岛屿尾流近区浓度的分布特性

对岛屿尾流近区的污染物混合输移特性进行了研究。采用平面激光诱导荧光 (PL IF)技术 ,在恒定来流中 ,分别对圆柱和正弦形状岛屿后 7倍岛屿半宽度范围内的浓度场进行了测量。分析了长时间平均浓度场、脉动浓度场、最大浓度场和尾流浓度断面半宽度的沿程变化规律和大尺度旋涡的存在对尾流区污染物混合输移的影响。结果显示 ,在同样来流条件及排放浓度下 ,正弦形岛屿近区尾流内积聚的污染物浓度大于圆柱形岛屿近区尾流内的浓度 ;基于平均浓度场和脉动浓度场而得到的尾流浓度半宽度大致相同 ,在实验范围内是线性发展的。本研究不仅是环境水力学学科发展的需要 ,而且有利于水污染的控制     

基于大涡模拟方法和修正的气泡平衡方程的舰船尾流气泡聚并研究

基于大涡模拟方法(LES)和经专门修正的气泡群平衡方程(D-BPBE),对舰船尾流中普遍存在的气泡聚并现象进行了数值模拟研究。结果表明:气泡聚并对尾流总气泡数密度的分布(BND)影响不大,但却是影响尾流气含量分布的主要因素;其原因在于气泡聚并主要发生于有大尺寸气泡参与的情形。虽然从数密度而言,大尺寸(500~1 000μm)气泡相对尾流总气泡的比例较小,但它是尾流中气含量的主要载体,因而往往直接决定着气含量沿尾流流向的分布特征。研究同时表明了气含量的分布特征为,近尾流区(约1.8 km内)近似以乘幂形式衰减,远尾流区以线性格式衰减。结论弥补了当前针对舰船尾流的研究一直不能明确气泡聚并在尾流气泡分布中的作用这一根本缺陷。     

浅水层与深水区圆柱岛屿的近尾流流动

为对浅水层中圆柱型岛屿绕流的回流特征进行探讨 ,分别求解了 Reynolds平均方程 (相当于深水区圆柱绕流 )和深度平均的浅水方程 ,并采用基于 RNG(renonnalization group)方法的 k-ε湍流模型数值模拟几种工况下岛屿绕流的流动。计算中采用 SIMPL E算法求解方程。计算结果表明 ,深水区岛屿绕流的尾流区的流动结构主要受到 Re的影响 ,而决定浅水尾流流动模式的唯一参数是稳定性参数 S,并且发现 S=0 .45是尾流区涡街向形成稳定的回流区转变的临界值     

基于LES和D-BPBE方程的舰船尾流气泡聚并研究

基于大涡模拟方法(LES)和经专门修正的气泡群平衡方程(D-BPBE),对舰船尾流中普遍存在的气泡聚并现象进行了数值模拟研究.结果表明:气泡聚并对尾流总气泡数密度的分布(BND)影响不大,但却是影响尾流气含量分布的主要因素;其原因在于气泡聚并主要发生于有大尺寸气泡参与的情形.虽然从数密度而言,大尺寸(500～1 000μm)气泡相对尾流总气泡的比例较小,但它是尾流中气含量的主要载体,因而往往直接决定着气含量沿尾流流向的分布特征.研究同时表明了气含量的分布特征为,近尾流区(约1.8 km内)近似以乘幂形式衰减,远尾流区以线性格式衰减.结论弥补了当前针对舰船尾流的研究一直不能明确气泡聚并在尾流气泡分布中的作用这一根本缺陷.     

圆柱型岛屿浅水尾流流动模式的研究

对直径为l.27m的圆柱型岛屿在浅水层中尾流的流动模式进行了数值模拟与实验研究.采用数字图像测速(DPIV)系统对圆柱型岛屿尾流区的流态进行了测量,实验结果给出了全流场的速度流线图,表明了尾流区流动的特征,并采用尾流稳定性参数S将尾流区流场划分为三种流态5＜0.2为涡脱落流态;0.2＜S＜0.45为不稳定状态;S＞0.45为稳定状态.在数值计算中求解了水深平均的Reynolds方程和RNGk-ε湍流模型,模拟了实验条件下的尾流流动.计算结果与实验结果相吻合.     

半岛浅水尾流近区流动特性的实验研究

采用数字粒子图像测速(DPIV)技术,在长30?m、宽3.5?m、高1?m的水槽中比较系统地测量了5种形状半岛模型在不同来流条件下的尾流区流场. 总结了时均流场和大尺度漩涡的运动规律,得到了控制尾流流动形式的稳定性参数的临界范围. 比较了不同半岛形状对尾流流动的影响,分析了半岛尾流近区不稳定流动的机制.     

风力机尾流场的实验研究

为了获得风力机的尾流场信息,同时为大型风力机的尾流场研究提供参考依据,利用轴流式风机提供来流风速,使用皮托管和手持风速仪对无风力机情况和单个小型风力机的尾流场进行测量,获得尾流区域的速度场、压力场以及诱导速度场的分布规律。结果表明:对于无风力机的情况,在同一测量断面处的风速随着半径的增加而逐渐减小;对于有风力机时,在同一测量断面处的风速随着测量半径的增加先增加后逐渐减小;对于不同测量断面,随着测量间距的增加,在同一角度的速度值的变化趋势逐渐变小。通过尾流的诱导速度曲线可以发现,在同一测量断面处的诱导速度随测量半径的增加呈下降趋势,而对于不同截面,同一角度的诱导速度曲线会相互交叉。     

一种水平轴风力机尾流模型及其计算方法

基于现有的尾流模式,提出一种新的尾流计算方法.新的尾流模式将尾流分为近涡区和远涡区,在近涡区,尾涡在选定的扇形截面上解析求出,在其他处通过非线性插值求得.在尾涡中选取有限的离散点数计算诱导速度,减少了计算量,根据流体连续性方程确定尾涡的扩散半径,避免了梢涡半径的不收敛性.通过具体的风力机算例,与刚性尾流模型相比,该方法计算的轴向诱导因子其分布趋势更加合理,验证了该方法的正确性和实用性,为水平轴风力机风轮气动设计和性能计算提供一种有效的尾流模型计算方法.     

串列风力机尾流场的实验研究

为了合理的布置风力机,尽量减小风力机尾流的影响,提高风电场的效率,同时为大型风力机的尾流场研究提供参考依据.利用轴流式风机提供来流风速,使用压差式精密风速仪和手持风速仪对两台串列风力机的尾流场进行实验研究,获得尾流区域的速度场、压力场及诱导速度场的分布规律.结果表明,上风向风力机的尾流对下风向风力机的功率有很大的影响,随着串列间距的增大,影响逐渐减小.对于无下风向风力机时,在同一测量断面处的风速随着半径的增大而逐渐减小.而在不同测量断面处,随着测量间距的增大,速度也逐渐减小.对于有下风向风力机时,在同一测量断面处的风速随着测量半径的增大先增大后逐渐减小.对于不同测量断面,随着测量间距和串列间距的增大,在同一角度的速度的变化趋势逐渐减缓.通过尾流的诱导速度曲线可以发现,在同一测量断面处的诱导速度随测量半径的增大呈下降趋势.而对于不同截面,同一角度的诱导速度曲线会相互交叉.     

水平轴风力机尾流的现场实测及初步分析

针对一台33kW水平轴风力机,开展了尾流区速度的现场测量实验,得到了风力机尾流区1倍风轮直径断面上部分测点的速度分布,分析了尾流速度的时域和湍流谱特性.研究发现:尾流区1倍风轮直径处,轴向速度亏损较大,测点处的轴向速度亏损率在35.1%–54.17%.铅垂方向速度变化较小,水平方向速度较来流速度的水平分量略有增大,反映出了尾流的膨胀特征.测点处的湍流动能表现出一定的周期性变化规律,尾涡的通过频率与风轮的旋转频率相近.同时,测点处3个方向湍流速度分量的功率谱在低频段均表现出斜率为–1的特性.     

丁坝绕流机理及其下游流场的研究

本文分析了丁坝绕流机理,建立了二维流动模式.前人的研究及作者的试验资料均表明,丁坝下游流速分布呈自相似性.根据相似原理,Reynolds方程可转化为常微分方程,求解常微分方程得到二维湍流时均流场的相似解.宽浅明槽中的试验表明,该相似解所得结果与实测值比较吻合.此外,本文还对紊动粘性系数沿水流方向的变化作了简要探讨.     

旋转广义二阶流体不定常 Navier-Stokes方程的相似性解

研究了在无穷平板上半空间充满广义二阶流体 ,平板和流体以相同角速度旋转时 ,由于平板在自身平面运动而引起的流动特性 借助于分数阶微积分和特殊函数理论 ,证明了平板以某种速度V0 (t)运动时 ,流体速度分布具有相似性 ,从而给出了不定常Navier Stokes方程的一个相似性解     

波流对人工岬头和海滩养护工程的响应

以新开河口至南山岸线为研究对象,为减少海岸侵蚀,在岸线两端修建人工岬头和包含水下沙坝的海滩养护工程.基于MIKE 21软件建立潮流和波浪耦合模型,研究波流动力对人工岬头和海滩养护工程的响应变化.人工岬头的挑流作用使得东西岬头前流速增加,但岬湾内部流速减小并在岬头后侧形成弱环流.海滩养护工程后沙坝坝顶有效波高略有增加,但沙坝之间有效波高有所削减,沙坝后侧海域波高明显减少;滩肩前方海域有效波高减小,涨潮期间波高减小量大于落潮期间波高减小量.人工岬头和海滩养护工程的共同作用可有效削减岬头和沙坝环抱海域特别是近岸的潮流和波浪,减少海岸侵蚀.     

有限长度钝体尾流的三维特性

运用X形热线,对高宽比分别为3,5和7的有限长度方形截面柱体尾流进行测量,并运用相平均方法对其尾流场进行研究.相关实验是在一低湍流度风洞中,雷诺数Red为3 500的条件下进行的.研究结果表明:壁面边界层与柱体自由端面后的下降流造成了柱体尾流显著的三维性;该三维性在柱体下游10d(d为柱体的宽度)处仍能清晰的观察到;对于高宽比为3的柱体,相平均的脉动速度以及脉动速度能谱在所有测量高度上均近似相同;而高宽比为5或7时,尾流中间高度附近流动周期性最强,且相平均脉动速度最大值为柱体顶部或底部附近对应值的2倍以上.     

用Lattice Boltzmann方法模拟方柱绕流

用Lattice Boltzmann方法模拟了两种情况下的方柱绕流：方柱位于流场的边壁和方柱位于流场的中央。在第1情况中，分析了流场的流线、速度矢量分布以及方柱后面绕流形成的回流区长度随Reynolds数的变化曲线；在第2种情况中，除了给出稳定时流场的流线、速度矢量分布和压力分布以外，还模拟了Re＝150时方柱后面形成的周期旋涡现象。两种情况下的计算结果与其他文献中的计算数值和试验数据是一致的。     

Direct numerical simulation on the particle flow in the wake of circular cylinder

The spectral-element approach is used to simulate the gas-solid two-phase flow behind of the circular cylinder. Based on the method of a high accuracy calculation for the gas phase flow, the particle dynamic field is put into practice. Two key influence factors, Stokes number and Reynolds number, are investigated. The simulation results give a clear pattern of the physical characteristics of gas-particle flow. Due to the construction properties of the eddies in the wake of the circular cylinder, the suction is the main dispersion mechanism of particles near to the centric axis. This effect can make the small particle sucted to the near wake of the circular cylinder. The particle dispersion is also induced by the pressure gradient which is caused by the strong velocity gradient of gas phase.     

小流量工况下旋转离心叶轮内部流场PDA测量与分析

在小流量工况下，采用PDA技术对一旋转离心叶轮内部的速度场进行了测量与分析，叶轮出口带有无叶扩压器．对流道内不同流面的数据进行了数据采集和统计．实验结果表明，在小流量工况下，沿周向叶轮内的相对速度从吸力面到压力面先减小后又增大，吸力面处的速度大于压力面；沿流动方向，因流道逐渐变宽，相对速度逐渐减小；靠近轮盖侧，流场结构复杂，在流道中部存在低速区；沿轴向，从盖侧至盘侧，相对速度逐渐增大，分布逐渐均匀；叶轮出口吸力面侧存在气流分离现象．     

Negative wake behind bubbles in non-newtonian liquids

GAS bubbles rising by gravity in non-newtonian elastic liquids(1-4) are different to gas bubbles in viscous newtonian fluids in at least two ways. First, the bubbles in the non-newtonian liquids often have a peculiar tip at the rear pole, and second, the terminal rise velocity versus volume curve often has a discontinuity at a certain 'critical' volume. To investigate this unusual flow situation further we have used laser-Doppler anemometry(5) to measure the liquid velocity in the wake behind air bubbles in a non-newtonian liquid. The measurements described here reveal the unexpected result that the liquid velocity behind the bubbles is in the downwards direction away from the rising bubbles (the velocities are referred to an observer at rest with respect to the liquid far from the bubbles). Thus the liquid velocity is opposite to the velocity in the usual wake behind objects moving in viscous newtonian fluids and we have called the phenomenon 'negative wake'.     

二维管道内交变流动的格子-Boltzmann方法模拟研究

采用格子-Boltzmann方法（LBM）对二维管道内不可压缩交变流动——Womersley流的流动与换热进行了数值模拟研究．结果表明：管道内压力梯度呈周期性变化，在周期较小时，管道的绝大部分区域速度分布相当平坦，在靠近壁面附近出现了速度的峰值，且靠近壁面处速度变化剧烈；在周期较大时，速度分布近似于抛物线，管道中心速度总大于壁面附近速度，且不同周期下的模拟结果与解析解都吻合得很好．另外，当速度交变时，温度表现为波动变化．速度与温度的相位差、温度的分布特性、温度的波动特性等都与压力梯度交变周期及幅值有关．研究结果表明，LBM可以用于交变流动的模拟．鉴于LBM的众多优点，该方法有望成为求解复杂流动与换热的一种有效的数值模拟手段．