高含沙宾汉流体矩形断面明渠阻力试验

1979年以来作者在室内矩形断面粗糙水槽中进行了浑水阻力试验,取得了一定数量的资料。通过试验证明了宾汉体高含沙明渠水流阻力规律与牛顿体的阻力规律是相似的。现将本试验的试验系统、试验方法、成果分析简述如下。     

下荆江急弯段凸冲凹淤演变过程与机理

三峡工程运用后,下荆江急弯河段出现凸冲凹淤的弯道演变现象,威胁防洪与航运安全.下荆江8个弯道为急弯(相对曲率B/R>0.5), 6个急弯段的弯顶上游区域发生了明显的凸冲凹淤过程,且主要表现为凸岸边滩冲刷下切、河岸持续崩退,凹岸深槽回淤并形成长条形心滩,导致断面形态由不对称的三角形变为W形.本文采用水沙及实测流场资料,从水流流速重分布、来沙组成变化及河岸土体组成等3个方面研究了急弯段凸冲凹淤的演变机理.结果表明:(1)急弯段水流流速重分布规律有利于弯顶上游凸冲凹淤现象的形成,在弯顶上游段流速分布主要受曲率变化控制(贡献率占67%),导致主流长期偏靠并冲刷凸岸,凹岸流速较小且易形成水流分离区,利于泥沙落淤;(2)由于上游来沙量减少约82%,细沙比例减小,粗沙比例增加,导致弯顶上游凸岸边滩冲刷后,无法及时回淤,故凸岸边滩总体呈冲刷下切趋势,但粗沙可在流速较小的凹岸侧落淤形成心滩;(3)在凸冲凹淤过程长期作用下,河床横比降减小,曲率变化对流速横向分布的贡献率增大,主流继续向凸岸摆动,进一步促进了凸冲凹淤过程的发展.因此,在水沙条件相对稳定的情况下,下荆江急弯河段凸冲凹淤过程会继续发展,在...     

近壁紊流的绕流结构的实验研究

Prandtl、Nikuradse于30年代提出,按照紊流的层流底层对边壁糙率的不同掩护程度,紊流可分为光滑区、过渡区及粗糙区,这种观点一直为工程界引用至今。 窦国仁最近提出了“河床紊流的随机理论”,并根据这一理论建立了明渠和管道紊流的一般运动微分方程式。在求解该方程式的积分表达式时,他提出了与Prandtl、Nikuradse不     

干旱区夏季晴空期超厚对流边界层发展的能量机制

在全球干旱区,因其特殊的气候环境背景,夏季晴天常常会出现其他地区少见的超厚对流大气边界层(superthick convective boundary layer, SCBL),这种特殊的边界层结构具有重要的天气气候意义,但目前对这种超厚对流边界层发展机制理解十分有限.这既制约了大气数值模式中针对这种超厚对流边界层的参数化改进,也限制了超厚对流边界层与天气气候背景相互作用的科学认识.通过选取我国西北干旱区敦煌荒漠戈壁为代表性研究区,利用以往在该区域开展的陆-气相互作用观测试验资料及长期业务探空观测资料,从大气边界层发展的能量机制出发,对该地区出现的超厚对流边界层的发展过程进行分析.分析表明:从日际尺度看在持续晴空期即使在白天地表感热通量日积分值不变甚至减弱的情况下,大气对流边界层(convective boundary layer, CBL)的日最大厚度仍然表现为逐日持续增高的特点,且地表感热提供的能量无法平衡对流边界层发展所需要吸收的能量.主要原因是深厚的近中性残余层(residual layer, RL)在对流边界层发展过程中发挥了重要作用,通过夹卷过程从残余层进入对流边界层的夹卷能量是对流边界层逐日持续发展的关键能量补充.在夏季连续晴空期,对流边界层与残余层之间会形成逐日循环增长机制,使干旱区夏季发展出超厚对流大气边界层.     

不同极性牛顿流体的微尺度流动

极性是影响流体微尺度流动的重要因素.本文研究了去离子水(强极性,极性10.2)和异丙醇(中等极性,极性4)在0.04~24.8 MPa/m,半径7.5,5,2.5,1?m微管中的流动规律.结果表明,微尺度下流体流动不再遵循泊肃叶定律,流速偏低,且表现出非线性特征.随着压力梯度升高,边界层厚度不断减小,造成有效流动半径不断增大,导致了流动的非线性.当压力梯度升高到一定程度,边界层厚度稳定,非线性流过渡为线性流.流体极性越强,流固相互作用对流动影响越大,消除黏度影响后,去离子水的边界层厚度大于异丙醇,非线性流动的压力梯度上限低于异丙醇.     

CMP中接触与流动关系的分析

分别考虑抛光垫基体和粗糙峰变形建立化学机械抛光(chemical mechanical polishing/planarization, CMP)的一维两层接触模型和抛光液流动模型, 分析了CMP中接触压力和流动的关系, 利用数值方法模拟了抛光垫基体和粗糙峰变形情况, 以及接触压力和流体压力的分布情况. 分析表明在晶片入口区附近形成了发散间隙, 从而抛光液流体出现负压, 在晶片边缘形成了高应力集中导致的过度抛光, 解释了CMP的这两个基本特征.     

乳化空气泡法显示流谱

在低速水流中进行流谱显示能够提供流体力学的流动图案和在透明介质中难以看到的复杂的流动现象。水中试验通常比在空气中更精细,对于应用,特别是基础理论研究,是一种很好的方法。因此水流中的显示方法已成为研究的课题。     

水流泥沙进入浅水层初期的河槽形态演替规律

采用非均匀沙进行水槽概化试验,在恒定的来水来沙、河床比降和出口侵蚀基准面不变的条件下,研究水流泥沙进入浅水层初期的河槽形态演替变化规律.研究表明,河槽形态的演替规律经历3个阶段变化:第一阶段,顺直河槽和分汊河槽交替出现;第二阶段,随支汊河槽分流能力逐渐减小并消亡,分汊河槽逐渐向微弯状河槽演替;第三阶段,微弯河槽不断地在堆积体表面摆动,随其凹岸不断冲刷后退致使曲折系数变大,逐渐向蜿蜒状河槽演替.经分析,第二阶段和第三阶段的河槽形态呈现明显的正弦曲线特征:上段河槽处在正弦曲线进水口处,中、下段河槽的弯道段位于正弦曲线的波峰和波谷位置;随历时增加,正弦拟合曲线的振幅和方向角逐渐变大,河槽的弯曲系数逐渐趋于稳定.最后从泥沙运动和边界条件两个角度对河槽形态演替变化的形成条件进行了分析.     

一种新的高效高精度隐式矢通量差分方法

现代流体机械都向着高效率方向发展,航空发动机、工业燃气轮机、蒸汽轮机等现代原动机还不断提高功率,因而必然会对其通流部分的设计提出更高的要求。而其内部流动结构极为复杂,有二次流、边界层的发展转捩现象、分离、再附以及级间的干涉等等,现代叶栅还有部分工作在亚音、部分工作在超音的跨音流动状态。因此对流场的研究、设计应从两方面着手,一是粘性绕流问题;另一是内部的跨音流动。     

夜间辐射逆温过程中的波动性质

一、引言在夜间,稳定大气边界层是很难维持定常的,其中气象要素经常随时间发生变化.因此研究夜间大气边界层特征,尤其是辐射逆温过程的特征和演变规律,对大气边界层物理的基本理论研究和大气污染物的输送、扩散等实际问题都有重要意义.     

温度对成品油管道顺序输送过程的影响研究进展

温度梯度是传热传质过程的动力来源之一,顺序输送本质上是传热与流动、传质的耦合过程.当前,对混油拖尾现象、与热力耦合的调度方法、管内三维传热传质模拟、考虑油品质量潜力的批次跟踪的相关研究中大多未考虑温度的影响也未阐明温度的作用机制.本文总结了未充分考虑温度影响的管输油品相关研究(混油、调度、热油管道、批次跟踪)的现状和局限性.评述了考虑温度对混油机理影响、温度对管输过程流动传热传质影响的国内外研究成果,并梳理了相关的实验研究.最后指出了水热力耦合的调度、考虑温度影响的反常扩散、可压缩多相紊流的三维数值模拟、复杂管道中的批次跟踪是该领域今后研究的关键问题和发展方向.     

维持黄河健康生命

河流生命的核心是水，命脉是流动。河流生命的形成、发展与演变是一个自然过程，有其自身的发展规律，并对外界行为有着巨大的反作用力和规范性。     

黄河下游主槽断面恢复目标及相应水沙条件研究

根据高效输沙(冲刷)和防洪安全对主槽断面形态的要求、未来洪水的可能造床能力,提出黄河下游主槽的过流能力应不小于4000m3／s．主槽断面的塑造过程是洪水动力克服河床阻力做功的过程,洪水对主槽的塑造作用来自洪水造床动力与河床阻力之对比．对非漫滩的中低含沙洪水,主槽的塑造机理可简化为断面变化量与WαQβ的关系;就塑造一定断面的主槽而言,所需洪水动力W0.32Q0.37是一定的,若流量较大,则需要的洪量可减少;要使某场洪水具有冲刷主槽的作用,其洪水动力特征值W0.32Q0.37应大于41．并非所有漫滩洪水都具有淤滩刷槽作用,对中低含沙洪水,只要当洪水流量达平滩流量的1．5倍以上时,主槽才出现明显冲刷．     

基于NPLS的超声速层流/湍流后台阶流动精细结构研究

在Ma=3.0低噪声、吸气式超声速风洞中,对台阶高度h=5mm的超声速后台阶流场进行了精细结构测量.通过改变台阶上游壁面的表面粗糙度,实现了超声速层流、湍流两种后台阶流动.采用NPLS技术对流场整体结构的时空演化特性以及4个局部典型区域的细节结构等方面进行了实验研究.瞬态流场揭示了扇形膨胀波系、再附激波、超声速边界层及其分离、再附和恢复等结构的空间特征.通过比较时间平均的结果,可知超声速湍流后台阶流动分离后的膨胀角较大、回流区的长度相对更短,而再附后重新发展的边界层厚度以较小的倾角增长,但两种流动的再附激波角度大致相同.在时间演化上,超声速层流后台阶流动主要表现为K-H涡结构的变形受剪切、膨胀、再附以及三维效应等影响;而湍流后台阶流动则主要表现为大尺度结构在再附点前后受膨胀、黏性以及再附后逆压梯度的作用而倾斜和变形.对局部区域的研究表明,在超声速层流后台阶流场中微弱压缩波与当地对流马赫数和K-H涡结构的诱导作用有关,并且在下游汇聚成再附激波的现象明显;而湍流后台阶流场中则未有明显的压缩波和K-H涡结构,其再附激波的形成主要与壁面的压缩效应有关.     

部分压扁槽道热管实验研究

针对11种不同压扁形式的小型轴向槽道热管进行实验研究, 分析了压扁形式、压扁厚度和工作温度对轴向温度分布、热阻、极限传输功率以及蒸发段和冷凝段的相变换热系数的影响. 实验研究表明, 各种形式的槽道热管在正常工况下, 均可以保持良好的等温性. 热管的几何结构对极限传输功率的影响较明显. 对于蒸发段2 mm厚的热管, 冷凝段厚度从2 mm增加到3 mm, 极限传输功率增加81%; 而对于蒸发段厚度为3 mm的热管, 冷凝段厚度从2 mm增加到3 mm, 极限传输功率增加134%. 对于冷凝段4 mm厚的热管, 蒸发段厚度从2 mm增加到3 mm, 极限传输功率增加26%. 蒸发段厚度每增加1 mm, 极限传输功率增加9%~26%, 而冷凝段厚度每增加1 mm, 极限传输功率增加20%~86%. 冷凝段厚度对热管传热性能的影响要比蒸发段厚度大. 本文的研究内容对了解槽道热管传热性能及电子热设计过程将会有所帮助.     

2阶湍流闭合边界层模式及其在暴雨模拟中的应用

基于Mellor/Yamada的湍流2阶闭合方案, 编写了2阶湍流闭合方法的边界层模式(文中称之为MY-4) , 并与中尺度模式MM5耦合, 对1998年6月8~9日发生在华南地区的一次暴雨过程进行了数值模拟研究. 结果表明, 模式成功地模拟出了这次暴雨过程的降水大小和分布, 更加重要的是: (1) 与MM5中原有的边界层方案相比, MY-4模式准确地模拟了主要的天气系统如低涡和低空急流, 从而改善了模拟的降水分布, 并抑制了一个中心超过160 mm的虚假降水区的出现; (2) 通过与香港风廓线仪观测得到的垂直风廓线进行比较可见, MY-4能够再现大气边界层中较短时间尺度内的风速脉动, 这是MM5中的其他边界层模式所不能做到的. 并对MY-4和1.5阶闭合方法的边界层模式的模拟结果进行了详细的比较, 在模式开始积分的1~2 h之内, 不同边界层方案模拟得到的湍流对大气边界层内风场的贡献不同, 在非线性模式系统的作用下, 是影响模式模拟结果的重要原因.     

利用环流槽研究再悬浮条件下凉水河底泥沉积物中重金属的迁移与分布

利用环流槽模拟动态水流环境,研究凉水河底泥沉积物在不同水流条件下的再悬浮过程,考察了水流速率对4种重金属(Ni,Cr,Cu,Pb)在沉积物、悬浮颗粒物以及上覆水中的迁移、传输与释放的影响.结果表明,随着流速从0.15m/s增加到0.35m/s,悬浮颗粒物的浓度从165mg/L上升到4220mg/L,增加约25倍.溶解态重金属的浓度随着流速的增加而增加,说明部分重金属从悬浮颗粒物(SPM)中解析并进入上覆水中.酸可溶性重金属的浓度随着流速的升高而增加,表明部分SPM上的重金属在再悬浮过程中从稳态转化到易解析形态.在整个再悬浮过程中,悬浮颗粒物上重金属的体积浓度增加了2~6倍,但是质量浓度却降低了,并接近底泥中重金属的原始浓度,这是由于"颗粒物浓度效应"所致.重金属分配系数(KD)随流速的增加而降低,这可能是由于对重金属具有更强的富集作用的微细颗粒(粉砂/黏粒)的含量随着流速而降低所致.     

影响我国霾天气的多尺度过程

频发的霾天气是我国现阶段面临的最主要大气环境问题之一.霾期间高浓度大气细颗粒物(PM_(2.5))是多种物理化学过程综合影响的结果,包括排放、气-粒转化、大气边界层、局地环流、天气与气候等过程.上述过程的时空尺度跨越了几个数量级,在空间尺度上涵盖了纳米尺度至上千千米尺度.多尺度过程本身的复杂性以及不同过程之间的相互影响是目前大气环境领域面临的最严峻挑战,直接影响到对于霾天气形成机制的科学认识、预报技术与数值模式研发,以及相应的大气污染治理.文章综述了在影响我国霾天气的多尺度过程及其与气溶胶的相互作用领域取得的研究进展.研究表明:二次气溶胶已经成为我国大气气溶胶的主要部分,在霾过程后期,液相非均相过程对气-粒转化有重要贡献; PM_(2.5)呈现多时间尺度周期性振荡,包括1, 4～7以及40～60 d等,边界层、天气和气候等多尺度过程是造成上述周期性变化的主因;已有证据表明,我国高气溶胶已经影响到该区域大气光化学、大气边界层,甚至天气和气候过程.气溶胶与上述过程的相互作用进一步影响了气溶胶浓度及其空间分布,但是此问题极为复杂,尚存在很大不确定性.为此,今后需重点加强以下研究:加强包含气溶胶理化性质、大气光化学、气象要素在内的多要素协同观测,重点开展对流层内多要素协同垂直探测;增强跨学科领域研究,尤其是大气物理-大气化学-天气/气候等多学科间的交叉性研究;加强气溶胶与大气化学、边界层、天气气候等过程相互作用的数值模拟研究.     

原子力显微镜研究高聚物结晶的最新进展

对高分子结晶过程的研究是高分子物理研究的一个重要方向,球晶是高聚物最典型的结晶形态之一,高聚物球晶的形成过程一般被描述为:（1）具有相似构象的高分子链段聚集在一起形成一个稳定的原始核（primary nuclei）;（2）随着更多的高分子链段排列到核的晶格中,核逐渐发展成一个片晶;（3）片晶不断生长,同时诱导成核（induced nuclei）出现并逐     

矩形微槽道平板热管流动与传热特性可视化

以去离子水为实验工质,通过可视化研究方法,探索矩形微槽道平板热管内的流动传热机理.通过对多种工况下平板热管性能的对比,重点探讨了槽道结构和充液率对平板热管内相变现象与传热特性的影响.研究结果表明,不同槽道尺寸下,平板热管的热阻变化规律存在明显差异.低充液率下,随加热量增大, G-400热管热阻呈现先减小后增大的趋势.而在不同的充液率下, G-800热管热阻随加热量增大逐渐减小.在不同槽道尺寸和充液率下,蒸发端相变行为主要包括液膜蒸发和连续气泡生成两种方式.此外,冷凝传热不仅发生在气液界面处,还发生在槽道肋片顶面处,并形成稳定的周期现象.