对流边界层中高架烟流扩散的大涡模拟研究

论文用大涡模拟技术对对流边界层中高架烟流的扩散进行了模拟,在对流边支中对高斯扩散模式的使用进行了修正,由Willis等（1978）的对流槽扩散实验数据求出虚拟源高,代替高斯烟流扩散公式中的源高,由此求得的横风向积分浓度分布与实验结果和数值模拟结果吻合较好,并用KNRC试验No52的资料作了验证,结果表明：修正后的高斯扩散模式的模拟效能良好。     

超长高海拔公路隧道火灾烟流扩散及温度分布规律

天山胜利隧道全长22 km,是目前世界最长的在建高海拔高速公路隧道。采用FDS(fire dynamics simulator)软件火灾动力学计算模型模拟了不同通风条件下海拔高度2 850 m的天山胜利隧道火灾发展过程,明确了不同通风条件下天山胜利隧道内火灾烟流的扩散规律以及温度的时空分布规律,提出了主隧道烟气的控制标准。结果表明：(1)考虑天山胜利隧道车型比例、多车辆串燃以及高海拔环境等因素,确定天山胜利隧道火灾火源规模折减为22 MW;(2)当隧道不通风时,火源上方拱顶温度由于隧道坡度影响,具有明显先增大后衰减的趋势,相比于无坡度条件下,前者达到最高温度快,且最高温度低;(3)隧道内温度随着通风速度的增加和远离火源而降低,隧道内可视度随着远离火源先增加后减小、随着风速增加而增大;(4)随着风速增加,人眼特征高度处温度高于60℃、可视度低于10 m的范围逐渐减少;(5)主隧道坡度为1.367%对应的火灾控烟临界风速为4 m/s,横通道坡度为-7.5%时无通风条件下进本无烟气进入。     

热分层湍流计算机模拟的数学模型研究

以湍流标准k－ε模型为基础,综合考虑代数应力模型（ASM）及湍流热流输运方程,建立了热分层流动的热浮力湍流修正数学模型。理论及在液纳空腔内的热分层湍流计算机模拟中的应用表明,该模型在一程度上反映了由于流动过程中温度不均而导致的各向异性特征,并为解决热分层流中温度随时间变化的计算机模拟难题提供了一个较为简单、稳定的模型。     

考虑羽流浮力影响的高层建筑周围污染物扩散数值模拟

考虑了由环境空气和气体污染物之间的密度差异所产生的不同羽流浮力效应的影响,采用大涡模拟（LES）方法对一个高层建筑周围的污染物扩散问题进行了数值模拟研究。通过将模拟结果与风洞试验结果对比,验证了LES方法的准确性;同时,讨论了不同羽流浮力对平均浓度分布、浓度输运机制以及浓度脉动的影响。轻质气体所受的正浮力使建筑后方尾流区内竖向对流及湍流通量明显增大,从而增强了污染物的稀释作用;而重质气体在负浮力的影响下则产生相反的效果。除此之外,向上的羽流浮力使浓度脉动进一步增强,而向下的羽流浮力则对其有一定的抑制作用。     

受浮力响影的湍流模型

本文给出将现有湍流模型用于浮力流的若干修正方案;分别运用湍流粘性系数模型和雷诺应力模型及它们的浮力修正型、双流体模型对几种典型的浮力流进行计算机模拟;最后提出选用浮力流湍流模型的建议.     

Reynolds应力模型在热分层流场中的应用及优化

对Reynolds应力模型(RSM)在数值模拟热分层流场方面进行了优化,即在Reynolds应力方程和湍动能耗散方程的基础上加入标量通量方程和温度扰动方程,使原来的7方程成为了11方程。优化后的模型可以通过精确计算湍流通量输运方程来求解加热湍流中重要的热浮力项。采用7方程RSM、11方程RSM,并用k-ε湍流模型作为参考,对平板间非稳定热分层流动和模拟池式快堆堆心上方的腔室内受迫对流和热分层之间的混合流动进行数值模拟和比较分析,并将计算结果与现有实验数据相比较。结论是:优化后的11方程RSM比其他的湍流模型更适合于计算各向异性的热分层流动。     

可变风向的空气污染扩散模拟

经典高斯扩散模式,如高斯点源烟流模式,成立的前提条件是在扩散过程中风向保持不变,然而在实际应用中风向却常常是变化的.本文以高斯点源烟流模式为例介绍了可变风向的空气污染扩散模拟方法.     

高密度弗劳德数热浮力射流特性实验

为研究潜艇热尾流的浮升规律与水面特征,将潜艇冷却水排放形成的热尾流等效简化为水平圆形热浮力射流,在高弗劳德数条件下,采用给定的射流出口速度和不同的射流管径与射流温差组合条件进行系列实验.结果表明:当管径相同时,热浮力射流到达水面时的水平运动距离随密度弗劳德数增加而增大;同时,采用特征参数进行无量纲化处理后,各工况下的浮升轨迹中心线归一于同一曲线;热射流浮升引起的水面温升峰值出现在中心轨迹线与水面的交界位置,射流开始后温升峰值先随时间增大,达到最大值后趋于稳定;通过拟合分析,得到了最小稀释度与密度弗劳德数及射流淹没度的函数关系.     

热等静压扩散连接反应层元素互扩散的动力学模拟计算

通过DICTRA-THERMO-CALC动力学和热力学联合计算软件对DD402单晶和Rene95粉末高温合金进行热等静压扩散连接反应层元素互扩散规律的模拟计算，计算结果表明，此种模拟计算方法可以较好地反应扩散偶中元素的互扩散规律，与实验结果基本吻合，在此基础上，分析了计算了温度和时间对扩散连接过程中Al元素互扩散规律的影响，最终得出此种模拟计算方法可以为热等静压扩散连接工艺的制定和优化提供较好的理论依据。     

多孔介质内部热质传递的等效耦合扩散模型

基于Whitaker的体积平均方程,在不附加任何新的假设的基础上,寻出一组关于液体饱和度、温度和气相压力的新支配方程,应用该方程组对微孔硅酸钙保温制品干燥过程进行了数值分析.在蒸发速率、平均含湿饱和度及温度变化方面,数值解与实验结果十分吻合.文中还提出了表面质流和表面局部蒸发的概念,根据这两者与外部传质的平衡与转换可以解释临界点出现的机理.     

采用低温太阳能集热的旋转热浮力射流风能利用概念

通过与自然界尘卷风诱发条件与气象要素的类比,将低温太阳能能量聚集与旋转热浮力射流相结合,提出一种可控热成旋风风能利用系统的概念,属于涉及大气物理学、流体力学、工程热物理等的交叉学科工程科学问题。分析了可控热成旋风风场的流体力学基础、特点,以及关键科技问题,包括聚热棚的结构与温度场分布、入流预旋导叶结构与涡量生成、上部敞口结构与旋转热浮力射流的卷吸特性、旋转上升气流流场与螺旋风叶的相互作用等,为可控热成旋风风能利用系统的应用与开发提供了研究思路。     

就“浮力”的教学谈学生科学探究能力的培养

新课程理念下科学探究作为物理课程内容标准的重要组成部分,并强调了学生在科学探究活动中体现自主性学习和合作性的学习特点,以下进行“浮力”的探究式案例与分析。以此为例培养学生科学、探究能力。     

湍流相干结构对边界层中标量扩散的影响

在大气边界层风洞和玻璃水槽中进行湍流边界层流动中的标量扩散模拟试验和机理研究．通过流动显示、湍流测量和频谱分析，已表明湍流边界层中的间歇现象在标量扩散过程中起着重要作用．烟雾在大气中的扩散、悬浮污染物质在河流中的扩散都属于湍流边界层中的标量扩散问题．在近源区，标量扩散主要受到各向异性湍流相干结构的影响，结果往往在近源区会出现局部的较高浓度的污染物质．采用流动显示和频谱分析相结合的研究方法，得到了在某些流动条件下的湍流相干结构时间和空间尺度近似值     

基于NSST域非线性扩散滤波修正的人脸偏振热像融合算法

为使边缘特征与纹理细节更加突出,先利用非负矩阵将Stokes参量图像Q、U分别与I融合;然后利用NSST分解为高频与低频;再采用修正的非线性扩散滤波滤除高频子带噪声;最后以区域能量最大和匹配规则进行高低频系数融合,并通过剪切波逆变换获得最终融合图像。实验表明,基于NSST域非线性扩散滤波修正的融合算法可增强人脸轮廓、边缘和纹理信息,平均梯度、信息熵、标准差、空间频率等评价指标显著提升,视觉效果好。     

水雾扩散与大气边界层的数值模拟

利用三维非线性ＰＢＬ方程组,采用工程上实用的湍流［Ｅ－ε］闭合方案,建立了一个高分辨率的ＰＢＬ模式来模拟不同层结下,水雾在流场中的散布,以及对环境湿度的影响．模式中考虑了水雾在流场中的扩散、蒸发,及相变潜热对流场的反馈机制．以某水电站在泄洪过程中水雾扩散为例,模拟了中性、不稳定层结下,对坝内附近环境湿度的影响,结果表明;在中性层结下,在源下风方向１ｋｍ左右的范围内,相对温度改变１％～１．８％．在不稳定层结下,相对湿度在近整个模拟域的范围内有１％～２．６％的改变,改变的范围和程度都比中性层结下大．文中结合该地区复杂的气流场,对结果进行了分析．对水雾扩散过程中潜热反馈对温度场和流场的影响进行了数值试验     

城市大气环境的数值模拟

空气质量是城市可持续发展的保证,是改善人居环境的重要条件之一。大气环境是多尺度的流体运动,本文介绍了城市尺度和居民小区尺度大气环境的现代数值预测方法——大涡数值模拟方法,着重说明该尺度下复杂环境流动的特点和数值模拟需要注意的问题,例如下垫面的处理方法、边界条件的合理提法等;以典型城市和模型小区为例,说明数值预测方法的应用,展示不同下垫面对城市大气环境的影响、风速与小区空气质量的关系等。     

托卡马克装置EAST中快离子反常扩散对热输运的影响

研究了EAST装置中性束注入加热等离子体时的快离子扩散行为,并研究了其对等离子体有效热输运系数的影响。通过利用输运代码(TRANSP)程序以及蒙特卡洛代码(NUBEAM)模块对等离子体放电进行模拟,发现当安全因子的最小值qmin接近于2的时候,快离子的扩散是反常的;当qmin约等于1时,快离子扩散符合新经典理论。此外发现当快离子反常扩散时会导致中性束注入(NBI)的加热效率降低,并且等离子体储能以及总加热功率也会发生明显下降,且快离子扩散和电子温度会对等离子体有效热输运系数产生相反影响。该研究结果有助于理解EAST装置在有NBI情况时的快离子反常输运并为实验提供指导。     

湍流和分子扩散对大气重力波翻转时间影响的模拟研究

重力波翻转意味着对流不稳定并伴随有非线性的波流相互作用,这是重力波改变背景大气结构的重要途径之一.利用自主建立的模拟重力波非线性传播过程的二维数值模式,研究了重力波的翻转时间(重力波发生对流不稳定时的持续时间)对湍流和分子扩散的依赖关系.模拟结果表明,翻转时间随着湍流扩散系数的增加而减小.通过与三维数值模式模拟的重力波翻转时间进行比较,适当调整湍流扩散系数,使得从二维模式得到的翻转时间与从三维模型得到的翻转时间具有可比性,从而得到湍流扩散系数的最优值.分子扩散从低热层开始,以指数形式增大,从而能够有效地耗散掉小尺度波动并使得重力波能够更快地恢复到稳定状态.     

AFG-90基固体浮力材料的固化动力学与性能研究

为了确定N,N-二缩水甘油对氨基苯酚缩水甘油醚环氧树脂（AFG-90）/四氢邻苯二甲酸酐（THPA）的固化工艺,采用非等温DSC法研究了固化反应动力学,制备了添加空心玻璃微珠（HGM）的固体浮力材料.结果表明, m_AFG-90:m_THPA=1:1为最佳配比;Kissinger法计算的表观活化能E为67.72 kJ·mol-1,指前因子lgA为8.20 s-1;最概然机理函数为Avrami-Erofeev方程;固化工艺为100℃,1.0 h,125℃,2.5 h;添加HGM的固体浮力材料的密度为0.90 g·cm-3,压缩强度为113 MPa.