静止均匀环境中气泡射流特性的研究--形成区及形成后区特性的数值研究(Ⅱ)

采用气-液两相流两方程湍流模型,结合混合有限分析法,对静止环境中气泡射流进行数值模拟和分析.相对各种积分模型,这种模拟气泡射流的微分方程方法具有较强的预报性和普遍的适应性.数值计算结果与试验资料的较好吻合,从而验证了湍流模型和计算方法的有效性和正确性.     

静止均匀环境中气泡射流特性的研究——数学模型及试验资料的分析(Ⅰ)

已往对气泡射流的理论研究,主要集中在半经验和积分模型方面,对流动结构揭示很少。给出了气-液两相流两方程湍流模型。为了加深对气泡射流规律的理解和为数值计算建立对比基础,提出了一组参考量,对Sun和Faeth的试验资料进行了整理。     

静止均匀环境中气泡射流特性的研究--数学模型及试验资料的分析(Ⅰ)

已往对气泡射流的理论研究,主要集中在半经验和积分模型方面,对流动结构揭示很少.给出了气-液两相流两方程湍流模型.为了加深对气泡射流规律的理解和为数值计算建立对比基础,提出了一组参考量,对Sun和Faeth的试验资料进行了整理.     

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。     

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。     

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.     

动水中含污染物冲击射流横向高浓度聚集区的形成机理和特性分析

采用RNG湍流模型对动水中含污染物冲击射流滞止点下游区域的横向浓度分布特征进行了详细的数值研究,并与相应的实验结果进行了比较。分析了下游过渡区内横向高浓度聚集区的形成机理和扩散特性。计算结果表明,冲击效应和横流绕流对冲击射流下游过渡区内的横向浓度分布具有重要的影响。当流速比相对较小时,在靠近对称面以及底层壁射流与环境横流的横向边界附近出现较为明显的横向高浓度聚集区,计算结果表明,冲击效应产生的横向逆压梯度以及横流绕流导致的Scarf涡结构对横向高浓度聚集区的形成起主导作用。     

静止环境中平面负浮力排放近区特性的数值研究

运用k-ε湍流模型,建立静止环境中平面负浮力倾斜射流的二维数学模型,采用D.M.Shahrabani和J.D.Ditmars的试验资料进行检验,并且对这类流动进行了数值预报。在此基础上,提出了将射流影响区域划分成为三个区的概念,即:射流区、回流区和水平扩展区,也给出了射流区和水平扩展区及射流区内部分区的界限。给出了收缩断面的位置及该断面物理量的分布,为远区特性计算给出了定解条件。     

采用RNG紊流模型计算静止环境中圆形负浮力射流

基于RNG方法的κ-ε湍流模型,运用混合有限分析算法对静止环境中圆形负浮力射流进行数值模拟。从射流的最大入侵高度、流速矢量图、温度等值线、湍动能等值线、横断面上的流速和温度分布以及轴线上温度变化等方面与有效的试验资料进行了较为全面的对比验证。两者的良好吻合表明,基于RNG方法的紊流模型和混合有限分析法的结合能较好地模拟变密度流动。     

流动环境中铅垂圆形负浮力排放的三维数值模拟

建立流动环境中圆形负浮力射流的三维k-ε湍流模型,考虑浮力对射流的影响,结合试验资料进行数值计算,给出了不同射流比下的流线图和断面密度等值线图。发现了大射流比下喷口附近存在一个相对的低密度区以及射流撞击底部后向侧壁分流、密度分布呈现中间低两侧高的现象。     

三维N-S方程混合有限分析多重网格方法

提出了一种求解三维定常不可压N-S方程的混合有限分析多重网格方法(HFA-FMG).以三维方腔流动作为算例,计算表明提出的数值格式能极大地节省计算工作量且稳定有效.三维方腔流动的模拟成果较好地表现方腔内复杂的流动特征并和其他成果吻合.     

双时间尺度紊流模型的非线性修正与验证

采用非线性雷诺应力模式对双时间尺度紊流模型进行了修正,并将修正后的模型应用于具有回流的突扩流的紊流模拟中,其计算结果比采用双时间尺度紊流模型有进一步的改进。     

湍流模型在环境水力学研究中的应用

对湍流模型应用于模拟预报工程附近的流场特征与物质掺混输运扩散规律的研究进行了综述,分析了国内外各种湍流模型的研究现状及发展趋势;同时就湍流模型求解环境水力学问题提出了笔者的观点,并对零方程模型、单方程模型、双方程k-ε模型及修正的各向异性κ-ε模型、雷诺应力模型、代数应力模型、低雷诺数流动模型、双流体模型及湍流高级模拟等模型的各自特点进行了讨论。     

斜坡上异重流的三维数值模拟

针对异重流的流动特征,建立了适用于具有各向异性浮力紊动特征的三维异重流运动的数学模型,并模拟了异重流在15°斜坡底面上的潜行过程。计算结果准确地模拟了异重流的运动特征和形态,其前锋的潜行速度与实验结果相当吻合。该模型采用非结构同位网格上的SIMPLEC算法能适应复杂边界和地形,可应用于自然界实际环境中异重流的演进计算。     

弯型截止阀流场的PIV显示和数值模拟

为了解弯型进口截止阀的流场特性,用粒子成像流速仪(PIV)对弯型截止阀对称面模型进行了流场显示;此外,采用了RNGk ε紊流模型和贴体坐标对弯型进口和斜进口截止阀对称面流场进行了模拟。通过用粒子成像流速仪流场显示技术和数值计算,揭示了弯型进口和斜进口截止阀流场特性,数值计算的流态与实验结果也较为吻合。计算结果显示斜进口截止阀流态好于弯型进口截止阀的流态。     

曲线坐标系二维带自由表面强紊动水流数值模拟

将追踪自由表面的流体体积(VOF)法应用于曲线坐标系下水流控制方程的求解中,计入流线弯曲对水流紊动特性的影响,建立了垂向二维强紊动水流的曲率修正的紊流模型,并对溢流坝反弧段的紊流特性进行了数值模拟。数值计算时,采用有限体积法离散水流的控制方程;物理变量,如:压力P、紊动参量κ、ε、γt等,采用交错方式排列(交错网格布置),用SIMPLEC算法求解离散方程。计算结果表明,得到的溢流坝反弧段的自由表面位置、速度场、压力场、剪应力分布和紊动能分布与实验结果吻合良好。     

四种湍流模型对空化流动模拟的比较

采用四种湍流模型对NACA66水翼空化流动进行模拟,分析了不同湍流模型和壁面函数对空化流动模拟结果的影响.分析结果表明:ASM模型和RNG k-ε模型对空化数不敏感,且计算精度较高;Realizable k-ε模型对空化数的变化很敏感,对不同的空化数计算精度相差很大;标准k-ε模型对空化数不敏感,但精度不高.增强壁面函数法对空化数不敏感,计算精度较高;标准壁面函数法和非平衡壁面函数法对空化数有一定的敏感性,但计算结果差异不大.     

Wave-turbulence instability in nonequilibrium hydrodynamics systems

The problem of interaction between a large-scale wave and the small-scale wave-induced turbulence in non-equilibrium systems of hydrodynamic type is considered. The results of numerical analysis of the model of the turbulence-wave interaction in the hydrodynamic medium (an interior gravity wave + turbulence in a stratified fluid with a shear flow) and in plasma (an ion-sound wave + the Lengmuir turbulence) are presented. It is shown that significant mutual amplification of the wave and turbulence is possible at some values of the parameters.