有蒸发的气—水二维湍流流动的数值模拟

对水面蒸发问题的研究，过去一直是仅仅依赖于实验的手段，本文在国内首次提出了有蒸发的气－水二维湍流流动的理论模型，用Ｓｔｅｆａｎ流的概念，采用Ｋ－ε湍流模型及ＳＩＭＰＬＥ算法，进行了数值模拟，分析了风速，水气温差和相对湿度等各个物理因素对蒸发的影响，并就蒸发对流体流动和传热的影响进行了探讨，计算结果和实验结果作了比较，大部分参数变化规律在趋势上实验吻合，亦有某些参数的变化规律与实验有出入，其原因尚待     

方管湍流二次流的数值模拟

本文采用新的向量势做法计算了方截面直管内的湍流流动。讨论了流场特征并导出了不同区域的简化方程。计算结果跟实验相符,实际模拟了平均量和湍流量的主要特征。     

稀薄气－固两相流中相间的相互作用模型

本文以稀薄气－固两相湍流流动为研究对象，推导并模化了考虑固体颗粒存在时，气相的湍流模型方程，在拉格朗日方法中实现了气－固两相间动量、湍动能的相互作用。尤其是提出当量密度及当量耗散系数两个概念后，使模型方程的型式等同于标准Ｋ－ε模型，很适合工程应用。而气相对粒子湍流扩散的影响则由类似于布朗粒子扩散的ＭｏｎｔｅＣａｒｌｏ方法来描述，实现了对确定性轨道模型的修正。最后，对颗粒在网格后均匀湍流中的扩散规律及圆管内的气－固两相湍流进行了数值模拟，表明本文提出的模型及方法很有工程应用价值。     

二维湍流气固两相射流的数值模拟

本文采用两相湍流的Ｋ－ε模型和颗粒湍流扩散的Ｐｅｓｋｉｎ公式，对含有相同尺寸的球状颗粒的圆截面湍流射液进行了数值分析。计算采用对抛物型方程的推进求解技巧。研究了两种不同的阻力系娄公式对两相湍射流的影响。一个阻力系数公式是由谢定国和周红字最近推导出来的，它反映了颗粒体积率和阻力的影响，另一阻力系数公式是Ｃｌｉｆｔ等人根据颗粒球的标准实验阻力曲线推导出来的，计算结果和实验进行了比较。结果表明，谢一周阻     

蒸发条件下层状土壤水分运动的数值模拟

研究蒸发条件下的土壤水分运动规律,对盐碱化的防治,对田间水分状况的调节管理都是非常重要的。针对我国北方地区土壤剖面多呈层状和春季强烈返盐季节土壤多处于裸露状态的特点,本文主要研究层状剖面的土壤蒸发问题,特别是粘土层厚度和位置对蒸发的影响。     

稀薄气—固两相流中相间的相互作用模型

本文以稀薄气－固两相湍流流动为研究对象，推导并模化了考虑固体颗粒存在时，气相的湍流模型方程，在拉格郎日方法中实现了气－固两相间动量、湍动能的相互作用。尤其是提出当量密度及当量耗散系数两个概念后，使模型方程的型式等同于标准Ｋ－ε模型，很适合工程应用。而气相对粒子湍流扩散的影响则由类似于布朗粒子扩散的Ｍｏｎｔｅ Ｃａｒｌｏ方法来描述，实现了对确定性轨道模型的修正。最后，对颗粒在网格后均匀湍流中的扩散规     

喷嘴与水平圆管的气－液两相流动阻力特性

本文应用一维变密度气－液两相流动量方程于喷嘴和水平圆管的气水两相流动，建立了喷嘴进出口压力及流速之间的关系，将动量方程在有限管道长度内积分，从而可由试验测得的压力差计算通过水平回管的气－液两相流阻力系数，并在大量试验的基础上建立了考虑截面含气率的喷嘴动量修正系数的相关关系式和水平因管中气水两相流阻力系数与雷诺数之间的关系式。     

含污染物的环流非充分发展弯道湍流数值模拟

本文建立了可模拟弯道中含污染物湍流的三维部份抛物型代数应力模型，以４５°弯道为例，针对左右两岸分别泄放污染物的环流非充分发展弯道流进行了计算，对所得的水流结构及污染物浓度分布进行了分析，结果充分反映出环流非充分发展弯道流中水流结构及污染浓度分布的特点。     

三维圆柱绕流数值模拟湍流方法的选择

研究湍流模拟方法对三维圆柱绕流数值模拟精度的影响,分别采用雷诺平均法（RANS）中的κ-ω模型、SST模型以及大涡模拟法（LES）对亚临界区内雷诺数Re=3 900时的三维圆柱绕流进行数值计算,分析了圆柱体表面的受力、圆柱后流场时均速度特性与瞬时涡量分布情况。结果表明,当流体流过圆柱表面时,圆柱表面出现的与流速方向相反的负压力差区域使流体从圆柱表面分离,引起了不稳定的周期性交替脱落的湍流涡泄,从而在圆柱表面产生周期性波动的升力,同时在圆柱后近流场区域形成回流区。研究还发现,LES法对圆柱体的受力以及流场时均速度特性的模拟效果要优于κ-ω模型与SST模型;相较于前人利用浸入边界法得到的模拟结果,LES法的模拟精度也有了较大提升;同样,通过对瞬时流场涡量等值线图的分析,并与已有的模拟结果进行对比,发现LES法不但可以从整体上表现出漩涡的周期性脱落,而且对流场中不同位置的、复杂的小尺度湍流涡泄也描述得非常细致,得到的自由分离剪切层长度与湍流涡泄的卷曲度更符合湍流涡泄的特征。所以,在亚临界区,LES法对湍流的模拟效果相对较好。     

应用RNG k-ε湍流模式数值模拟90°弯曲槽道内的湍流流动

本文将Yakhot与Orszag提出的RNGk-ε湍流模式与壁面律相结合,应用于90°弯曲槽道湍流流动的数值模拟.计算在任意非正交曲线坐标系下进行.并采用非交错网格有限体积方法求解三维不可压N-S方程.文中给出了详细的计算结果,并与实验结果进行了比较,结果表明,RNG k-ε湍流模式能够有效地模拟有曲率影响的湍流流动.     

固液两相湍流和颗粒磨损的数值模拟

基于两流体模型，建立了固液两相流中更一般的Ｋ－ε双方程湍流模型，模化了固相和液相的连续方程，动量方程及Ｋ方程和ε方程，在这些模化方程中，考虑了固液两相间的滑移，颗粒间的作用及相间作用，使用本文所建立的流模型和粒磨损模型，可 液两相湍流中的流动特性和颗粒对过流部件的磨损率，本文给出了一水轮机导叶在含沙水流中的过流特性及磨损情况的数值模拟，预测结果与实验结果比较一致。     

Hanks蒸发试验的模拟与分析

本文建立了非饱和土壤中水、汽、热运移的耦合模型，并对Ｈａｎｋｓ蒸发试验进行了模拟，结果表明：所建模型可用于分析多孔介质中水、汽、热的运移规律；较等温模型而言，非等温模型的模拟结果更符合实际；由于“热”蒸发条件下的温度梯度较“冷”蒸发时的大，因而水汽对于“热”蒸发过程有着较大的影响，是分析地表附近水分运移规律不可忽视的因素。     

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。     

强不规则地形上浅水二维流动的数值计算研究

浅水流动数值模拟技术取得了显著进步,已能够有效地捕捉激波,但是应用于强不规则地形时计算困难,其原因在于:陡峭坡面上水流重力作用对数值稳定性有重要影响.采用简单的算子分裂法,即使是时间步长满足CFL稳定性准则,也可能致使计算不稳定,或者要求远比CFL稳定性准则更加苛刻的时间步长,从而严重影响计算效率.本文建立对强不规则地形和一般地形条件均能保持高效率的浅水二维数学模型:基本控制方程采用二维浅水方程;在空间上采用能捕捉激波的WAF TVD二阶精度格式;在时间上采用三阶TVD龙格库塔法,并采用自适应步长满足数值稳定性要求.将该模型应用于冰湖溃决洪水的模拟,试验结果表明:该文模型从本质上解除了强不规则地形对时间步长的约束,与现有数学模型相比,计算效率达到数量级上的提高,为强不规则地形上浅水二维流动数值模型的广泛应用(如高原与山丘区溃坝洪水数值预报等)提供了新的技术基础.     

复杂输水系统中恒定流的数学模拟

本文提出了一种用于恒定流分析的通用数学模型，该模型把任意复杂的输水系统划分为一些简单的单元，对每个单元建立形式相同的单元方程，将单元方程合成，引入边界条件，就可得到系统的总体方程，然后用节点分组解法求解.该模型具有通用性强、计算速度快、计算精度高等优点，实例分析表明，本文的计算方法是正确的、可行的.     

基于FLUENT的小尺度粗糙明渠紊流数值模拟

采用计算流体动力学软件FLUENT 对一小尺度粗糙明渠紊流进行数值模拟研究,得到了不同水深的垂向流速分布、壁面切应力以及摩阻流速值,并将数值计算结果与物理模型实验结果作了比较,发现两者符合得较好,从而验证了FLUENT 用于计算小尺度粗糙明渠紊流的有效性.由于计算机性能的限制,无法得到粘性底层和过渡层的"真实"流速分布,有待今后进一步研究.     

Simulation of buoyancy-induced turbulent flow from a hot horizontal jet简

Experimental visualizations and numerical simulations of a horizontal hot water jet entering cold water into a rectangular storage tank are described. Three different temperature differences and their corresponding Reynolds numbers are considered. Both experimental visualization and numerical computations are carried out for the same flow and thermal conditions. The realizable k-e model is used for modeling the turbulent flow while the buoyancy is modeled using the Boussinesq approximation. Polynomial approximations of the water properties are used to compare with the Boussinesq approximation. Numerical solutions are obtained for unsteady flow while pressure, velocity, temperature and turbulence distributions inside the water tank as well as the Froude number are analyzed. The experimental visualizations are performed at intervals of five seconds for all different cases. The simulated results are compared with the visualized results, and both of them show the stratification phenomena and buoyancy force effects due to temperature difference and density variation. After certain times, depending on the case condition, the flow tends to reach a steady state.     

悬沙淤积问题的湍流液固两相流动的数值模拟

本文从湍流两相流动基本理论出发，建立了挟沙水流的湍流液固两相流动的时均方程组和封闭模型．结合实际工程建立了定常悬沙淤积的二维水深平均的全场模型以及准三维模型．数值预报与潮汐水流物模试验比较表明：二维水深平均的全场模型模拟所得回流区内旋涡外缘的悬沙淤积量大于涡心处的悬沙淤积量，这一数值预报结果与物模试验结果不符，说明二维水深平均全场模型不适宜于预报悬沙淤积；准三维模型模拟所得回流区涡心处的悬沙淤积量大于旋涡外缘处悬沙淤积量而且回流区中的悬沙淤积厚度的数值预报结果与物模试验结果比较接近，这说明准三维模型用来预报回流区的悬沙淤积是可行的．     

基于三角形网格的浅水间断流动泥沙输移数值模拟

浅水间断流动条件下泥沙输移具有广阔的工程应用背景.采用基于准确Riemann解的Godunov格式求解法向数值通量,应用干底Riemann解计算动边界问题,建立了基于无结构三角形网格空间二阶精度的二维水流和泥沙输移有限体积法数值模型.模型在纯对流问题检验的基础上,模拟了孤立波在滩面上传播变形以及对圆柱周围的局部冲刷,复演了孤立波变形后流场和泥沙场突变的过程,并且圆柱周围局部冲刷坑计算结果与实验基本吻合.     

加热对竖置平板水边界层影响的实验研究

本文用流场显示，电视录像与测量局部摩擦阻力同时进行的方法，研究了加热对竖置平板水边界层流态及摩擦阻力的影响，实验发现在流场湍度１％的水洞中，模型前部壁面的加热有效地延迟了水边界层的转捩，延长了层流区长度，相应地斑生成频率下降，处于转捩区的测力板上的平均摩擦阻力明显下降，处于层流区测力板上的摩阻略有减小，而处于湍流区侧力板上的摩阻略有增大，实验中还观察了模型头部加热引起层流分离现象。