立柱旋涡三维数值模拟

立轴旋涡的边界条件复杂，存在很难求解的曲线自由水面，三维数值模拟相当困难，目前还未见报道，采用VOF方法处理水气二相流自由表面，通过三维数值模拟描述立轴旋涡的形成过程，用拉格朗日法求解液体颗粒的运动轨道，并给出了压力和流速特性，有利于对立轴旋涡的生成机理和消涡措施作进一步分析。     

进水口前立轴旋涡的试验研究

通过分析旋涡形成的影响因素,建立了立轴旋涡的形成和类型,与佛汝德数、环量数和淹没水深三个参数的关系式. 自制了能改变进水口尺寸、型式、边界条件和水流条件等影响立轴旋涡的实验装置. 分析测得的试验结果,对底部和侧部两种进水口提供不同的系数,有利于针对实际工程中进水口的具体形式,作为估算临界淹没水深的参考.     

二维浅水流动的涡运动学特性及动力学特征

建立了二维浅水流动的旋涡诱导速度公式，在已知旋涡场和胀量场时，由该表达式可确定流动速度场，对比分析了二维浅水流动中的涡运动与可压缩流动中涡运动的异同点。     

基于旋涡强度方法的冲击射流涡结构研究

该文采用旋涡强度方法对冲击射流涡结构进行了深入研究。首先将粒子成像测速技术(P IV)测量得到的原始流场图片进行相应处理得到原始速度场,再利用b ior5.5双正交小波分析得到消除高频噪声的流场结构;然后对此进行涡量和旋涡强度计算,得到相应的涡量场和旋涡强度场。与涡量方法相比,因旋涡强度方法排除了剪切作用的影响,故可以更有效地分析流场中的涡结构。进而得到了冲击射流中的旋涡强度随压比、冲击距离、喷嘴唇厚等参数的变化规律。     

既有拱桥光彩亮化改造后吊索的涡振性能

为确定既有拱桥亮化改造后柔性吊索的涡激共振性能，结合数值模拟和风洞试验 开展了研究 . 针对既有吊索和新增吊索的亮化方案，对典型断面在不同来流风向下的绕流特 性进行了模拟，并讨论了气动力系数和旋涡脱落行为随风向角的演变规律. 然后，通过节段模 型风洞试验测试了吊索在不同风向角来流作用下的涡振响应，并结合数值模拟的结果对试验 现象进行了分析. 结果表明：在既有吊索上安装亮化灯具显著改变了其涡振性能. 当来流风垂 直于桥轴线时，沿索轴方向两种典型截面的旋涡脱落频率、强度有较大差异，减小了吊索整体 发生涡激共振的可能；当来流风向角在 30°附近时，两种典型截面的旋涡脱落特性趋于一致， 增大了吊索整体发生涡激共振的可能 . 新增吊索更为轻柔，外包矩形灯罩后发生涡激共振的 可能性很大，需要考虑必要的抑振措施.     

长江口深水航道治理与河床演变关系初探

简要分析了北槽具有优良河势的各种因素,并根据长江口深水航道治理工程一、二、三期及远景规划实施后北槽分流比的数模计算结果,初步研究了深水航道治理与河床演变之间的关系。物理模拟试验结果显示,在分流河口由于边界层脱离而产生一个立轴旋涡－兰金涡（Rankine Vortex),因而引发横向流,藉此可以解释底沙偏向南槽的输移问题。     

湾流及其邻近海域中尺度涡统计特征分析

为了得到中尺度涡的特征,综合利用1993-2012年共20a的卫星高度计资料及Argo浮标资料等,对湾流及其邻近海域的中尺度涡特征进行统计,并采用合成方法对涡的三维结构特征进行分析。结果表明:该海域气旋涡(CE)和反气旋涡(AE)的平均生命史及平均半径十分相近;湾流主体段与延续段的涡动能(EKE)、涡能量密度(EI)和涡度明显大于其他区域,气旋涡平均强度大于反气旋涡;对于生命周期内的长周期涡,半径和EKE的变化幅度较大,EI和涡度的变化较小;涡以西向移动为主,平均移速3.2cm/s;长周期气旋涡和反气旋涡均具有向赤道移动的特征;在垂直剖面上,气旋涡(反气旋涡)存在2个温度负(正)异常结构和上下2个盐度负(正)异常结构,涡对海水温盐的垂向影响可达1km以上。     

喷管旋涡相互作用的数值研究

本文针对喷管与旋涡相互作用问题,建立了由Taylor涡和Ludwieg管构成的数值模型,采用VAS2D方法模拟了旋涡通过喷管的完整过程,着重考察了不同的旋涡强度下,喷管内流动参数(喷管轴线压力、波系结构等)和旋涡特征参数(旋涡形状、涡心轨迹、涡心迁移速度、旋涡面积等)随时间的演变规律.设计了跟随旋涡移动的网格加密方法,可精细地捕捉旋涡演化的细节.研究结果表明在喷管前部旋涡产生明显的压力扰动;在喉道前后的膨胀区旋涡向外扩散,面积增大但总环量基本维持不变,压力扰动逐步降低.当旋涡较强时,旋涡内部上下位置产生激波,并于涡核处中断.逆时针旋涡接近喉道后,涡心轨迹开始向上壁面偏转,迁移速度受到抑制;旋涡越强,轨迹上抬程度越明显,迁移速度越小.     

高负荷扩压叶栅二维非定常数值模拟

为探究高负荷扩压叶栅在大正冲角下的非定常流动机理,应用数值方法与拓扑分析理论考察了大正冲角下叶栅内分离旋涡的发展过程,并分析了旋涡运动对流场参数的影响.结果表明,+15°冲角下叶栅内主要存在吸力面分离涡和尾缘涡,吸力面分离涡的脱落频率为104.7 Hz,尾缘涡和吸力面分离涡交替脱落形成两倍频211.5 Hz;分离涡在发展过程中会抑制和归并弱小旋涡,同时还会使叶片的局部气动负荷明显上升.     

基于大涡模拟的平屋盖锥形涡数值分析研究

采用大涡模拟(LES)对平屋盖建筑受45°风向角作用下的表面风荷载问题进行了非稳态数值模拟分析.通过与风洞试验结果的对比得出,大涡模拟能较好地捕捉到建筑物顶面出现的锥形涡及其特性.在此基础上,研究了锥形涡作用下建筑物顶面平均风压与脉动风压的分布,以及加设分隔挡板和不同高度的女儿墙对屋面风压分布和旋涡强度的影响.研究结果表明,基于Q准则的旋涡判别法可以较好地识别斜风向下屋面形成的锥形旋涡;在背风区锥形涡与侧面脱体涡相互作用并脱落,其影响将反馈至屋面旋涡上导致屋盖两个锥形涡强度以屋面对角线为轴交替波动,此消彼长;屋面女儿墙的存在使得两个锥形涡之间的间隙变窄,旋涡足迹变阔,且屋面峰值吸力随女儿墙高度的增加而迅速减小.     

水电站进水口漩涡缩尺效应

前人对进水口漩涡进行了大量的试验研究,但关于进水口漩涡试验的缩尺效应尚无统一的观点．笔者针对侧式进水口漩涡进行了一系列模型试验研究．结果表明,按弗劳德准则设计的模型,当模型进水口处的雷诺数RP≥3．4×10^4时,表面张力对漩涡无明显影响,可不考虑缩尺效应．当雷诺数不能满足该要求时,可以采取增大流量的办法消除缩尺效应,而增大的流量的倍数与模型进水口的淹没水深和模型比尺有关．     

超大跨度悬索桥涡激振动响应与振动控制

超大跨度钢箱梁悬索桥的结构阻尼和刚度较小,其竖向模态频率低且密集,随风速变化加劲梁可能先后发生多次涡激振动。首先针对某超大跨度悬索桥,进行有限元建模和动力分析。为研究悬索桥多模态涡激振动响应机理和有效抑振措施,^{在忽略气动刚度和气动阻尼影响时,}通过简化Scanlan^{经验非线性涡激力数学模型得到简谐涡激力数学模型。然后以各竖向模态涡振最大位移响应为优化目标,基于液体黏滞阻尼器参数敏感性分析和}TMD参数优化设计方法,分别确定阻尼器参数和TMD参数。最后探讨了黏滞阻尼器耗能系统控制悬索桥多阶竖向模态涡振的可行性,详细分析了TMD系统控制涡激振动的效果。结果表明：在塔梁间设置黏滞阻尼器对各竖向模态主要起振区域的涡振位移控制效果不理想;TMD系统能有效抑制常遇风速范围内加劲梁的多阶竖向模态涡振响应,将最大振幅严格控制在容许值以内,提高了加劲梁抵抗涡振变形的能力。     

基于激光雷达回波的动态尾涡特征参数计算

为了实现对飞机尾涡的有效检测,提高机场跑道利用率,减少飞机延误,本文以尾涡物理模型为基础,分析尾涡的环量和径向速度分布规律,并结合尾涡的下沉及消散模型,提出一种基于激光雷达回波的动态尾涡特征参数计算方法,即利用激光雷达回波数据提取尾涡流场的速度包络,解算出尾涡径向速度分布,并根据其反演出涡核位置及尾涡环量。采用仿真的动态尾涡流场激光雷达探测回波数据进行算例分析,验证了该方法的有效性。     

涡流式水力降低井底压差机制及现状

 石油与天然气钻探实践表明,降低井底压差,减小岩屑的压持效应,并尽量实现井底的欠平衡条件,可以显著提高钻井的机械钻速。本文在介绍涡流式水力降压技术的原理的基础上,综述了环空涡流泵、涡流式水力降压短节和涡流钻头等涡流式水力降压工具的结构特点、降压效果和研发应用情况,采用计算流体力学软件对涡流PDC(聚晶金刚石复合片)钻头的井底流场进行了数值模拟研究。结果发现,涡流钻头与井壁间的密封是降压的关键,推荐上返喷嘴的倾角为150°—180°,推荐上返流量为32%以上,为涡流钻头的研发提供理论指导。     

管内气液两相流涡街稳定性分析

为了研究管内气液两相流涡街的内在特征,提出1个量纲为1的变量即稳定性指数,根据稳定性指数偏离稳定状态的程度,定量判断管内气液两相流涡街的稳定性。以空气和水为介质,以三角柱为旋涡发生体,在内径为50mm的水平管和垂直上升管中分别进行实验,分析雷诺数和体积含气率对气液两相流涡街稳定性的影响。研究结果表明：体积含气率对管内气液两相流涡街的稳定性起主要作用;在水平管中,当体积含气率小于15％时,涡街比较稳定,稳定性指数的取值为1．00±0．16;当体积含气率大于15％时,稳定的涡街难以维持,部分涡街的稳定性指数为2．0-3．0：在垂直上升管中,稳定的涡街体积含气率可以达22％,在此范围内,稳定性指数的取值为1．00-0．12;当体积含气率大于22％时,涡街变得不稳定,此时,部分涡街的稳定性指数为0．50～0．75。     

侧风滑跑条件下的地面涡气动特性研究

以缩比的近地面短舱进气道为研究对象,通过数值计算的方法得出侧风来流条件下地面涡的流场特征和气动特性,着重研究飞机滑跑对地面涡的影响。研究表明：在无相对滑跑时,速度比和离地间隙是影响地面涡特性的重要因素。来流速度越大,离地高度越高,地面涡的强度就越高;进气畸变主要受来流速度影响,流速越高,畸变程度越严重。有相对滑跑时,重点考虑来流速度和滑跑速度对地面涡的影响。来流速度对进气畸变影响很大,畸变指数随着风速升高而增大;滑跑速度是地面涡强度的主要影响因素,滑跑速度越高,地面涡强度越弱。     

进水口最小淹没水深和消涡措施

为了防止进水口前产生吸气漩涡,水电站或泵站进水口前要求有一定的淹没深度,在总结具有代表性的不产生吸气漩涡的临界淹没水深经验公式的基础上,以某水电站进水口为依托开展了模型试验研究,比较了各经验公式在该电站进水口应用中的适用性。结果表明,戈登公式计算值与试验值最为接近。最后,通过模型试验进一步分析了水电站进水口漩涡的影响因素,提出了几种消除吸气漩涡的工程措施。     

受漩涡作用的水下块石的起动流速

研究绕丁坝水流对坝前河床的冲刷有重要的工程现实意义。在总结以往对冲刷机理研究的基础上,提出漩涡吸附力是引起块石起动的重要因素。通过对流场中竖轴漩涡的分析,简化求解了漩涡对块石的吸附作用力。对块石重新进行受力分析,导出了漩涡作用下新的泥沙起动流速公式。得到的起动流速比经典公式得到的值要小,证明漩涡作用使得块石更容易起动,因而在分析块石受力时不可忽略。结论对探究丁坝坝头冲刷及其他类似的坝头、堤头冲刷稳定计算都有参考价值和启发性。     

融合式翼梢小翼对飞机尾涡演化的影响

随着空中交通流量的增长,尾流间隔精细化、动态化缩减成为了民航发展的一种趋势,研究尾流演化过程也成为了民航领域关注的前沿科学问题。基于此,本文采用雷诺平均 N-S方程方法研究了B737-800飞机有无融合式翼梢小翼对飞机尾涡的演化过程影响。利用NASA动态尾流系统中APA尾涡消散模型计算了不同气象环境参数下有无小翼的尾涡环量变化。结果表明：融合式翼梢小翼可以分割翼尖涡,有效改变翼尖气流的流动特性,增大速度梯度,减小尾涡速度、尾涡能量集中程度和尾涡强度;不同大气湍流耗散率和大气层结稳定度下,小翼对尾涡强度的减小量不同。