圆管湍流结构的数值研究

本文利用谱方法对光滑圆管内湍流流动进行了直接数值模拟，得到了圆管湍流充分发展的速度场和浓度场数值，利用DNS数据研究了圆管内湍流的低速条带，上抛，下扫等结构，通过求解浓度方程得到了浓度场数据，并对流动进行了显示。最后利用多种方法进行了猝发事件的检测，讨论了VITA方法中不同门限值对猝发检测的影响。     

幂律流体在圆管内湍流流动剪切率的近似计算

根据剪切率和能量耗散率的定义，建立了幂律流体湍流剪切率与能量耗散率的关系式。参照文献上对不可压缩牛顿流体湍流能量耗散率的近似算法，提出了一种幂律流体管内湍流能量耗散率的近似算法，从而得到了幂律流体管内湍流剪切率的实用近似算式，再利用湍流剪切率与脉动流剪切率的关系即可得到脉动流剪切率。计算得到的湍流剪切率分布及其随流动特性指数变化的特征与已知规律相符。     

孤立子和湍流

本文在综述孤立子研究成果的基础上，结合湍流的特点深入分析了湍流的物理机制，对湍流的拟序结构等现象作了一些探讨，对负粘性现象提出了看法。认为孤立子有可能是流体质点间互相作用的基本形式之一，大量孤立子的统计特征量和湍流相关量之间应当有着密切的关系     

展向周期振动的平板近壁湍流结构研究

通过直接数值模拟(DNS)对壁面作展向周期运动的槽道湍流进行研究,建立了槽道湍流数据库.通过改变振幅大小和振动周期,可以使壁面阻力明显减少.根据计算结果分析了减阻率和振动参数的关系.利用减阻后近壁湍流拟序结构的变化,研究了壁面展向周期振动减阻的内在机理,揭示了三种减阻过程中涡结构对近壁流体的上抛、下扫运动以及条带结构的影响规律.     

天然明渠减速流超大尺度湍流结构特性初步研究

为探究天然明渠减速流中超大尺度湍流结构特性,使用声学多普勒剖面流速仪(ADCP)和声学多普勒流速仪(ADV)对重庆河段开展了单条垂线以及水面区域固定点的三维瞬时流速测量,对紊动强度、超大尺度湍流结构波长以及湍动能占比等进行了分析。初步结果显示:在天然明渠减速流中仍然存在超大尺度湍流结构,其纵向尺度在沿水深方向上表现为先增大后减小的变化趋势;减速流中超大尺度湍流结构能够在水面区域维持自身结构且携带着大部分的湍动能。     

明渠沙纹床面湍流结构实验研究

沙纹的形成会显著地影响床面附近的湍流结构。论文通过水槽实验,模拟了天然河流中沙纹的形成,并针对最终形成的稳定沙纹形态,利用声学Doppler测速仪采集了沙纹床面不同位置处的高频流速过程数据,继而对脉动强度、雷诺应力、湍流动能及自相关函数等湍流特征量进行了计算,并分析了沙纹床面湍流结构和特点,为进一步的理论和数值研究提供了有价值的参考数据和依据。     

壁湍流标度律的实验研究

本文利用高分辨率、高帧率PIV系统对湍流边界层中的脉动速度结构函数及标度律进行了实验研究。实验是在动量损失厚度雷诺数Reθ=3069下测量平板湍流边界层的二维瞬时速度场。利用在动量损失厚度雷诺数3069下测得的数据,对多种脉动结构的标度律进行了研究,结果表明流向脉动速度u’的统计结构量均存在明显的标度律,且标度指数与sL标度律基本吻合,只是随尺度的不同而略有不同,且呈现一定的规律性。     

用内层变量法求解圆管湍流进口修正系数

通过把怀特在直角坐标系下对任意压力梯度平板边界层的积分方法推广到位坐标系当中，推导出圆管湍流进口段中外势流速度和进口段效应系数，这一计算是在求出摩擦系数、边界层厚度和进口段长度的基础上进行的，实验证明实验和计算结果是吻合的，由此证明了计算方法的准确性。     

湍流平板边界层近壁区对称与非对称单个相干结构演化机理的比较

本文利用流动稳定性理论中的共振三波概念,构造湍流平板边界层近壁区对称与非对称单个相干结构的理论模式,采用紧致有限差分及Fourier谱展开相结合的方法,数值计算湍流平板边界层近壁区对称与非对称单个相干结构的演化规律,详细分析了对称与非对称单个相干结构的演化结果,得到了一些有意义的结果。     

湍流底层条带结构的研究

本文研究了湍流底层条带结构，包括条带结构的影响因素和动力特性，条带结构的理论模式和条带结构的控制等三部份。对条带结构的主要影响因素进行了试验，得出了慢速流带无因次间距与距边壁的距离，边壁粗糙、压力梯度等因素之间的关系，文中还提出了条带结构的模式和分析了湍流条带结构控制的应用前景。     

Analysis of shear rate effects on drag reduction in turbulent channel flow with superhydrophobic wall

We examined the shear rate effect on drag reduction of superhydrophobic surfaces with different slip lengths. For this purpose, turbulent channel flow was considered at the friction Reynolds numbers of Reτ = 180, 395, 500. By using Navier＇s slip condition it is shown that increasing shear rate leads to the greater reduction in drag force and also more reduction occurs in larger slip length. Based on the results, more than 25% drag reduction happens at a friction Reynolds number of Reτ= 500 for slip length of 1 ×10 5 m. The simulation results suggest that reduction in drag force occurs because slip condition reduces the Reynolds stresses, also weakens vorticity filed and the near-wall coherent structures, and therefore turbulence production is decreased.     

湍流边界层外区相干结构对异质悬浮粒子运动的作用

湍流边界层外区的相干结构主要表现为大尺度横向涡。本文针对横向涡的特性,提出了横向涡的概化模式。而后对横向涡中单个异质悬浮粒子的运动进行了数字模拟,对粒子的尺度与密度,横向涡特性及小尺度运动对悬浮粒子运动的影响进行了探讨。     

柔性管紊流区域减阻效果机理实验研究

为探讨柔性管的紊流区域减阻效果的产生机理,采用高精度高频率响应特性的应变仪对柔性管外径随雷诺数的频率变化特性进行了研究.研究结果表明:随着雷诺数的增加,全频带的外径脉动的均方根值加大,但高频带外径脉动的均方根值减小,说明柔性管管壁脉动确实改变了原刚性管的脉动流场,大尺度涡的运动加剧,低尺度涡运动减弱,从而使得能量损失减少,减阻效果增大.     

水力光滑明渠流流速分布的新公式

采用一个新的湍流黏性模型研究水力光滑明渠流的流速分布,得到的结果与以往在明渠中所测的实验数据吻合较好。基于这个湍流黏性模型,推导出一个新的光滑明渠流外部区域的流速亏损规律,该表达式可以推广到内部区域,并提出一种新的确定内部区域流速分布的近似方法。运用本文给出的公式计算结果与由多普勒激光流速计所测的实验数据吻合良好。在只给出平均流速和水深的情况下,根据本文给出的公式可求得内外区域流速分布。     

湍流近壁区非线性模型的应力相位研究

近年来的研究结果显示,在非平衡湍流中,线性湍流模型中的雷诺应力与平均速度变形率之间存在着相位差,但是非线性湍流模型中是否也存在这个问题,至今还没有文献涉及。针对这一问题,该文对空间周期性吹吸边界条件的槽道湍流进行了直接数值模拟。研究发现,在湍流近壁区,剪切变形的相位在典型的非线性湍流模型的主要项中起着主导作用,这使得雷诺应力与相应的模拟项之间存在相位差。因此在建立有关非线性湍流模型时也应该注意这一问题。     

基于Fluent的直管式旋桨反应器三维流场的数值模拟

运用计算流体力学（CFD）软件对新型直管式旋桨反应器进行流场模拟。用Gambit建立三维实体模型,采用多重参考系法（MRF）和标准κ-ε双方程模型对反应器内液相流场进行模拟,运用Tecplot对计算结果进行后处理。结果表明：计算所选模型能较准确地模拟反应器内的流场分布,反应器内最大流速和湍动能分布在桨叶端部附近,流体的整体流动趋势以环流为主,有利于不同区域内物料的均匀混合;相比于单一桨叶反应器,该多组合桨叶反应器能提供更大范围的紊动流场。在模拟物为水体的情况下,本反应器对应的最佳转速是40 r/min,并提出反应器在水环境中的应用方法。     

横流中有限宽窄缝射流的旋涡结构

本文应用PIV流动显示技术详细测量了有限宽度窄缝射流从底部射入横流的流场结构。在此基础上采用湍流数学模型及相应的混合有限分析方法，得到横流中有限宽窄缝射流的时均及瞬态流场、涡量场，以此来分析流场、涡量场特性，揭示各种具有拟序结构性质的复杂涡系的产生、发展及演化过程。实验观察到射流迎、背流剪切涡层卷起形成类开尔文涡列。本文还探讨了横流绕流分离旋涡的生成机理及其转向。另外，观测到射流喷口上游的马蹄涡系以及射流逆流区下游尾迹区旋涡的层状结构形式。通过拓扑分析的方法，给出了横流中有限宽窄缝射流旋涡近区流场的拓扑性质。     

混流式水轮机全流道三维定常湍流数值计算

基于标准k-ε双方程湍流模型和三维时均N-S方程,进行了混流式水轮机全流道的三维定常湍流计算.捕捉到了水轮机各过流部件内的流场和尾水管内的涡旋结构等流动信息.结果表明,水轮机的全流道CFD分析能够较为准确地预测出水轮机过流部件内的性能参数及内部流场结构,所得到的结果对进行水轮机的水力设计或改型优化设计等研究具有重要的指导意义.