有吹吸速度的外掠多孔平板湍流边界层的积分方法

具有吹吸速度的外掠多孔平板湍流流动特性是研究发散冷却和气膜冷却的基础,具有重要的理论研究意义.将湍流速度边界层划分为层流底层和湍流核心区,采用三次多项式和1/5次幂函数分别代表流体沿两个区域厚度方向的速度分布,通过积分方法建立了动量方程,利用四阶龙格-库塔法求解得到可渗透壁面湍流边界层速度场的理论解析解,同时获得了壁面摩擦系数.对比表明,解析解与Whitten、Blackwell试验结果以及Kays的经验公式符合得较为满意,证明了所提出的湍流理论模型的正确性.     

(W/O)/W乳化液膜体系的界面状态方程

本在Ｌａｎｇｍｕｉｒ等温吸附式的基础上，结合乳化液膜膜相中“有效浓度”的概念，提出了乳化液膜的界面状态方程，利用该界面状态方程，本进一步研究了乳化液膜膜相中表面活性剂“有效浓度”与乳化液－外相水间界面张力的关系。同时，对搅拌机槽缺乏几何条件和操作参数对界面张力的影响进行了讨论，所建模型与实验数据吻合较好。     

海-气交界面的湍流边界层

海洋与大气的相互作用是在海-气交界面的湍流边界层(大气边界层和海洋边界层)内进行的,因此探讨海-气交界面湍流边界层的物理机制是很重要的。本文采用一个简单的模式进行数值计算,讨论大气和海洋湍流边界层的切向应力和湍流系数的垂直结构,并将理论结果和实测资料作了比较。     

Gao-Yong湍流模型对边界层转捩的适用性研究

准确预测边界层转捩对深入理解湍流边界层发展和飞行器翼型优化工业应用等具有重要意义。为提升Gao-Yong(G-Y)湍流模型对平板边界层发展及转捩特性预测的准确性与适用性，该文提出了采用G-Y漂移位矢Reynolds数(Re_T)表征当地湍流脉动强度的方法，建立实度系数(Cs)与Re_T间的函数关系，解决G-Y湍流模型中Cs取值间断、分布离散的问题。基于开源OpenFOAM软件开发了改进G-Y湍流模型的求解器，对经典平板边界层和转捩实验开展计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)数值模拟并验证。研究结果表明，相比k-ω等传统雷诺平均(Reynolds averaged Naviers-Stokes,RANS)模型，改进后的G-Y湍流模型不仅能准确模拟边界层流动特征，还能合理预测边界层发展过程及转捩位置，准确性较高。结果表明，经过改进的G-Y湍流模型可进一步用于对边界层转捩特性的研究。     

考虑曲率与旋转时二维不可压缩 湍流边界层求解的一种积分方法

在考虑旋转与曲率对边界层湍流结构影响的前提下,本文给出了一个适合于整个湍流边界层的统一的速度分布公式.根据现有的一些实验数据,用样条曲面拟合的办法,得到了该公式中参数β的变化关系.基于此速度分布公式,本文提出了一种新的计算二维不可压湍流边界层的积分方法.与其它积分方法相比,本方法所需的经验补充关系式少,且计算时不必给定初始形状因子H_0.计算结果与实验数据的比较表明,该方法可以较好地预示边界层流动.     

湍流边界层引起的结构响应和噪声辐射研究

湍流诱发的结构噪声辐射是高速运载工具的重要噪声源之一。最新研究表明:典型壳体结构在湍流边界层和随机声场激励下的噪声辐射特性具有明显的差异。其中周向的加强筋(即与来流方向垂直的加强筋)对湍流诱发的噪声影响明显,而轴向的加强筋对湍流诱发的噪声不敏感。这一特点与随机声场激励下的噪声透射完全不同,后者对周向的加强筋完全不敏感,而对轴向的加强筋则更加敏感。因此,该研究拟进一步开展结构对湍流边界层噪声影响的理论和实验验证工作,并在此工作的基础上,应用受纳法,开展复合材料构成的主体结构在湍流边界层激励下的噪声预报研究,开展湍流边界层、结构振动以及辐射声场之间的耦合机理研究,以获得结构对湍流边界层噪声影响的一般性结论,进而为结构参数的优化和设计提供依据。     

玉米油乳化液的相转换特性

针对食品工程中油水分离及污油处理,对玉米油水乳化液相转换时的物理性质进行了试验测试,分析了含水率对乳化液性质的影响。试验表明:随着含水率增大,黏度先升高然后下降,黏度的最大值大约出现在含水率为40%~50%的范围内;当含水率小于40%时,乳化液的电导率几乎为0,此时为油包水(W/O)乳化液,随后电导率随着含水率的增大而增大。黏度与电导率的变化规律表明玉米油乳化液发生相转换的区域在含水率为40%~45%的范围。W/O乳化液平均粒径也随含水率的增大而增大。同时还采用耗散粒子动力学方法 (dissipative particle dynamics)对不同含水率乳化液的形态进行了模拟,揭示了乳化液形态的演变及相转换时的介观特性。     

无漂移的可压缩湍流边界层数据的生成

本文描述了一种用于生成时间相关的三维可压缩湍流边界层数据的数值方法.该方法最早始于Lund的应用于不可压缩湍流边界层的Rescale方法,后来Urbin,Stolz等人又分别将该方法推广到了可压缩湍流边界层.其基本思想是将下游提取的边界层数据通过van Driest变换和修正Crocco关系式来建立湍流边界层内外层的速度和温度相似律,根据该相似律分别构建入口处内外层的流动参数,然后将内外层参数通过权函数加权合成为入口条件.Sagaut指出,Urbin和Stolz提出的Rescale方法存在着边界层漂移问题,入口处的Re数无法固定的缺点.本文直接给定入口处的名义厚度和动量损失厚度来固定入口处的来流Re数,为了解决相应的入口条件超定问题,首先采用动量损失厚度来无量纲化边界层外层法向距离,然后将权函数中的常数设置为一个优化变量,通过对该变量的设计将内外层参数加权合成为入口剖面,使得生成的入口边界条件同时满足给定的名义厚度和动量损失厚度.最后,将该方法成功应用于M∞=3的可压缩湍流边界层数据的生成,计算结果和DNS结果保持一致,充分说明了方法的可行性和适用性.     

锌离子的液膜渗透反应-扩散模型

建立了液膜萃取锌离子的数学模型。该模型考虑了液膜内水相及外水相的传质,油-水界面上萃取和反萃的络合反应速率以及液膜的破碎率。实验表明,在传质前期,本模型和渐进前沿模型都能较好地描述实际过程;在传质后期,本模型比渐进前沿模型更符合实验结果。     

气液并流垂直液膜流动的数值模拟

应用计算流体力学软件Fluent,采用VOF方法模拟了气液并流垂直液膜流动.将平均液膜厚度数据与文献数据对比,验证了模型的合理性.考察了气、液相雷诺数和壁面剪切力对液膜流型的影响,分析了不同截面液膜厚度随时间的变化情况,且比较了液膜波动与壁面剪切力的变化规律.模拟结果表明:液膜的流动形态在不同高度处主要有滴状流、层流、层流-湍流和波状湍流,可划分为入口段、发展段和稳定段3个区域;波形低谷值对应剪切力的高峰值,大振幅波的高峰值对应剪切力的低谷值,但由于液膜波动的随机性以及波的叠加,并不是所有的剪切力高峰都与液膜波谷相对应.     

湍流边界层中单颗粒的运动方程

由任意流场中颗粒的运动规律出发,详细分析了颗粒在边界层内的受力,并结合边界层内特有的流动规律,推导出了湍流边界层中单颗粒的运动模型.其数值计算的结果与实测值进行比较,结果吻合的很好.     

微气泡降阻研究进展

该文介绍了微气泡降阻机理、研究方法和重要结论,理论分析提出微气泡降阻机理在于其引起湍流边界层结构的变化;实验证明了微气泡对湍流边界层的降阻作用以及气泡尺度、主流速度等对降阻作用的影响;数值方法利用适当的流场模型、湍流模型和差分格式,模拟边界层和气泡数等对降阻的影响,这些研究得到了较为了一致的结论,为未来微气泡降阻的工程应用研究奠定基础。     

北京大学大气环境模式PUMA的改进及其在沈阳地区的应用研究

为拓展北京大学大气环境模式(PUMA)的应用, 对其进行两方面的改进。首先, 用新一代中尺度气象模式WRF提供气象场驱动PUMA; 其次, 新增非局地湍流扩散系数Grisogono方案。 为验证改进后的模拟能力, 将PUMA运用于沈阳地区冬季大气SO₂污染研究。模拟结果和观测比对表明: WRF可以提供合理的气象场; PUMA可以模拟出SO₂浓度月尺度变化和日变化; Grisogono方案在中午对流边界层条件下对模拟结果有所改善。SO₂浓度有明显的日变化, 白天浓度低, 夜间浓度高, 模拟结果表明SO₂浓度和边界层高度的日变化成负相关。改进后的PUMA可以在大气环境预报预警中得到应用。     

一个含地形的二阶矩湍流闭合的大气中尺度数值模式

建立了一个包含地形作用的二阶矩湍流闭合的二维大气中尺度数值模式，该模式不仅具有描述大气边界层及其内湍流结构的能力，而且还能很好地模拟非线性地形波、波破碎观象以及波破碎区内的湍流结构．     

激波卷扬附壁煤尘的湍流模型

本文建立了激波卷扬煤尘的气固湍流边界层方程,其中考虑了气固两相间的耦合效应和气固相湍流效应。模型认为颗粒上扬是激波后气固流动的剪切升力和湍流效应的结果。数值计算结果与文献实验结果较一致。     

Research into a theoretical mode of coherent structures in the wall region of a turbulent boundary layer induced by a wall local disturbance

The idea of applying direct numerical simulation (DNS), a theoretical mode of coherent structures in the wall region of a turbulent boundary layer, has been discussed in the literature. The various aspects of the formation mechanism of the coherent structures agree well with both DNS and experimental results. In addition, a close relationship has been found between the evolutional characteristics and factors such as the magnitude and structural distribution of the wall local impulse disturbance, and the amount of energy a local disturbance introduces into the wall region. Moreover, these parameters play key roles in the formation of coherent structures near the wall region of a turbulent boundary layer. Therefore, the wall local impulse disturbance provides a theoretical model for triggering the formation of coherent structures in the wall region of a turbulent boundary layer.     

不稳定近地面层湍流的大涡模拟

采用加密网格的大涡模式获取边界层风、温场的高分辨率模拟结果,并据以分析近地面层大气的湍流特性。结果表明,较小的网格尺度使次网格湍流贡献率大为降低,模式计算结果对次网格参数的依赖性减小,边界层整体特征得到更好的反映。同时,模拟出的近地面层通量 廓线关系及湍流速度特征与实际观测结果吻合甚好,表明模式具有反映近地面层平均运动和湍流特性的能力。     

水轮机通流部件表面磨损波纹与湍流边界层中的不稳定波

应用小扰动理论对近壁湍流粘性子层中的流动进行了稳定性分析，通过讨论其与湍流核心区相于结构的关系，提出一个简化的湍流相干结构模式即小扰动作用下近似连续分布的Ｋｅｌｖｉｎ－Ｈｅｌｍｈｏｌｔｚ涡层的不稳定波状运动结构；运用此模式简要分析了稀疏颗粒在湍流边界层中的运动。结果表明，相干结构对颗粒的运动及磨损波纹的形成起了支配性的作用。     

高超声速流动中双尺度湍流模式的应用

论文研究了双尺度湍流模式,并对其在壁面附的近长度尺度进行了修正,选择四个基准流动－超声速和高超声速二维压缩拐角,锥柱裙组合体绕流和斜激波／平板湍流边界层干扰－进行了数据计算,数值计算和实验结果的比较表明修正双尺度湍流模式对流动分离,摩阻和热流的计算具有更好的效果。     

加速度不对称波浪作用下的底部边界层动力特性

为了研究加速度不对称波浪对底部边界层的影响,建立加速度不对称波浪作用下的底部边界层数学模型,复演物理模型试验中的流速剖面、紊动强度和床面剪切应力,在此基础上探讨加速度不对称波浪边界层的动力特性。结果表明,波峰半周期内正向加速阶段的加速度比较大,引起较快的边界层发育、较大的流速梯度和较大的紊动能量,产生了正向的周期平均床面剪切应力;这些现象随加速度不对称系数的增大而更加明显;在振荡水槽中,加速度不对称波浪边界层内存在底部反向和顶部正向的时均流动,加速度不对称系数的增大会增强底部反向流速;在开敞水域中,时均流速在整个边界层内都是正向的,底部出现"流速外突"的现象,顶部流速趋于均匀分布,加速度不对称系数的增大会减弱底部正向流速。