基于RNG湍流模型的双向泵站出水流道流动计算

低扬程双向流道泵站是我国独创的泵站型式,为深入了解其流道内流场特性,首次运用基于壁面律的RNG κ-ε的湍流模型对流道进行数值模拟。计算采用交错网格的有限体积法求解三维不可压Navier Stokes方程。提出优化出水流道的目标函数,并依据数值模拟结果,预测出水流道水力损失。根据经验公式计算的水力损失和预测的出水流道水力损失两者较为接近,表明通过采用基于壁面律的RNG湍流模型能较好地预测出水流道的水力性能。考虑壁面律的RNG湍流模型在泵站流道内特性数值模拟和外特性预测研究方面有较好的推广价值。     

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.     

平板间湍流流动影响因素的研究

流动状态变化直接影响着设备的功耗和性能,为了研究湍流流动状态的产生和变化情况,以优化设备性能。采用蒙特卡洛直接模拟方法计算了Knudsen数以及平板间距离变化时,平板间流体湍流流动变化。采用变径软球模型计算模拟分子之间的双体碰撞,计算分子与壁面之间的相互作用时,引入比例系数对镜面反射、漫反射后速度进行比例合成,计算反射后速度。计算了Knudsen数、平板间距离不同情况下平板间流体雷诺应力、湍流度等的变化情况,分析了平板间流体湍流脉动的变化。     

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。     

用Gao-Yong湍流方程组数值模拟高雷诺数顶盖驱动方腔流

基于有限元方法中的虚位移原理,写出了不可压流Gao-Yong湍流方程组弱形式的微分方程表达式,利用有限元程序自动生成系统(FEPG)得到了全部有限元计算程序。对二维顶盖驱动方腔流进行了数值模拟,得到了方腔内的涡量分布和中心线上的速度变化曲线,并且成功地模拟出了高雷诺数时方腔内的双涡结构,计算结果与文献提供基准解符合良好。进一步证实了Gao-Yong湍流方程组能够准确模拟复杂湍流粘性场,并且为Gao-Yong湍流方程组的工程应用奠定了基础。     

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.     

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。     

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。     

弯曲槽道边壁振动情况下湍流特性的大涡模拟

为了更好地理解透平机械流道内能量耗散的机理和湍流结构变化,利用大涡数值模拟方法,数值试验了时、空做正弦振动的壁面所围成的弯曲槽道内的湍流流动。研究了6种不同的振动参数下,槽道内压力分布、近壁涡量以及其它相关湍流统计量的分布特性。计算结果表明,受展向壁面振动的影响,近壁区速度梯度增加,粘性底层变薄,湍流强度增加,能量耗散加大。该研究还发现壁面展向振动而引起的能量耗散主要依赖于近壁区粘性底层的展向涡量大小。     

基于非结构混合网格求解二维浅水方程的一种数值方法

复杂边界下的流场数值模拟常基于非结构化网格进行求解,建立一种在非结构混合网格上求解水深平均的二维浅水方程的模型,以便精确模拟复杂边界、提高计算效率。该模型时间项离散采用隐格式使得模型具有较好的稳定性,对流项和扩散项分别采用总变差减小(Total Variation Diminishing,TVD)格式和构造辅助点的方法来离散,同时采用水深平均的标准k-ε模型来封闭湍流模型。选用两个经典验证算例检验模型,计算结果表明,基于非结构混合网格开发的模型具有较高的精度,且收敛性能较好。     

格子玻尔兹曼方法及其在大气湍流研究中的应用

文章的目的是对格子玻尔兹曼方法进行系统的介绍，格子玻尔兹曼方法(Lattice Boltzmann Method)的出现直接来源于20世纪60年代的元胞自动机(Cellular Automata)思想，而这一方法用于解决流动现象时，又可以追溯到19世纪的分子运动论，求解的是Boltzmann提出的玻尔兹曼输运方程，因此将这一方法称为格子玻尔兹曼方法，之前也被称为格子气自动机(Lattice Gas Automaton)。该方法多用于研究复杂现象，如材料晶体凝聚时的生长过程、城市土地利用的演化等方面。在20世纪70年代由Hardy、Pomeau和Pazzis建立了第一个用于研究流体运动的格子气自动机，此后，这一方法被广泛用来模拟各种流动问题，诸如二相流、孔隙介质中的渗流等，并根据这一方法开发了相应的商业软件PowerFlow。同时，格子玻尔兹曼方法由于其在微观水平描述运动的特点，成为研究湍流的一个很好的数值计算工具，特别是用其进行直接数值模拟(DNS)计算，成为继传统的差分法、有限体积法和谱方法之后的又一有力的手段。而作为大气运动的一个主要现象的大气湍流，比普通湍流更加复杂，在这里着重介绍了大气湍流的特点和应用格子玻尔兹曼方法模拟湍流的发展过程。     

黑河流域上游大气湍流特征分析

利用黑河流域上游阿柔观测站2008年6月10日至7月13日的近地层湍流观测资料,分析了该地区近地层方差和湍流谱的统计特征以及近地层能量交换特征.结果表明:黑河流域无量纲化三维风速、温度和湿度方差与稳定度的关系满足Monin-Obukov相似理论;湍流能谱基本符合Monin-Obukov相似理论,但个别能谱在某些频段存在谱隙,近地层湍流输送由于局地山谷地形影响出现大气湍流的非均匀和各向异性.夏季潜热通量大于感热通量,感热通量在夜间有明显向下输送的特点.     

黄河上游玛曲草原湍流统计特征分析

湍流运动是大气最基本的运动特征,是大气能量物质交换的主要方式。利用玛曲气候与环境综合观测研究站2006年12月至2007年1月的湍流观测资料,分析了湍流方差特征、湍流动能及湍流强度等湍流统计特征,结果表明:无量纲化的风速脉动σu/u*,σv/u*,σw/u*与稳定度z/L符合1/3次方规律;大气处于中性层结时,在近中性条件下,无量纲化风速方差σu/u*,σv/u*,σw/u*分别趋于常数A=3.42,B=3.34,C=1.02;无因次化温度脉动方差σT/|T*|和湿度脉动方差σq/|q*|与稳定度z/L的变化都比较离散,基本上不能拟合出-1/3次方规律。湍流动能随风速增大而增大,白天比夜间明显,相比之下,夜间湍流动能较小,且随风速的增大比较缓慢;湍流动能随稳定的变化是非常明显的,在稳定度近中性时湍流动能取得最大值。湍流强度Iu,Iv,Iw随风速的增大而减小,当风速在0 m/s5 m/s时,湍流强度变化很小。     

水生植物对水沙运动影响的三维湍流模型

水生植物的存在改变了明渠内水流的流动结构,也影响着泥沙的输运。建立三维湍流模型,在水流控制方程中加入植被阻力项和植被密度项来考虑刚性植物对水动力特性和泥沙输运特性的影响。应用该三维数值模型计算了矩形水槽内淹没植被对水流水平时均流速垂向分布的影响、复式明渠边滩栽种挺水植被对水流深度、平均流速分布以及植被岛周围泥沙床面的冲淤变形的影响。数值计算结果与实测结果吻合良好,表明本模型可以有效地描述刚性水生植物对水流泥沙运动的影响。     

太阳风中磁流体湍流的特征和本质

在空间探测的早期,太阳风湍流现象就已经被空间飞船的观测发现了。但是太阳风湍流不同于过去学术界熟悉的流体湍流。虽然国际学术界已进行了长期的研究,但太阳风湍流的本质仍不能得到明确的认识,许多观测现象都得不到解释。涂传诒等^［1～5］研究了这些现象,促进了理论上的新进展。这些研究指出,太阳风起伏中存在着非线性湍流相互作用,但不是完全发展的湍流,而是正处于由阿尔芬波向着完全发展的湍流过渡的状态。这一新的概念把阿尔芬波传播理论与磁流体湍流理论结合起来,导致了理论上的新进展,从而揭示了太阳风湍流的本质,阐明了一系列过去不能解释的观测现象。着重介绍了这些研究的成果和意义。     

光束抖动频谱遥感大气湍流外尺度的理论与实验

本文在微扰理论的基础上导出了高斯光束抖动归一化频谱的普遍表达式和准直光束、球面波光束在均匀光路条件下的分析表达式。计算表明这些频谱中存在一个与湍流外尺度、横截风速有确定关系的峰值频率。我们根据这个特征利用大气相干长度测量仪进行了湍流外尺度的遥感实验，与此同时用五台三杯风速计测量了光路中的平均风速。实验结果指出，离地面８ｍ高度上的湍流外尺度在２．６－７．０ｍ之间变化，平均值为４．９ｍ     

深井旋转轴套流场的CFD模拟

旋转轴套在超深井工作时,其井下流动是三维湍流流动,旋转轴套的旋转和表面曲率效应以及随之而来的哥氏力和离心力,使流场在超深井的流动中极其复杂,同时,由于流体介质泥浆属于液固两相流,更致使内部流场测试困难,而且超深井中的工况在使用常规方法已很难得到较准确的数据。为此,将计算流体力学软件Fluent应用于超深井下流场的模拟,基于Navier-Stokes方程和Reynolds应力方程模型,建立多种仿真模型,在相同条件下,使用CFD仿真软件Fluent模拟仿真的不同结果,优化与旋转轴套叶片设计相关的几何参数,提高     

混沌理论与大气边界层湍流研究

简述了混沌理论的发展及其判别方法,阐明混沌理论的建立给大气科学中的湍流研究带来了新的启示;介绍了近期混沌理论在大气边界层湍流研究中的应用结果,这些结果表明大气边界层湍流具有很强的混沌特性,且存在低维奇怪吸引子。最后提出了有待进一步研究的问题。     

非均匀各向异性储层地震AVAZ响应模拟及分析

基于波动理论的各向异性反射率方法能够充分考虑地震波动力学特征。对单界面理论模型、实际非均匀各向异性模型分别进行正演模拟及分析,比较Ruger理论与反射率方法模拟结果的波动力学特征。结果表明,对于界面模型两种方法均能得到相同的计算结果,但对于实际非均匀各向异性介质,基于Ruger理论的算法受时间采样率的影响,而基于波动理论的反射率方法输入实际空间域模型,计算结果不受时间采样率的限制。     

钱塘江江心排污的数值模拟

从立面二维非恒定流体动力学方程出发,应用κ-ε湍流模式计算流场,再用准三维的浓度对流-扩散方程,即考虑了侧向扩散的立面二维浓度控制方程,模拟了钱塘江江心6个竖管排污在潮流作用下近区浓度场,其结果和实际观测值基本吻合。