动网格技术，结合模态空间下结构动力学方程，建立了飞机气动／结构耦合抖振数值模拟平台，对某战斗机大攻角下边条涡干扰引起的垂尾抖振问题开展研究．数值结果显示：通过对流场中涡破裂位置的压力脉动的时域响应进行的频谱分析表明，不同尺度的涡结构脉动频率覆盖了垂尾的结构固有模态频率，相比较雷诺平均Navier-Stokes方程，MDDES方法能够分辨出更细致的、更高频率的小尺度涡结构；与颤振明显的区别，各阶模态位移加速度响应由自身模态所主导，一阶弯曲与一阶扭转模态存在强烈的耦合，使结构产生加速度，承受较大的惯性力载荷冲击，是引起结构疲劳的主要因素，验证了所采用数值手段和相应方法的有效性．     

曝气池中气液两相流粒子图像测速技术

在粒子图像测速原理的基础上研究了基于快速傅立叶变换的粒子图像测速算法，并编制算法程序进行验证。通过试验研究了气液两相流在曝气池试验装置中的流动情况，应用粒子图像测速技术对装置中3种状态下气液两相流的运动参量进行测量，获得了各种流体运动参数，并应用粒子图像测速程序进行计算分析。试验结果表明当气液两相流处于状态3时，气泡在装置中具有最长的停留时间和较大的速度紊动强度，氧转移速率和效率大大提高，这为曝气池选型提供了依据。     

高压水旋转射流喷嘴的外部流场数值模拟

运用fluent软件对高压水旋转射流喷嘴的外部流场进行数值模拟。结果表明：高压水旋转射流不同于普通圆形射流，其能量不是集中在射流中心部位，而是集中在一定半径的圆环上，并具有明显的扩散现象。轴向速度从离开喷嘴后开始衰减，随着旋流强度的增加，衰减速度明显加快。模拟的结果为喷嘴参数的设计选取提供一定的理论依据，对实际工程具有一定的指导意义。     

华西雨屏区不同人工植被类型下土壤氮库及其有效性

为了解华西雨屏区人工植被类型对土壤氮库及其有效性的影响，选取华西雨屏区7种典型人工植被类型：橘树（Glycosmis cochinchinensi5）迹地、橘树林地、巨桉（Eucalyptus grandis）林地、玉米（Zeamays）地、香樟（Cinnamonum camphora）林地、柚子（Citrus mnxima）林地和桃树（Pmnnus persica）林地，于2010年7月分别采集土壤根层与根下层原状土样，分析其氮库及有效性。结果表明，华西雨屏区几种典型人工植被类型均表现出较大的氮库特征，但不同人工植被类型间具有较大的差异。相对于其他植被类型，玉米地根层和根下层土壤氮库均相对较小，而橘树、柚子和桃树林地根层土壤氮库相对较大，巨桉、香樟和桃树林地根下层土壤氮库相对较大。然而，玉米地具有较高的根层土壤铵态氮和硝态氮含量，但巨桉林地具有较低的根下层土壤铵态氮和硝态氮含量。这些结果为区域氮素合理利用、土地利用结构调整以及生态环境建设提供了一定理论依据。     

偏离设计工况时离心泵内部流场的数值模拟

通过高效数值模拟的方法分析通流部分的气动性能,对叶轮进行优化改进,扩容改造,从而提高效率,可靠性,安全性.主要采用FLUENT,在双参考坐标系下,利用有限体积法对雷诺时均Navier-Stokes方程进行数值离散,选用标准k-s湍流模型,SIM-PLEC方法求解,对原模型泵进行非设计工况下内部流场的叶轮和蜗壳的耦合数值模拟,主要是变转速和变流量调节.得出变转速调节下全流场的速度和压力分布均与原模型相似,但转速过低时则出现明显不同;变流量模拟时,无论是大流量还是小流量,在叶轮流道和蜗壳区均出现了较为严重的回流和漩涡区,并对这一现象进行了分析.最后对原模型蜗壳提出了一些改造意见,指出了偏心蜗壳在蜗舌处的回流情况较对称蜗壳好一些.     

农村水资源自动化量测系统

针对我国目前农村水资源量测和管理水平较低，农村用水系统效率低下的问题，介绍农村水资源自动化量测系统的研制和应用。该系统应用先进的电子量测技术、计算技术及多项专利技术，采用最新研制的新型流速旋浆传感器、多功能智能流速仪和流速流向仪同步测量大型农业灌区的渠道流速与流量。该系统在祁东县曹口堰示范区水库灌区的应用表明，渠系水利用率可提高10％，实现了水资源量测与管理的数字化、动态化、智能化与一体化。     

高温变形过程中的动态再结晶类型识别

通过分析高温变形过程中伴随再结晶晶粒长大的内部位错密度变化,判别不同变形条件下动态再结晶过程的进行形式,研究动态再结晶形式对变形参数的依赖规律,发现：低温大应变速率下,高温变形过程中的再结晶形式以连续性动态再结晶为主;高温低应变速率下,以周期性动态再结晶为主.根据动态再结晶软化与加工硬化平衡,得到反映稳态流动时钛合金流动应力对变形参数的响应,建立具有实际物理意义描述钛合金稳态流动本构关系的Arrhenius型方程.通过热模拟压缩实验得到800~900℃,0.0005~10 s-1条件下的TC18钛合金高温变形流动应力应变曲线,验证动态再结晶形式的判据模型,并通过DMM耗散效率分布图分析模型的适用性.通过显微组织分析,研究不同变形参数下的高温变形过程中,不同动态再结晶形式对应的再结晶晶粒粗化/细化的特点.通过各变形条件下真应变？=0.8时的稳态应力验证得到的本构模型,并分析应变速率敏感系数的变化规律.     

Is electromagnetic field momentum due to the flow of field energy?

Momentum and energy conservation require electromagnetic field momentum and energy to be treated as physically real, even in static fields. This motivates the conjecture that field momentum might be due to the flow of a relativistic mass density (defined as energy density divided by the square of the speed of light).This article investigates the velocity of such a mass flow and finds a conflict between two different definitions of it, both of which originally seem plausible if the flow is to be taken as real. This investigation is careful to respect the transformation rules of special relativity throughout.The paper demonstrates that the consensus definition of the flow velocity of electromagnetic energy is inconsistent with the transformation rules of special relativity, and hence is incorrect. A replacement flow velocity is derived which is completely consistent with those transformation rules.The conclusion is that these conflicting definitions of flow velocity cannot be resolved in a way that is consistent with special relativity and also allows electromagnetic field momentum density to be the result of relativistic mass flow. Though real, field momentum density cannot be explained as the flow of a relativistic mass density.As a byproduct of the study, it is also shown that there is a comoving system in which the electromagnetic energy-momentum tensor is reduced to a simple diagonal form, with two of its diagonal elements equal to the energy density and the other two diagonal elements equal to plus and minus a single parameter derived from the electromagnetic field values, a result that places constraints on possible fluid models of electromagnetism.     

100ZG型渣浆泵固液两相流的模拟分析

100ZG型渣浆泵具有耐磨、耐腐蚀、运行效率高等优点，被广泛应用于冶金、电力、石油等生产部门。由于输送介质的多样性和复杂性．使得对该类型渣浆泵的理论研究还落后于普通清水泵。本文采用工程上常用的Mixture多相流模型以及扩展的k-ε模型，利用改进的SIMPLE算法进行求解。对该类渣浆泵的整体固相速度分布、静压和总压分布进行模拟，从而得出压力和速度的变化规律并对渣浆泵内部许多重要过流部件进行能量损失分析，为该类型渣浆泵的性能研究提供了一定的理论依据。     

南水北调中线工程输水渠道桥梁影响分析

采用堰流公式对南水北调中线总干渠中的大量桥梁对渠首水位和水头损失的影响进行模拟计算和分析。计算结果表明，桥梁对渠首水位的影响不能用每座桥梁的水头损失进行简单叠加；在采用阻水能力较小的半圆头尾型桥墩时，设计和加大流量下由764座桥梁引起的渠首水位增加分别仅为0．194m和0．238m。通过对所有桥梁水头损失的计算比较发现，不同的桥墩形状造成的总水头损失相差较大，选用流线型、水流易于通过的桥墩形状可以节约相当部分的水头。