横流中圆孔湍射流的旋涡结构

应用PIV流场测试系统,研究不同流速比的横流中圆孔湍射流的旋涡结构。发现主要有4类旋涡,即射流主体周缘剪切层的类开尔文涡列、横流绕流分离旋涡、射流喷口前缘的马蹄涡系和尾迹涡。分析了这些旋涡的形成机理及其拓扑性质,射流近区有两条分离线,一条是横流绕流分离线,另一条是使射流两侧剪切层旋涡进入分离旋涡区的分离线。证实绕流分离旋涡最终在射流的顺流贯穿段进入射流主体,混合形成射流主体内的主反向旋转涡对。     

横流中多孔射流流动特性实验研究

横流中多孔射流的流动特性是揭示其输移扩散机理的基础。利用粒子图像测速技术PIV测量了横向流动条件下单孔、两孔和四孔射流的速度场,对射流主体范围内、射流的迎流面和各个射流之间的流场进行了研究。实验研究表明,多个射流中的第1个射流迎流面卷吸强度明显大于单个射流情况;两个射流之间的区域可分为两个部分,上游部分水体被卷吸进入上一个射流,下游部分水体被卷吸进入下一个射流;后面射流迎流面的横向流速明显低于第1个射流迎流面的横向流速,揭示了导致后面射流弯曲的横向有效流速沿程发展变化过程;揭示了横向有效流速的沿程变化规律。     

横流环境湍射流涡动力学特性数值模拟

采用三维湍流模型及其混合有限分析解法进行横流中湍射流这一复杂三维流动的研究。在利用实验数据对模型及其计算方法验证的基础上,对多种喷口形式和流速比工况下的流速场和涡量场进行了数值计算,模拟得到了其旋涡结构发展演化特性。在射流初始阶段,横流在射流背流面形成绕流分离旋涡,其结构与射流喷口形式和流速比有关。射流主轴沿流向布置的窄缝射流产生的旋涡最为特殊和复杂,在喷口侧面存在4个分离点,从而形成4个旋涡。在射流远区,流动主要由反向旋转涡对所控制,并诱导出二次涡对。分析得出了射流喷口形式及流速比对反向旋转涡对涡核位置和旋转强度的影响。     

同向圆射流混合特性实验研究

利用声学多普勒流速仪(Acoustic Doppler Velocimetry,ADV)自动测速系统和平面激光诱导荧光(Plane Laser Induced Florescence,PLIF)系统对同向圆射流的速度场和浓度场进行了系统的研究,并与前人的工作进行了比较和讨论。时均特性测量结果表明,射流主体段下游各断面的速度和浓度横向分布是自相似的,且近似可用高斯分布来表示;随着射流向下游传播,射流中心流速逐渐衰减,在强射流区和弱射流区遵循不同的规律;紊动特性测量结果表明,下游各断面的紊动强度横向分布是自相似的。     

PIV在横流中的湍射流实验研究中的应用

利用粒子图象测速技术(PIV),对横流中具有复杂结构流动的湍射流进行了详细观测.实验给出了射流沿程发展情况和由断面最大流速连线形成的轨迹线方程,研究中还发现射流尾迹区中的大尺度结构与圆柱绕流有很大区别.     

波浪环境下多孔射流水动力特性试验

为了研究波浪对多孔射流运动和稀释过程的影响,采用粒子图像测速（PIV）及激光诱导荧光（LIF）量测系统对波浪环境下多孔射流的速度场和浓度场进行了测量。结果表明:在波浪环境下多孔射流可分为3个区域,即初始区、过渡区和混合区。在初始区,各孔射流保持各自的射流特征,相互影响较小;在过渡区,各孔射流发生分叉,并在孔与孔之间相互叠加,形成若干个汇流点,平均速度和平均浓度的峰值从射流轴线位置向汇流点处偏移;在混合区,多孔射流相互融合,其平均速度和平均浓度呈现单一的“坦峰”分布,形式上表现为单孔射流的水动力特征。通过对比分析发现,波高和周期的增大以及射流初始速度的减小可使汇流点的位置向下偏移,多孔射流将更快地进入过渡区和混合区。     

横流环境下振荡射流初始稀释规律

横流环境下振荡射流的运动和稀释特性研究对于提高排放工程稀释能力非常重要。利用三维大涡数学模型研究了横流环境下振荡射流的初始稀释规律, 探讨了各参数对射流稀释效果的影响; 通过引入射流特征速度与特征长度并进行量纲分析, 得到了横流环境下振荡射流的断面最小稀释度和可视范围面积经验公式, 并将其与波流环境下非振荡射流的稀释规律进行对比。研究表明: 横流环境下振荡射流下游断面浓度极大值出现在反向对称漩涡(CVP)结构位置或"污染物云团"位置; 振幅-射流速度比越大, 最小稀释度越大, 断面可视范围面积越大; 随着斯特劳哈尔数的减小, 断面可视范围面积增加, 最小稀释度变化不明显; 横流环境下振荡射流和波流环境下非振荡射流的初始稀释经验公式结构一致, 射流振荡性产生的初始稀释促进作用与波浪效果类似。     

静止环境中有阻力圆盘浮力射流特性的研究——(II)流场特性分析

在数值计算成果的基础上,对阻力圆盘浮力射流的流场进行了分析和总结,基于轴线流速的变化规律将盘后流场分为3个区域:回流区、过渡区和自相似区。得到了回流区的长度随弗劳德数F0、孔口直径D/d以及盘离孔口的距离H/d的变化规律,并得到了工况为H/D=1,D/d=2,6和H/D=3,D/d=2在不同弗劳德数F0条件下的横截面上的流速分布和达到自相似区的最小长度;结果表明弗劳德数F0的大小是决定绕流流态的主要因素;同时分析了由正常绕流发展到非正常绕流的压力场变化,发现由于弗劳德数F0的增大而导致流场中出现的第三个负压中心的大小和位置与绕流是否能正常发生存在密切的关系。     

静止环境中有阻力圆盘浮力射流特性的研究——(I)数学模型及计算方法的验证

建立静止环境中有阻力圆盘浮力射流的RNG湍流模型,考虑浮力对射流的影响,采用混合有限分析数值格式来离散求解数学模型,结合有效的试验资料进行模型和计算方法的检验,预报给出了阻力盘对圆形浮力射流轴线浓度的影响范围;提出轴线浓度校正系数的概念,从而清晰直观地证实了阻力盘具有提高射流近区稀释度的作用;确立了H/D为影响轴线浓度的重要参数,且H/D=10为阻力盘是否提高近区稀释度的判别标准;数值模拟发现,当H/D<1时,正常绕流发生的弗劳德数F0的范围会很快缩小,容易出现非正常绕流;并且盘离射流孔口较近时,射流容易被反射,离孔口较远时,绕流容易出现分叉。并就如何控制射流流态和提高稀释度提出了两点建议。     

静止环境中有阻力圆盘浮力射流特性的研究——(Ⅰ)数学模型及计算方法的验证

建立静止环境中有阻力圆盘浮力射流的RNG湍流模型,考虑浮力对射流的影响,采用混合有限分析数值格式来离散求解数学模型,结合有效的试验资料进行模型和计算方法的检验,预报给出了阻力盘对圆形浮力射流轴线浓度的影响范围;提出轴线浓度校正系数的概念,从而清晰直观地证实了阻力盘具有提高射流近区稀释度的作用;确立了H/D为影响轴线浓度的重要参数,且H/D=10为阻力盘是否提高近区稀释度的判别标准;数值模拟发现,当H/D<1时,正常绕流发生的弗劳德数F₀的范围会很快缩小,容易出现非正常绕流;并且盘离射流孔口较近时,射流容易被反射,离孔口较远时,绕流容易出现分叉.并就如何控制射流流态和提高稀释度提出了两点建议.     

Case Comparing Study of Downstream Circulation Development during Typhoon Extratropical Transition

The interaction between extratropical transition process and the mid-latitude jet system stimulates the downstream development. In this paper, three typhoon cases were selected to study their downstream development mechanism through the analysis of the eddy kinetic energy budget and the idealized simulations. The results of Chen’s work to the Pacific region were examined. The results were consistent with the results of Chen’s Atlantic hurricane Case. ET downstream at the upper levels generated first eddies, and the disturbances triggered the low level eddy development. Then the upper and the lower coupled and formed a deep cyclone system throughout the whole troposphere. The ageostrophic geopotential flux promoted the formation and development of the downstream ridge from the typhoon. Vertical ageostrophic geopotential flux transferred energy from upper downward that convergence happened in lower, which stimulated the lower-level cyclone development. Simulation results showed that, in the process of ET, TC outflow transported low potential vorticity to mid-latitude jet, which enhanced the PV gradient and the baroclinic. Then, it is inspired the Rossby wave in the jet and propagated downstream. The formation of downstream ridge-trough couple and development of the further wave was the spread to the downstream through the Rossby wave.     

排放角度对波浪环境中圆管射流运动和稀释特性的影响

采用粒子图像测速和平面激光诱导荧光技术对波浪环境中倾斜射流的运动和稀释特性进行了实验研究,对比分析了排放角度对射流瞬时运动形态、时均速度场和时均浓度场的影响。实验结果表明排放角度的变化对波浪环境中射流的运动形态、速度分布和混合范围等均有显著影响。当射流顺波浪方向运动时,射流主体段速度剖面呈双峰分布,达到初始浓度20%、30%、40%和50%的混合范围随排放角度增加而先增大后减小;当射流逆波浪方向运动时,射流速度剖面双峰分布不明显,相应的混合范围随排放角度增加而减小。在波浪牵引和射流卷吸的共同作用下,逆向射流的稀释效果总体上优于与垂线方向相同夹角的顺向射流。     

有限空间中三维壁面紊动射流流动特性试验研究

为了研究三维壁面紊动射流前方布置的垂直挡板对时均流动特性的影响,采用粒子图像测速技术对不同雷诺数和淹没水深条件下的流速场进行了测量,统计分析了U速度剖面分布、速度半宽值变化和最大速度衰减规律。结果表明:沿射流方向具有3个明显不同的衰减区,依次划分为自由边界下的三维壁面射流区（Ⅰ区）、垂直挡板影响区（Ⅱ区）和近壁区（Ⅲ区）。在重点分析的Ⅱ区内,3个特征物理量的分布规律均与雷诺数无关;在垂直挡板影响下,速度半宽值扩展率明显加快,发展更为充分;在水深H~1.75H范围内,射孔中垂面内速度半宽值扩展率为0.043,同时0.5H的递增对射孔中心水平面内速度半宽值的分布较为敏感,其扩展率由0.205增至0.270;最大速度衰减对水深的改变并不敏感,且在Ⅱ区加速衰减,衰减指数为1.095。通过与半无限空间中三维壁面射流径向型衰减区的流动特征比较,Ⅱ区与之相似,将Ⅱ区视为提前进入径向型衰减区。     

划分地下水源地保护区的数值模拟方法

本文提出了一种划分地下水水源地保护区的方法,首先用地下水模拟系统中的MODFLOW建立研究区的数值模拟模型,获得地下水流场;然后再将水源地划分为3级保护区,用MODPATH确定各保护区的范围;最后根据国家饮用水标准,采用MT3D确定主要污染质在保护区中的可释放阈值,并给出了应用实例。     

内蒙古锡林郭勒盟2012年冬季暴雪过程天气学特征研究

暴雪是冬季雪灾发生的主因,气候变化导致极端天气气候事件频繁发生,准确预报暴雪天气过程对防灾减灾起着重要作用. 以内蒙古锡林郭勒盟地区2012年11月3-5日出现的一次暴雪天气过程为例,对2012年锡林郭勒盟地区冬季出现的暴雪天气过程进行了诊断分析. 结果表明：暴雪天气过程的主要环流背景条件是乌拉尔山长脊和西伯利亚冷涡,而高空蒙古低槽、低空切变线和地面河套气旋是这次暴雪的触发机制. 此次暴雪天气属于强冷空气类蒙古低槽(涡)型,发生在高湿区和水汽通量辐合区内,地面气旋和华北脊对暴雪的产生和落区起到决定性作用. 暴雪天气从降雪前期到结束,整层湿层较深厚,低空急流的建立为暴雪提供了很好的不稳定能量和水汽辐合条件,锡林郭勒盟地区有高空辐散低空辐合强烈的上升运动,为此次暴雪提供了非常有利的动力条件. 乌拉尔山高压脊东移,使强冷空气沿脊前西北气流南下,地面气旋不断发展,而南方暖湿气流强盛,迫使气旋东移;华北脊的阻挡作用使得气旋缓慢移动,影响系统滞留于锡林郭勒盟地区,产生长时间的降雪天气.