考虑气温变化影响的引水渠道水内冰演变数值模拟

高寒地区冰害问题是关系到引水式水电站能否正常运行的关键问题.为此,建立了三维非稳态Euler-Euler两相流k-ε紊流模型,在动量方程中考虑了相间曳力、升力、虚拟质量力,在热量传递方程中考虑了冰水之间的热量传递以及太阳辐射、有效辐射、蒸发热损失和水面对流热损失等.以新疆某水电站引水渠道为例,模拟分析了气温变化条件下流速、水温、冰温及冰体积分数的沿程分布.结果表明:水温沿程先降低后增大,沿程出现最低点,冰温沿程逐渐增大;冰体积分数沿程存在突变点,且突变点在水温最低点附近;随着气温降低,最终的产冰量和冰体积分数逐渐增大.讨论了太阳辐射、有效辐射和蒸发热损失对水内冰分布的影响,并通过与吴剑疆等的黄河上游河道中水内冰演变计算结果及经验公式计算产冰量的对比分析,验证了模型的可靠性.     

用非线性k-ε模型对狭缝冲击射流进行数值计算

采用Ｓｐｅｚｉａｌｅ的非线性ｋ－ε模型和标准的ｋ－ε的模型计算了狭缝冲击射流,给出了径向平均速度和脉动速度沿壁面法向的分布,并同实验结果作了对比．结果表明,当其他条件都相同时,线性和非线性模型在冲击射流的计算中相差不大,今后的改进应当在近壁区或对紊流模型本身进行     

旋转离心通道内三维紊流流动的数值分析

采用全三维时均Navier-Stokes方程数值研究了旋转离心直通道及旋转离心扩压通道内的紊流流动。紊流模型采用标准的K-ε模型及修正的K-ε模型。计算方法按SIMPLE算法,采用非交错网格,求解任意曲线座标系中Cartesian分量的控制方程。在数值计算的基础上,分析了旋转对主流速度分布、二次流分布的影响;分析了旋转对紊流模型的影响。     

用非线性κ—ε模型对狭缝冲击射流进行数值计算

采用Ｓｐｅｚｉａｌｅ的非线性κ－ε模型和标准的κ－ε的模型计算了狭缝冲击射流,给出了径向平均速度和脉动速度沿壁面法向的工同实验结果作了对比。结果表明,当其他条件都相同时,线性和非线性模型在冲击射流的计算中相差不大,今后的改进应当在近壁区域对紊流模型本身进行。     

收一扩喷管内二维紊流的数值研究

本文应用隐式有限差分理论对喷管内二维紊流流动进行了数值求解．采用了贴体曲线坐标系统，代数紊流方程模化紊流，整个流场用时间推进迭代方法获得．研究表明，控制方程右端粘性项矢是主变量欠的一个线性函数．文中所提供的计算方法与计算结果将为三维非定常计算打下基础．     

二维充分发展紊流场中不同紊流模型的数值分析

本文建立了一种以矩形通道内二维充分发展紊流流场为“已知”流场考核紊流模型的数值分析方法,并编制了适合在上述流场中考核不同紊流模型的通用计算机程序(FORTRAN 77)。使用本文方法对5个典型紊流模型的数值分析和比较表明:本文方法和计算机程序是可靠的,可用于考核不同紊流模型的数值预示结果。在上述流场中,K-ε模型精度最高。采用间竭因子的旋涡粘性系数模型简单,并能保证工程计算所需的精度。     

基于RNG模型的虹吸式出水流道三维紊流数值模拟

虹吸式出水流道是大型泵站广泛采用的一种出水流道型式,其几何形状复杂,流道内的流动分布大多不均匀,并有局部的涡旋、回流、脱流现象．为了深入了解其流动特性,采用RNGκ-ε紊流模型,对流道内流动进行三维紊流数值模拟．并通过模型试验验证了数值模拟结果的正确性．     

轴对称空腔内圆盘流动的数值模拟

针对轴对称空腔内圆盘流动，采用２种紊流模型（即混合长模型、混合长模型与高Ｒｅ数ｋ－ε方程相结合的分区模型）进行了数值模拟．计算结果表明：当圆盘旋转雷诺数Ｒｅθ较低时，流场中存在一个类似于固体旋转的核心区；在高Ｒｅθ数、小间隙比时，核心区消失．与实验值相比，ｋ－ε／ＭＬ模型得到较好的预测结果     

回流流动及各向异性剪切紊流的数值模拟

本文对两类复杂紊流——存在回流区的单边突扩流动和强各向异性的剪切紊流进行了数值模拟．利用简化的紊流应力代数模型闭合紊流运动方程组进行计算，将计算结果与实测结果及k-ε紊流模型的计算结果作了比较．通过计算和对紊流模型进行结构分析可见，本文的模型能较好地模拟回流和紊流的各向异性特征，而k-ε模型不能．     

湍流模型及其应用高效数值方法及计算程序

湍流模型是湍流研究的热点之一。近40年来，已经有很多湍流模型被提出和研究。本书主要介绍湍流模型和基于这些模型的高效数值计算方法，并给出了相关的计算程序。     

机翼表面结冰数值模拟

分别采用欧拉-拉格朗日模型和多孔介质模型建立了空气绕流机翼流动、空气夹带过冷水滴运动和机翼表面冰层增长的数理模型,并进行了数值求解.获得空气绕流机翼流场、空气夹带的过冷水滴运动轨迹、机翼表面过冷水滴的收集系数分布、冰层厚度分布和冰层质量增长情况,并分析了攻角和过冷水滴直径等因素的影响.结果表明:水滴收集系数随着攻角和水滴平均直径的增大而增大;冰层覆盖整个机翼的前半部上下表面,以驻点附近最为集中,随时间增长而愈严重;随着功角增大,下表面积冰加重;但当攻角为15°时,总体结冰量却较之低攻角时减小.     

南极海冰厚度数值模拟

主要进行南极地区海冰厚度的数值模拟研究,并考虑太阳短波辐射等因素对南极海冰厚度变化的影响。根据我国第22次南极科学考察现场观测数据,建立了辨识海冰厚度的最优控制模型,并用遗传算法求解该最优控制问题,仿真结果与现场观测数据吻合良好,表明所建模型和求解算法是准确有效的。     

河流冰盖热力增长的数值模拟

文章基于多相流理论,建立了河流的热力与水力条件耦合的二维河道模型.模型把河流当作大气-冰体-水体的一个耦合系统,考虑了系统中界面的热量交换,并考虑了冰花在冰盖下堆积对冰盖热量交换的影响.在不同的入口冰花浓度、冰盖上表面温度、入口水流速度的工况下,对冰盖的增长进行了模拟分析,获得了冰盖厚度的增长特征与冰盖形成后水体速度场和温度场的分布特征.模拟结果表明:入口冰花浓度越大、冰盖上表面温度越低、入口流速越小,则形成的冰盖厚度越大;断面上的流速越大,水温越低.     

盘管冰蓄冷装置蓄、融冰过程的数值模拟分析

分析了盘管冰蓄冷装置蓄、融冰过程的原理及其特点,建立了其数学模型和物理模型,利用此模型模拟蓄、融冰过程,并对模拟结果与实验结果进行对比分析.分析表明,所建模型与实验达到了很好的吻合,对小型冰蓄冷空调系统和特征参数的优化有一定指导和现实意义.     

基于实测冰芯数据的南极海冰厚度的数值模拟

根据我国第22次南极科学考察现场观测数据以及现场采集的冰芯分析数据,考虑太阳辐射、云量等因素对南极海冰厚度变化的影响,利用最小二乘法辨识气温与冰表面温度之间的关系,并以辨识结果所得到的冰表面温度作为上边界条件,依据实测情况取结冰点-1．81℃作为下边界条件,对一维热传导方程采用Crank-Nicolson格式进行离散,对南极中山站内拉湾附近海域海冰厚度变化进行了数值模拟,并与现场观测的海冰厚度数据进行了对比。     

冬季引水明渠冰盖生长的数值模拟

冬季寒区引水明渠的结冰问题会影响河道的运行和管理,文章利用热力和水力耦合的数学模型对不同条件下二维渠道内的冰盖生长进行数值模拟,通过改变水流速度、气温、水深以及风速的大小分析形成的冰盖厚度;根据数值模拟结果,得出了寒区引水明渠冰盖厚度的增长规律与冰盖形成后水流速度场和温度场的分布规律,以及不同因素对渠道结冰的影响程度.     

EAST托卡马克拉长位形演化的数值模拟

文章利用TSC对先进实验超导托卡马克(EAST)拉长偏滤器位形的放电进行了数值模拟,放电全过程中等离子体电流、等离子体大半径、小半径、拉长比随时间演化的模拟结果与实验结果及与EFIT反演结果吻合很好,为相关实验和开展更深入的EAST放电模拟研究提供了理论依据。     

煤颗粒热解过程中孔隙分形维数变化的数值模拟

为研究煤粉热解过程中孔隙分形维数的变化规律,更好地预测煤焦的燃烧行为,建立了基于颗粒分形孔隙的热解模型,对煤颗粒热解过程中孔隙分形维数的变化进行数值模拟.模型生成的颗粒在孔隙分形维数、孔隙率和颗粒密度方面与真实的煤粉颗粒相同.模型中采用官能团的裂解来描述热解中的化学反应,颗粒的膨胀由气体压力造成,热解模拟条件与沉降炉的实验条件相同.与实验结果相比,数值模拟能够定性地反映煤粉热解过程分形维数的变化规律.     

Numerical simulation on the evolution of sediment waves caused by turbidity currents

Interest in the forming mechanism of sediment waves increases recently because of its significance on submarine engineering, sedimentary dynamics and hydrocarbon reservoir prediction in deep water. In this paper, the time-averaged continuity equations and Reynolds-averaged Navier-Stokes equations are applied in the numerical simulation of fluid dynamics. The modeling results are used to illuminate the effects of topography on turbidity current and explore the origin of submarine sediment waves. The research results show that (1) deposition occurs firstly at the lower ramp due to the deceleration of fluid, increase of density, loss of flow capacity and longer duration of flow passage; (2) density increase at the upslope due to the local jam results in velocity decrease and pressure increase; (3) sediment waves begin to be formed and migrated toward upstream in an area far away from the source with in- crease of the turbidity events; (4) deposition becomes more slowly with decrease of grain sizes, but the shape and sequences of these deposits are controlled by topography, not grain size.     

煤体采动裂隙场演化与瓦斯渗流耦合数值模拟

对FLAC3D的自带Mohr-Coulomb模型进行了修改,利用VC++6.0编译出Frac.dll。利用现场煤体采动裂隙观测结果作为初始裂隙状态,对采动裂隙扩展、交叉过程进行全程模拟。同时对此过程中的瓦斯流动情况进行研究。通过与现场实测数据对比,模拟结果与实测值不仅在数值上符合较好,而且分布规律和变化趋势也很一致。