湍流相结构对边界层中标量扩散的影响

在大气边界层风沿和玻璃水槽中进行湍流边界层流动中的标量扩散模拟试验和机理研究。通过流动显示、湍流测量和频谱分析，已表明湍流边界层中的间歇现象在标量扩散过程中起着重要作用。烟雾在大气中的扩散、悬浮污染物质在河流中的扩散都属于湍流边界层中的标量扩散问题。在近源区，标量扩散主要受到各向异性湍流相干结构的影响，结果往往在近源区会出现局部的较高浓度的污染物质。采用流动显示和频谱分析相结合的研究方法，得到了在     

热分层湍流计算机模拟的数学模型研究

以湍流标准k－ε模型为基础,综合考虑代数应力模型（ASM）及湍流热流输运方程,建立了热分层流动的热浮力湍流修正数学模型。理论及在液纳空腔内的热分层湍流计算机模拟中的应用表明,该模型在一程度上反映了由于流动过程中温度不均而导致的各向异性特征,并为解决热分层流中温度随时间变化的计算机模拟难题提供了一个较为简单、稳定的模型。     

湍流相干结构对边界层中标量扩散的影响

在大气边界层风洞和玻璃水槽中进行湍流边界层流动中的标量扩散模拟试验和机理研究．通过流动显示、湍流测量和频谱分析，已表明湍流边界层中的间歇现象在标量扩散过程中起着重要作用．烟雾在大气中的扩散、悬浮污染物质在河流中的扩散都属于湍流边界层中的标量扩散问题．在近源区，标量扩散主要受到各向异性湍流相干结构的影响，结果往往在近源区会出现局部的较高浓度的污染物质．采用流动显示和频谱分析相结合的研究方法，得到了在某些流动条件下的湍流相干结构时间和空间尺度近似值     

室内空间重气泄漏扩散过程的影响因素

以CO2为对象,对室内空间重气扩散过程进行实验研究,考察泄漏源强度、泄漏源高度和开窗对室内CO2扩散过程的影响。结果表明:CO2在室内空间泄漏扩散后有明显的沉降和分层现象。CO2浓度和浓度上升速率随着高度的增加而减小。随着泄漏源强度的增加,近地面处CO2浓度和浓度上升速率均增加,远离地面处CO2浓度值略有上升。随着泄漏源高度的增加,近地面处CO2浓度和浓度上升速率均减小,远离地面处CO2浓度增加。当泄漏源高度较高时,虽然近地面处的CO2浓度相对有所减小,但整个空间都会有较高CO2的气体分布,危险性更大。室外静风条件下,在高位开窗时,空间内CO2浓度没有明显的降低;但在低位开窗时,近地面处CO2浓度明显降低,但远离地面处,CO2浓度降低幅度较小。     

存在热浮力的剪切湍流中颗粒近壁运动的大涡模拟

采用基于动力学亚格子模型和热通量模型的大涡模拟方法,结合Lagrange粒子追踪技术,数值研究了存在热浮力作用的剪切湍流中细颗粒群的输运特性.一方面探讨在槽道剪切湍流中不同热分层效应与粒子输运的动态关联性,以及不同Stokes数的细颗粒在同一分层湍流环境下的浓度分布;另一方面探讨动量和热量耦合作用下影响粒子迁移、扩散和沉积的不同因素.此外,基于一些典型计算结果,探讨了稳定和不稳定分层对颗粒运动各向异性程度的影响,研究了不同颗粒的平均速度、脉动强度的统计特征量以及与湍流流场之间的相关性,并对颗粒在槽道不同区域的体积浓度分布和局部积聚现象进行了分析.     

二维线性湍流浮力扩散火焰高度

运用相似理论和量纲分析的原理，对二维线性湍流浮力扩散火焰的高度进行了理论分析，并用摄像的方法实际测量了二维线性湍流浮力扩散火焰的高度．实际测量结果和理论分析符合的较好．所得二维线性湍流浮力扩散火焰高度与火源功率的２／３次方成正比的结论，对于计算实际火灾中火焰的辐射强度以及火灾的危险性评估具有重要的实际意义     

瓦斯燃烧器回流区数值模拟研究

采用k ε湍流模型、三气体扩散燃烧模型和综合辐射模型 ,利用PHOENICS软件对瓦斯燃烧器湍流扩散火焰中心回流区进行了较详细的数值计算。计算结果表明 ,在强旋流条件下 ,回流区尺寸随旋流数增加而增大 ,受风压和热负荷影响较小。可以适当增加助燃空气压力来提高燃烧强度 ,调节燃烧负荷来适应加热要求 ,或增大旋流数来提高燃烧器的稳定性和操作弹性     

瓦斯燃烧器回流区数值模拟研究

采用kε湍流模型,三气体扩散燃烧模型和综合辐射模型,利用PHOENICS软件对瓦斯燃烧器湍流扩散火焰中心回流区进行了较详细的数值计算,计算结果表明,在强旋流条件下,回流区尺寸随旋流数增加而增大,受风压和热负荷影响较小,可以适当增加助燃空气压力来提高燃烧强度,调节燃烧负荷来适应加热要求,或增大旋流数来提高燃烧器的稳定性和操作弹性。     

高温气流平面射流扩散过程分析

在工业生产中经常会出现高温烟尘气的排放与扩散现象,研究高温烟尘气的射流扩散过程对于烟尘治理和集尘通风系统设计有重要意义。通过数值模型分析与试验分析结合的方法,对高温气流扩散过程进行分析与研究。结果表明：在高温气流水平浮力射流扩散过程中,射流温度显著改变了射流扩散轨迹和速度分布,随着气流温度的升高,气流密度降低,使射流在水平方向速度衰减加速,而低密度气流的热浮力效应增强,在垂直方向速度值增加加剧,形成了更靠近射流壁面的上浮扩散轨迹;在高温气流射流扩散分析中,在理想气体的浮力模型中添加了密度随温度的变化,因此它比布辛涅斯克近似的浮力模型获得的射流轴线速度与射流扩散轨迹结果更准确,可知改模型适合分析高温气体的浮力扩散特征;两种模型获得的射流速度分布的结果误差相反,使两种模型能够适用于不同类型的工程需求     

基于格子Boltzmann方法的地铁站内火灾仿真

引入格子Boltzmann方法,构建以半拉格朗日方法求解的烟流扩散理论,真实重现烟流温度演化过程。采用C++语言,实现该理论方法。在此基础上,建立二维数值模型并仿真;将其与实验数据进行对比。研究结果表明:该方法能较好地重现地铁站内火灾烟流的扩散过程,关键节点的变化趋势与实验结果一致,距离火源越近仿真结果与实验结果吻合程度越高。     

对流边界层中高架烟流扩散的大涡模拟研究

论文用大涡模拟技术对对流边界层中高架烟流的扩散进行了模拟,在对流边支中对高斯扩散模式的使用进行了修正,由Willis等（1978）的对流槽扩散实验数据求出虚拟源高,代替高斯烟流扩散公式中的源高,由此求得的横风向积分浓度分布与实验结果和数值模拟结果吻合较好,并用KNRC试验No52的资料作了验证,结果表明：修正后的高斯扩散模式的模拟效能良好。     

旋转矩形通道内湍流雷诺应力分析

采用直接数值模拟方法对旋转矩形通道内的湍流流动和换热进行了研究.非稳态N-S方程的空间离散采用二阶中心差分法,时间推进采用二阶显式Adams-Bashforth格式.通过分析近壁湍流雷诺应力输运方程各项的分布以及比较壁面附近湍流生成和耗散强度,讨论了科氏力对湍流脉动的影响.结果表明:系统旋转效应增强了压力面附近的湍流生成、黏性耗散、黏性扩散、湍流扩散及压力应变相关项和压力速度扩散项,而在吸力面附近,雷诺应力输运方程中各项因旋转而受到强烈抑制.     

烟气排放污染的三维数值模拟

根据大气的气象特征和烟流的特点,选择了包含浮力项的三维Reynold‘s方程组以及温度和浓度的传输方程,并以k-ε紊流模式闭合方程组。方程组用SIMPLEC算法求解。求解过程中使用逐线递代的三对角矩阵法,辅以单块和双块修正技术。模式首先用于静风环境下烟流的传输问题。然后,对有风中性层结下烟流的对流－扩散进行模拟,并将计算结果与实测数据进行对比,两者吻合较好,证明了模式的实用性。     

吹风比对平板气膜冷却效率影响的数值模拟

 为了揭示吹风比M对气膜冷却效果的影响规律,在M=0.5,1.0,1.5,2.0工况下对平板气膜冷却圆柱孔模型和扩散孔模型进行了流动和传热的数值模拟对比研究。计算时基于控制容积法对三维定常不可压缩N-S方程进行离散,采用SIMPLEC算法,湍流模型选取可实现k-ε着模型,壁面函数采用增强壁面函数,分析比较了壁面温度分布、速度矢量和气膜冷却效率。结果表明,随吹风比增大,射流容易脱离壁面。在孔口附近区域,对圆孔而言吹风比对冷却效率的影响不明显,而对扩散孔冷却效率随吹风比增加而提高。在射流向下游发展过程中,就扩散孔而言较大的吹风比使得射流沿流向的覆盖区域增大;就圆孔而言较大的吹风比射流出现了回流,近下游位置处的冷却效率提高而远下游处的冷却效率降低。由此可见,针对不同的孔型,冷却效率随吹风比的变化规律不尽相同,圆孔的冷却效率不随吹风比单调变化,扩散孔的冷却效率随吹风比的增加而提高。     

山脉地形下击暴流风场数值模拟

山区是下击暴流多发区域,为了研究下击暴流作用下连续山脉地形的风场特性,采用大涡模拟(LES)分析了山脉高度、间距等地貌因素对特征位置风场的影响.结果表明:山脉高度大于50 m时,山脚及山顶位置径向极值风速的大小随山脉高度增加而逐渐减小;山顶的加速效应主要受山高影响,其加速因子在近地面较大,而山脚的加速效应在上部空间较大;双山脉时,后山脉对前山脉湍流度的变化影响不明显,后山脉的湍流度呈现出随山脉间距扩大而先增大后减小、随前山脉高度增加而逐渐增大的变化规律.     

波流共同作用下水平轴潮流能水轮机水动力特性

通过开展物理模型试验,探究波流共同作用下水平轴潮流能水轮机尾流场的流速变化和紊动特性。结果表明:相比于纯流工况,波浪的存在有利于支撑结构后方水流的速度恢复,但会使水轮机叶片旋转水域后方近尾流的速度损失更大,远尾流的速度恢复更慢;水轮机下游流速会随波高和周期的增加而增大;波流共同作用工况下的湍流强度整体高于纯流工况;湍流强度随波浪周期的增大而减小,随波高的增大而变大。     

水平圆形浮力射流稳定性及混合特性研究

在对静止环境中有限水深水平圆形热浮力射流进行数值计算的基础上,对不同射流和环境条件下的两种流动类型:热水以浮力表面层形式向下游扩散的稳定排放和浮力热水与环境水体发生二次挟带的非稳定排放的判据进行了验证,并对流动的稀释度特性进行了研究.认为在稳定排放条件下,浮力热水在近区快速地被稀释,近区局部水温较高;而非稳定排放条件下,近区局部水温较低,浮力热水向下游的影响范围较广;给出了稳定和非稳定排放下的表面最小稀释度公式;最后拟合出了表面碰撞区中心点位置的公式,为流动区域划分提供了量化依据.     

小尺度新月形沙丘背风侧流场特性的大涡模拟分析

为了准确获得新月形沙丘背风侧湍流流场流动特性,采用基于Smagorinsky的亚格子尺度涡黏模型的大涡模拟(LES)方法,对简化了的实验缩比小尺度沙丘模型绕流气相流场进行了数值研究,模拟了相同来流风速、不同沙丘迎风坡度和高度下背风侧风场的湍流流动模式,获得了背风侧区域地表面摩擦系数分布,比较了回流区长度和湍流强度分布.模拟结果表明:LES方法能较好地揭示背风侧湍流流场特性;流场重附距离随沙丘迎风坡度和高度的增加而增大;背风侧回流区内湍流强度总体上比回流区外大,回流区内沙丘坡脚位置及重附点位置处湍流强度最大值出现在贴近地表附近,随沙丘高度的增加而增大;回流区中部湍流强度最大值出现在回流区顶部,随沙丘高度的增加先增大后基本不变.     

基于台风“梅花”的近地层湍流积分尺度实测分析

基于10,20和40m高度处台风"梅花"影响下的上海浦东地区近地风现场实测数据,分析了湍流积分尺度随平均风速、观测高度及平均时距的变化规律.结果表明:湍流积分尺度Lux,Lvx和Lxw会随平均风速和实测高度的增大而增大;10,20和40m高度处,湍流积分尺度均值Lux∶Lvx∶Lxw分别为1∶0.54∶0.07、1∶0.65∶0.11和1∶0.73∶0.1;相同高度处,Lux和Lvx随平均时距的增大而增大,而Lxw受平均时距的影响较小;湍流积分尺度Lxw在不同高度之间的相关系数整体上较Lux和Lvx偏小.     

风速引起的湍流对挥发性污染物传质的影响

为分析风速引起的水、气及其交界面的湍流对挥发性污染物在水气交界面挥发传质的作用,将挥发性污染物水气耦合扩散模型与可实现k-ε模型相结合,预测挥发性污染物水体点源泄漏后的时空分布。分析结果表明:风速增加,水气交界面附近时均速度梯度增加,进而导致湍动能和湍能耗散率增加。风速引起的湍动能和湍能耗散率的提高增强了污染团尾部的挥发传质,风速越大,污染团尾部的浓度分布占据的空间越大。湍动能和湍能耗散率越高,水中污染物浓度下降越快。风速对气侧污染物扩散的影响要先于对水侧污染物扩散的影响。湍能耗散率随风速增加而增加的程度高于湍动能随风速增加而增加的程度。