阶梯溢流坝水流数值模拟及特性分析

针对Mixture模型,考察了Realizable k-ε模型,SSTk-ω模型,v2-f模型,LES模型等4种湍流模型对阶梯溢流坝水流数值模拟的适用性.通过对非掺气区域坝面平均流速、旋度大小、边界层厚度的计算,并与实验结果进行分析比较,结果表明：Realizable k-ε模型考虑了流体微团的旋转效应,提高了对较大曲率流动、旋流流动和涡旋运动的计算精度,对阶梯溢流坝有很好的适用性.以Realizable k-ε模型计算结果为基础,进一步分析了边界层内的速度分布、阶梯面压力分布等坝面水流特性.     

倾斜角度和动载对管内流动影响

本文实验研究了动载作用下不同倾斜角度的管内单相流、气液混合两相流以及沸腾汽液两相流的压力变化特性。通过对实验数据的处理与分析,考察了动载和倾斜角度对实验管段进出口压力的影响,获得了试验管内流体的压力变化特性。     

冲泻区水动力特性的数值分析

基于三维非稳态的Navier．Stokes方程，采用有限体积法进行数值离散，在构造高分辨率STACS格式的VOF方法的基础上，建立基于气液两相流的三维自由面流动模型，并基于该模型对三维剪切流场和圆柱水体坍塌进行了三维模拟，检验其数值精度．应用该模型数值研究冲泻区内涌波（bore）在均匀斜坡上的动态传播过程．对上爬水流自由面水位高度与实验数值进行对比，结果显示数值解与实验解吻合较好，模型能很好描述水流的掺气运动．数值分析了涌波崩塌（BoreCollapse）、上冲流（Uprush）和回落流（Backwash）等过程中的自由水面、瞬时流速及床面最大剪切应力的时空分布．结果表明，冲泻区水动力结构时空变化非常复杂，模型能捕捉到高速薄层水流结构，优于前人的数值结果，研究有利于进一步了解冲泻区内的泥沙输运规律及岸滩演变机制．     

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。     

伪均质固液两相流水击压力的计算方程及验证

根据伪均质固液两相流的特征 ,推求了连续方程及运动方程 ,建立了伪均质固液两相流水击模型 ,并根据实验资料对伪均质流水击模型进行了验证 .由于该模型推导中考虑了伪均质固液两相流黏度、阻力及波速的特点 ,与单相流模型相比具有较高的精度     

泄水建筑物过流面掺气设施的空腔长度

泄水建筑物过流面掺气是一种有效的减蚀方法．在掺气设施设计中有许多因素需要考虑，其中之一是空腔长度，它对掺气减蚀效率起着重要作用，而决定空腔长度计算精度的一个主要参数就是水流出射角．本文分析了影响水流出射角的结构参数和水力学参数，通过引进权重系数提出了考虑上述参数影响的4个改进的出射角计算公式；根据6个工程12个掺气设施的68组试验资料，包括模型和原型实测资料，运用误差理论，对4个改进的计算公式进行了比较，推荐了出射角的计算公式；用本文推荐的公式计算的空腔长度，与当前流行的5种公式的计算结果相比，本文推荐的计算公式具有较高的精度．     

基于SPH的大坝泄流过程仿真分析

采用SPH方法,对溢流坝泄流过程进行了数值仿真.通过人工黏度、固壁边界处理、弱可压缩状态方程的使用,模拟了溢流坝泄流坝面水流演进、水舌空中变化、再入水过程,以及下游水垫塘涌浪变化过程.数值模拟结果和物理模型实验结果的对比分析表明,数值模拟得到的水面线、抛射距离、水舌入水深度与物理模型实验结果基本相符,说明基于SPH方法的数值模拟在一定程度上可以替代物理模型实验进行大坝泄流分析和优化设计.     

低质量含气率折流板管壳式换热器壳侧气液两相流动与换热特性的实验研究

采用实验的方法研究低质量含气率(3%~5%)对折流板管壳式换热器壳侧气液两相换热和流动的影响,在相同的管内流体参数下比较了壳侧单相与两相流体流动和换热特性,并结合实验数据分析不同两相流流型下壳侧的流动与换热特性。以迪图斯-贝尔特公式为基础拟合出努谢尔特数Nu和雷诺数Re的关系式,以气液两相均相流模型为基础拟合出摩擦阻力系数fi与Re的关系式,为折流板管壳式换热器气液两相流的应用提供参考依据。     

风雪流灾害数值模拟研究进展

风雪流为空气挟带着雪粒子运行的非典型的气一固两相流。通过国内外学者六十多年的研究,在风雪流的运动特性、垂直分布规律以及输运规律、雪粒子的物理性质等方面取得了一系列研究成果,基础理论研究日趋成熟,提出了湍流扩散理论。在风雪流数值模拟方面,提出了FLOW-3D、CFD（Fluent）、IAP94、SNOWPACK等一些模型和软件。由于数值模拟工作开展较晚,建立的模型和开发的相关软件还不够完善。气一固两相流理论模拟没有考虑雪的物理性质随时问和环境的变化,模型总体比较简单,难以直接用来分析复杂地区风雪流灾害的规律。今后气-固两相流理论和多场耦合理论应该是风雪流研究的重难点,进一步开发适应复杂地区的、精度更高的专业软件,加强灾害评价方法的研究与应用。     

伪均质固液两相流水陆压力的计算方程及验证

根据伪均质固定液两相流的特征，推求了连续方程及运动方程，建立了伪均质固液两相流水陆模型，并根据实验资料对伪均质流水击模型进行了验证，由于该模型推导中考虑了伪均质固液两相流黏度、阻力及波速的特点，与单相流模型相比具有较高的精度。     

镍金属中氢掺杂的电子结构

利用第一性原理数值方法,研究了掺H, H⁺和H^-面心立方Ni的电子结构. 在所用的两个团簇模型中,H作为间隙原子（或离子）分别占据八面体和四面体中心. 计算表明,前者被优先占据. H, H⁺和H-仅与第一近邻Ni原子形成化学键,键间由于电子转移彼此差别较小.团簇掺H⁺时不足的电子和掺H-时多出的电子基本上由较远的Ni原子提供和吸收. 掺杂大大减弱了其第一近邻原子间的相互作用,却只稍稍改变第一近邻、第二近邻间的相互作用. 这是H掺杂局域作用的表现,与氢脆密切相关.     

低浓度固液两相流理论分析与管流数值计算

从固液两相流的动理论出发,建立了模拟水平方管固液两相流动的数学模型,并与LDV测量结果进行了比较. 模型能够正确地预测实验中观察到的两种浓度分布类型,并给出了颗粒相脉动能沿垂向不同类型的分布. 在管流主流区,计算预测的颗粒平均速度小于液相速度,在边壁附近大于液相速度. 同时,对颗粒浓度、平均速度等流动属性的垂向分布机理进行了分析,从动理论的观点揭示了浓度不同分布类型的形成机理不仅与颗粒在流场中的升力有关,还与颗粒脉动能的分布有关.     

弯曲河床中底沙运动和河床变形的三维k-ε-kp两相湍流模型

建立了曲线坐标系下的三维k-ε-k_p固液两相双流体湍流模型, 模拟了弯曲河道内的底沙运动和河床变形. 计算了实验室120°弯道内水沙两相流的时均流速、泥沙运动以及床面变形, 数值结果较好地再现了实验规律. 同时, 比较了单流体模型和k-ε-k_p模型的数值结果. k-ε-k_p模型能够求解悬沙的三维速度场, 并采用零梯度边界条件获得底沙的运动信息. 计算结果表明在弯道内泥沙运动轨迹的变化比水流运动轨迹的变化平缓, 泥沙轨迹从弯道入口开始逐步偏离水体轨迹, 其偏离程度随泥沙粒径增大而增大. 通过采用底沙的运动强度和方向来求解推移质运动方程以及床面变形, k-ε-k_p模型能够比单流体模型更好地模拟弯道内的床面演变.     

基于分布源边界点法的多源声场全息重建和预测理论研究

建立了应用分布源边界点法进行多源声场全息重建和预测理论, 提出了3种多源声场全息重建和预测的求解方法: 单面测量组合法、多面测量组合法和多面测量消元法, 解决了在多个相干声源同时存在时的声源表面信息重建和声场中各声学量的预测问题.     

常重力和低重力条件下气液两相流实验研究

实验研究了常重力和低重力条件下水平方管内水气两相流型特征及其相互转换条件, 实验中均观察到了泡状流、弹状流、弹-环状过度流及环状流等流型. 发展了半理论Weber数模型以计入截面形状对弹状流-环状流转换的影响, 较好预测了实验观测结果. 此外, 滑移流率模型可成功预测大Froude数水平两相泡状流-弹状流间的转换边界.     

双折射消偏振薄膜设计

给出了倾斜入射条件下光轴垂直于入射面的单轴双折射薄膜内非寻常光及寻常光传播的2×2特征矩阵, 而且计算了双折射薄膜对两种偏振态光波的透射反射特性, 为倾斜入射条件下单波长及宽带范围内的消偏振薄膜设计提供了新的方法. 另外, 利用多层双折射薄膜实现了倾斜入射条件下单波长消偏振分束薄膜、消偏振截止滤光片及可见光范围内宽带消偏振减反薄膜等设计.     

高坝工程总溶解气体过饱和预测研究

随着越来越多的高坝工程建设, 伴随高坝泄水而存在的总溶解气体过饱和问题及其对鱼类的影响成为在我国日渐突出并日益受到关注的环境生态风险之一. 本文在理论分析基础上, 将高坝下游总溶解气体的生成过程概化为气体过溶及瞬间释放两个过程, 建立了高坝挑流消能下游总溶解气体过饱和风险预测模型. 采用紫坪铺、二滩、漫湾等已建高坝原型观测资料对模型进行了验证, 并对西南某待建高坝工程总溶解气体过饱和风险进行了预测. 本文作为高坝挑流消能过饱和总溶解气体预测方面的开拓性研究工作, 对于定量预测评价高坝工程总溶解气体过饱和问题, 建设生态环境友好型高坝水利工程具有重要意义.     

在r面蓝宝石上生长的a面掺硅GaN的光学和电学性质研究

在r面蓝宝石（Al2O3）衬底上生长了非极性掺硅的a面GaN薄膜,用光致发光（PL）谱,高分辨X射线衍射仪（HRXRD）,原子力显微镜（AFM）,和霍尔测量研究了材料的光学和电学性质.结果表明,Si的掺入会使材料的结晶质量和形貌出现微小的退化.黄带也随着SiH4流量的增加而提高.但是随着硅的掺入,材料迁移率极大提高,这种现象主要是由于镓空位（VGa）被填补引起的.     

超低弗劳德数闸下消能试验

低弗劳德数、低水头、低尾水的闸下消能消力池内不能产生稳定充分水跃，池内壅起的水流出池后会产生二次跌落，对下游河床冲刷严重。针对芦潮港水闸工程，通过物理模型试验提出了一种新型辅助消能工，即在池后海漫设置梅花形布置墩群，可使下泄水流达到充分消能、均匀扩散的效果，并分析了墩群的消能机理。实践表明，这种新型的消能布置方案可以有效地解决超低弗劳德数底流水跃消能不充分的问题，可供类似工程参考。     

TIMED卫星测量得到的OH和O_2（1.27μm）夜气辉全球分布特征

为了研究OH和O2夜间气辉辐射随时间变化的全球分布特征,我们利用TIMED卫星在2002~2009年间的OH和O2气辉辐射率数据对两种夜气辉的高度变化、地方时变化和季节变化等特征进行了统计分析.结果表明,OH夜气辉比白天气辉强,O2夜气辉比白天气辉弱.赤道附近的OH夜气辉辐射强度在午夜附近达到最强,中高纬度地区的OH夜气辉辐射强度在日落之后和日出之前较强.在分点时,赤道附近的O2夜气辉辐射强度随着地方时减弱,在至点时它的地方时-纬度分布有一个低值区.对于夜气辉辐射率的高度-纬度分布,OH的分布在分点时有一个峰,位于赤道上空85 km附近,并且3月分点的峰比9月分点的强;O2的分布在分点时有三个峰,分别位于秋分半球30°附近、赤道附近和春分半球30°附近,位于赤道附近的峰高最低;两种夜气辉在至点的分布均有三个峰.两种夜气辉的辐射强度在赤道附近有明显的年变化特征和半年变化特征,半年变化的峰值和谷值分别出现在分点和至点,并且3月分点的峰值比9月分点的大,两种气辉的分布均存在南北半球不对称特征.