分层流体中螺旋桨效应激发内波的实验分析

为获取分层流体中螺旋桨尾迹的水动力学特性,在大型分层流水槽中采用多点组合探头阵列测量技术,对具有连续密度跃层流体中Suboff自航体模型螺旋桨产生的扰动特征进行了定量测量与分析。与拖曳体模型的尾迹特征比较,螺旋桨效应在分层流体中的水动力学尾迹具有特殊结构,其临界Froude数增大为Frs=4.4,波动中存在2种扰动波系,包含低频波动和非对称波形结构。相关结果不仅建立了对分层海洋中复杂螺旋桨效应的初步认识,也为分层海洋中螺旋桨水动力学尾迹建模及其应用提供了进一步的实验依据。     

表面波诱导的近底高浓度泥沙水层内波动场的计算

随着水质恶化,底泥悬浮对水质的重要影响受到极大地关注.计算机的迅速发展为数值模拟底泥运动与再悬浮研究提供了可靠手段.利用连续性方程和N-S方程模拟流体质点运动,采用VOF法追踪自由面和水-泥沙水的相界面运动,建立了空气-水-高浓度泥沙水的数值波浪水槽,实现了波浪作用下的流场动力学响应模拟.利用波谱分析手段,分析了流场中表面波和内波耦合波场的波动特性,提出了小幅值线性波动场的计算方法.     

两层流体中大直径圆柱体的水动作用力

研究了两层流体中大直径垂直圆柱体上的水动力特性．基于分离变量法,建立了绕射势和辐射势的解析解,导出了作用在大直径圆柱体上水动作用力的计算公式．与单层流体不同,对两层流体,作用在大直径圆柱体上的水动作用力,除了表面波模态的波浪力、附加质量和阻尼系数外,还有内波模态的波浪力、附加质量和阻尼系数．对所建立的求解模型进行数值计算分析的结果表明,在某个频率范围内,流体的分层效应对这些水动力量的影响是不可忽视的．     

两层流体中水波与水面漂浮矩形箱的相互作用

研究了两层流体中表面波和内波模态的水波与水面漂浮矩形箱的相互作用问题.基于特征函数匹配理论，提出了在两种模态入射波作用下水面漂浮矩形箱的反射与透射能量，以及作用在其上的波浪力的解析计算方法.研究表明，对两层流体，两种模态水波的能量是可以互相转化的，而且除了表面波模态的波浪力外，还有内波模态的波浪力.基于所建立的求解模型，对矩形箱的反射与透射能量，以及作用在其上的波浪力进行了数值计算分析，表明了在某个频率范围内，流体的分层效应对这些水动力量的影响是不可忽视的.特别是当矩形箱的底部位于两层流体界面上时，两种模态的能量转化量是最大的，而且内波模态波浪力的影响更显著.     

正密度差对水平井偏心环空顶替影响规律研究

在地层压力许可的条件下,固井顶替流体之间的密度差可以提高水平井顶替效率。本文基于计算流体相关理论与方法,建立水平井偏心环空浆体顶替模型,数值模拟正密度差对水平井顶替的影响规律。数值实验结果表明：正密度差顶替条件下,重力作用使宽边高密度流体在顶替界面附近向下方低速的窄边流动,提高了窄边的流量,克服了水平井偏心度的影响,提高了窄边的顶替效率;重力作用超过宽窄边效应的影响,形成分层的顶替界面,顶替界面长度随顶替时间增加而增长,但增长的越来越缓慢,有利于提高水平井的顶替效率;顶替界面长度随密度差增大而增大,适当降低顶替流体与被顶替流体之间的正密度差,有利于减小顶替界面长度提高顶替效率。以上研究结果揭示了正密度差顶替克服水平井偏心度影响提高水平井顶替效率的机理与规律,对提高水平井固井顶替效率具有理论指导意义。     

左手介质中表面波特性

针对电磁波在左手介质中的传播性质,研究了表面波产生的条件,得出了TE、TM偏振表面波波矢方程。利用麦克斯韦方程得出了表面波的色散特性、能流特性。分析表明非互补介质界面不能同时传播TE表面波和TM表面波。在界面两边介质里的能流方向相反。     

初边值条件对二维通道内降膜流动行为影响的数值分析

在压水堆核电站中,非能动安全壳冷却系统是比较重要的事故缓解措施,其中对水膜流动行为的研究至关重要。目前这些研究较少关注液膜波动现象,也很少考虑空气和水膜界面的剪切力。因此,采用Fluent VOF和k-ε模型对二维矩形通道内单侧水膜流动行为进行数值模拟,并考虑空气和水膜两相交界面的剪切力作用,讨论了液膜入口速度分布、液膜入口宽度、空气入口速度、液膜入口雷诺数以及空气流动方向等因素对液膜厚度沿流动方向变化的影响。模拟研究表明:液膜入口宽度,气体流动方向对液膜表面波动有影响,该表面波动现象与气液两相间的速度差有关,速度差越大,波动越大。在某些条件下,当前的数值模型可再现降膜流动的波动现象。     

低雷诺数下沿正弦壁面下落液体薄膜的频谱特性

沿结构壁面下落的非定常液体薄膜的表面波具有复杂的特性. 对不同频率周期性扰动下沿正弦波纹壁面的薄膜流动进行了数值模拟, 并采用流体体积 (volume of fluid, VOF) 法捕捉流体界面, 分析了表面波的空间演化过程. 结果表明, 表面波的演化过程是由扰动频率决定的行波和由壁面结构决定的静态波相互作用的结果. 通过同步压缩小波变换对表面波进行空间频谱分析, 研究了壁面结构对行波波数的影响, 以及行波和静态波之间的动力学行为.     

固液界面接触角的微观理论

应用非均匀流体的平均场局域密度泛函理论,计算了固液界面的接触角,揭示了接触角与分子间作用势的关系.简要地整理了研究流体界面的平均场局域泛函理论.     

电畴结构对表面波的影响

本文通过理论计算分析了180°铁电畴结构对表面波的作用.计算证明,6mm晶体或极化的钛酸钡陶瓷等的180°铁电畴层界面存在铁电畴层表面波.计算并得出了不同条件下所在界面的表面波的色散关系.最后还讨论了这些表面波存在的条件.