水涡轮机械中的湍流固—液两相流动及磨损研究

导出了固体颗粒在任意流场中运动的Ｌａｇｒａｎｇｉａｎ方程对此方程进行线性化，并求出了其颗粒运动方程的解析通解。使用颗粒运动方程数值求解和分析稀疏颗粒湍流场中固体颗粒的运动。建立了湍流固－液两相液的Ｋ－ε双方湍流模型，体积分数流模型，Ｅｕｎｌｅｒｉａｎ－Ｌａｇｒａｎｇｉａｎ混合湍流模型以及颗粒磨损模型，利用这些模型对一些水涡轮机械过流通道内的流动及固壁磨损进行了模拟，其预测结果与实验结果较为一致。     

水涡轮机械中的湍流固－液两相流动及磨损研究

导出了固体颗粒在任意流场中运动的Ｌａｇｒａｎｇｉａｎ方程，对此方程进行线性化，并求出了其颗粒运动方程的解析通解。使用颗粒运动方程数值求解和分析了稀疏颗粒湍流场中固体颗粒的运动。建立了湍流固－液两相流的Ｋ－ε双方程湍流模型、体积分数湍流模型、Ｅｕｎｌｅｒｉａｎ－Ｌａｇｒａｎｓｉａｎ混合湍流模型以及颗粒磨损模型，利用这些模型对一些水涡轮机械过流通道内的流动及固壁磨损进行了数值模拟，其预测结果与实验结果较为一致     

水力机械空化研究综述

从理论分析、实验研究和数值模拟3个方面对水力机械空化进行综述。分析空化的发生机理，认为理论分析方法仅针对单空泡的空化流动进行分析，理论分析无法对复杂的水力机械空化流动给出符合实际的理论解，需采用实验研究和数值模拟相结合的研究方法。水力机械空化研究已从二维单相定常模式发展到三维多相湍流模式，构建包含质量、动量和能量交换的空化模型对空化流动数值模拟十分必要。同时，开展水力机械空化在线监测系统，有效监测和预防空化发生也将成为此领域内的研究重点。     

均匀切变湍流边界层的特性

本文运用快速畸变理论对均匀切变湍流边界层特性进行了研究，并重点探讨了均匀切变湍流边界层与无切变湍流边界层之间的联系，以及初始各向异性对均匀切变湍边界层特性的影响。     

基于全流道的混流式水轮机内部流动的三维数值模拟

采用三维N-S方程和RNG湍流模型,利用FLUENT6.3软件,并将混流式水轮机全流道作为一整体,对混流式水轮机内部流动进行了三维定常湍流计算,得到了水轮机各过流部件内的流动特性.该数值计算方法和结果对水轮机的水力优化设计具有重要意义.     

剪切紊流中颗粒运动的数学模型和实验研究

本文利用Lagrangian方法建立了剪切紊流中颗粒运动的脉动频谱随机轨迹模型，其中流体脉动速度采用Fourier级数和湍流脉动能谱来确定。数值计算结果与实验结果的对比分析表明，该模型能够很好地描述颗粒在剪切流中的运动。     

高浓度固液混合流的湍流模型

建立了高浓度固液混合流的湍流模型，分析了混合流的应力（包括颗粒碰撞应力、粘性应力、湍流应力及Ｃｏｕｌｏｍｂｉｃ摩擦应力）。根据高浓度混合流中颗粒的受力，得出了颗粒运动的力平衡方程。由于引入颗粒碰撞应力和Ｃｏｕｌｏｍｂｉｃ摩擦应力，本模型较其它模型更适合具有高浓度和大颗粒的流场。利用本模型模拟的高浓度含沙水流在水平管道中的流动特性，其数值结果与前人所做的实验结果较一致。     

高浓度固液混合流的湍流模型

建立了高浓度固液混合流的湍流模型，分析了混合流的应力（包括颗粒碰撞应力、粘性应力、湍流应力及Ｃｏｕｌｏｍｂｉｃ摩擦应力）。根据高浓度混合流中颗粒的受力，得出子颗粒运动的力平衡方程。由于引入颗粒碰撞应力和Ｃｏｕｌｏｍｂｉｃ摩擦应力，本模型较其它模型更适合具有高浓度和大颗粒的流场。利用本模型模拟的高浓度含沙水流在水平管道中的流动特性，其数值结果与前人所做的实验结果较一致。     

条纹薄膜减小湍流阻力的试验研究

本文从湍流边界层的相关结构出发，探讨了条纹薄膜减少湍流边界层阻力的机理，通过平板模型的水洞试验，研究了条纹薄膜的减阻作用。试验结果表明，条纹薄膜具有明显的减阻效果，最大降阻量大约为１０％。     

灯泡贯流泵装置的优化水力设计

采用CFD理论应用Fluent软件对某低扬程泵站灯泡贯流泵装置进行了三维湍流数值模拟及其优化水力设计,并采用透明流道模型试验验证了该优化设计.研究结果表明:灯泡贯流泵进、出水流道的控制尺寸及过流边界的形线对贯流泵装置的水力性能具有较为明显的影响;借助于三维湍流数值模拟方法可逐步优化其水力性能,且在设计流量下工作时的流道水力损失可控制在较小的范围内.前置灯泡贯流泵装置具有更好的水流条件,其水力 性能优于后置灯泡贯流泵装置.采用数值模拟得到的贯流泵装置流道的内部流态及其水力损失与流道模型试验得到的结果基本一致,表明采用数值模拟方法得到的灯泡贯流泵装置优化水力设计的结果是可信的.     

COMPRESSIBILITY BOUNDARY LAYER THEORY AND ITS SIGNIFICANCE IN COMPUTATIONAL HYDRODYNAMICS

ＣＯＭＰＲＥＳＳＩＢＩＬＩＴＹＢＯＵＮＤＡＲＹＬＡＹＥＲＴＨＥＯＲＹＡＮＤＩＴＳＳＩＧＮＩＦＩＣＡＮＣＥＩＮＣＯＭＰＵＴＡＴＩＯＮＡＬＨＹＤＲＯＤＹＮＡＭＩＣＳ￥ＣｈａｒｌｅｓＣ．Ｓ．Ｓｏｎｇ（ＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＭｉｎｎｅｓｏｔａ，Ｍｉｎｎｅａ...     

某水库泄洪明渠末端扩散段急流控导试验研究

通过对某水库泄洪排沙系统的水力模型进行试验研究,发现陡槽明渠末端扩散过渡段水流流态不稳,主流贴岸冲刷严重,为了保证泄流系统的正常运行与堤防安全,必须协调好扩散过渡段前后的水流衔接。基于急流控导理论,提出了边岸导流、水下潜没控制两个控导方案。模型试验研究表明在扩散段加设管桩坝,可以将扩散段主流导向扩散段中央,边岸流速有所减小;采用创新性的组合潜没三角翼在均衡水流和抑制边界层分离都有很好的效果,实现了主流居中稳定、大大减轻了扩散段末端护坦冲刷和右边岸堤防冲刷,研究成果对解决同类型工程问题有一定的借鉴意义。     

Numerical solution of thermo-solutal mixed convective slip flow from a radiative plate with convective boundary condition

A mathematical model for mixed convective slip flow with heat and mass transfer in the presence of thermal radiation is presented. A convective boundary condition is included and slip is simulated via the hydrodynamic slip parameter. Heat generation and absorption effects are also incorporated. The Rosseland diffusion flux model is employed. The governing partial differential conservation equations are reduced to a system of coupled, ordinary differential equations via Lie group theory method. The resulting coupled equations are solved using shooting method. The influences of the emerging parameters on dimensionless velocity, temperature and concentration distributions are investigated. Increasing radiative-conductive parameter accelerates the boundary layer flow and increases temperature whereas it depresses concentration. An elevation in convection-conduction parameter also accelerates the flow and temperatures whereas it reduces concentrations. Velocity near the wall is considerably boosted with increasing momentum slip parameter although both temperature and concentration boundary layer thicknesses are decreased. The presence of a heat source is found to increase momentum and thermal boundary layer thicknesses but reduces concentration boundary layer thickness. Excellent correlation of the numerical solutions with previous non-slip studies is demonstrated. The current study has applications in bioreactor diffusion flows and high-temperature chemical materials processing systems.     

往复流作用下悬移质泥沙运动规律的数值研究

本文从水沙两相紊流的双流体数学模型出发,采用直接数值计算的方法,研究了海床面附近边界层内往复流对悬移质泥沙运动的影响。研究方法的有效性通过典型问题的流速分布、紊动能量分布以及泥沙浓度分布的计算结果和实验观测结果的比较得到了良好的验证。本研究还探讨了往复流条件下各类相间作用力的时空变化规律及其对悬移质泥沙运动的影响。     

Sediment transport in pure acceleration-skewed oscillatory sheet flow

In the present study, an analytical concept model is built, using a two-phase model for the sediment transport in a pure acceleration-skewed oscillatory sheet flow. The analytical model is based on the asymmetric wave theory, the irregular boundary layer theory and the exponential concentration distribution theory, to be used for analyzing the phase lag and the boundary layer development related to the acceleration skewness. The two-phase model is applied for the calculations of the instantaneous erosion depth, the sediment flux, the boundary layer thickness and the sediment transport rate, as well as the differences between the positive acceleration stage and the negative acceleration stage caused by the acceleration skewness, as very important in the net current and sediment transport. The effects of the sediment diameter and the phase lag are explained by a comparison with the instantaneous type empirical formula, as is closely related to the acceleration skewness. With the analytical concept model and the two-phase model, the generation of the net sediment transport in the pure acceleration-skewed flows is clearly explained. The phase lag effect is important for the instantaneous sediment transport in the pure acceleration-skewed flow, whereas the boundary layer development difference between the positive acceleration stage and the negative acceleration stage plays a major role in the determination of the net sediment transport.     

曲率缓变型反弧段水流的时均特性

本文提出一种曲率缓变型反弧曲线设计方法，用激光测速系统研究了该反弧水流的时均特性，得出反弧段水流时均流速分布，壁面压强，壁面切应力及紊流边界层的沿程变化，与单圆弧反弧体型试验成果比较表明，的反弧曲率的连续缓变，使壁面压强分布和空化数变化缓和，消除了曲率突变存在的逆、顺压力梯度；过渡层紊流强度减小２０－３０％；切应力系数有所下降，反弧末端切应力系数Ｃ＇ｆ减小１０％，本文还对反弧水流紊流边界层厚度的变     

二平行流之间幂率流体层流剪切流动的数学模型

非牛顿流体的平行剪切流动是一种在自然界和工程实践中常见的流动。本文应用流体力学和非牛顿流体力学理论，利用Ｐｒａｎｄｔｌ边界层方程，在未作任何其它假设的情况下，得出了幂率流体平行剪切层流流动时的相似变量，给出了两充体指数ｎ相同时的常微分方程和定解条件。     

声学多普勒流速仪盲区数据处理及其在长江河口区的应用

本文基于边界层理论，在估算声学多普勒流速仪（Acoustic Doppler Current Profiler，简称ADCP）水表和底部的观测盲区流速作了初步探索。根据长江口南港定点观测获取的ADCP潮周期流速剖面数据的分析结果，在涨急和落急阶段整个水层均为边界层，流速剖面呈对数分布。因此，利用卡门-普朗特公式外插，计算ADCP盲区的流速，与在盲区放置的直读式流速仪测得的数据相比，平均相对误差分别为2.3%～2.9%。某些数据点的偏离可能是由于悬沙浓度分布的变化而引起的。     

EXPERIMENTAL STUDIES AND NUMERICAL CALCULATION ON TURBULENT BOUNDARY LAYER OF WATER FLOW ALONG CURVED SURFACE

This paper will introduce experimental studies and numerical calculation onturbulent boundary layer of water flow along curved surface in our country in recent years.Onthe basis of the experimental studies,the effects of curvature and roughness on velocitydistribution and pressure distribution and the change of turbulent flow boundary layer onoverflow bucket concave surface is discussed.We proposed the empirical formula of velocity,pressure and the change of turbulent flow boundary layer on outlet bucket concave.According tothe momentum principle,we have deduced the momentum integral equation full water depthboundary layer and using the element as control unit inside the boundary layer on concavesurface of bucket.Combining with continuity equation,we have computed the boundary layerdevelopment on the bucket of a spillway.Compared with the field experimental data,thecalculation results are available.Under polar coordinates,a mathematical model for simulatingtime-averaged flow characteristics in concave surface of bucket is established.The turbulent flowfield on concave surface of bucket is calculated by SIMPLE method and this mathematicalmodel.The flow velocity field,pressure field,distribution of turbulent kinetic energy,distribution of turbulent energy dissipating rate and distribution of shear stress are available.Thecalculation value is consistent with measured test data.     

龙抬头式泄洪洞水流数学模型及其应用

本文给出了一个实用、有效的三维泄洪洞水流数值模型。对泄洪洞进口段采用势流模型，对明流段则考虑了阻力与边界层发展的影响，提出了一种既适合内部边界层区，又适合外部边界层区的数值计算方法，使之能合理地模拟龙抬头式泄洪洞的水流特性。验证计算及工程应用表明，该数值模型具有较高的精度，能满足工程要求。