含聚合物流体的紊动结构

在牛顿流体中加入少量高分子聚合物后，流体转变为粘弹性流体。文中分析了这种粘弹性流体在层流向紊流过渡状态下的脉动结构，应用窦国仁紊流随机理论。得出了层流、层流向紊流过程呼紊流各流动状态下的时均流速和脉动强度的统一的计算公式，这些公式得到了试验资料的详细验证了公式与试验数据吻合良好。     

粘弹性流体边界层运动的紊流结构

运用紊流随机理论研究了粘弹性流体紊流边界层运动的基本规律,导出了边界层内、外区及粘性底层各区统一的时均流速分布计算式;纵、横向脉动流速强度分布和能谱密度计算式。以现有实测资料对这些计算式进行的验证表明,计算结果与试验资料符合甚好。     

高分子聚合物减阻流的紊流结构

减阻紊流刘许多科学技术领域都具有重要意义。然而由于问题复杂,目前对其时均流速分布的研究,基本上局限于试验数据的经验分析,而对脉动流速的研究,还处于对试验资料的定性描述阶段。本文从粘弹性流体的基本方程式出发,导出了粘弹性流体的剪力关系式;并在此基础上应用作者提出的紊流随机理论,导出了光滑明渠和管道中减阻紊流的时均流速分布公式和脉动流速强度分布公式;最后根据聚合物的化学物理性质,给出了确定上述公式中减阻参数的公式。导出的时均流速分布公式和脉动流速分布公式,不仅适用于紊流核心区,而且也适用于近壁的粘性区和过渡区,从而使原来只有用三个公式才能近似表述的时均流速分布规律,有了一个统一公式,并使脉动流速问题得到了定量分析和概括。文中引用各家的减阻流试验数据对导得各公式进行了验证,得到了几乎完全一致的结果。本文为研究减阻机理和阻力等问题提供了理论基础,然而对这些问题的研究结果,将专文加以论述,不在此文之内。     

河床紊流的随机理论

在明渠和管道中运动的紊流,或简称河床紊流,与许多科学技术领域都有直接或间接的关系。本文试图通过对紊动机理的分析,建立一个随机模型以封闭紊流运动方程组,为研究这个复杂问题提供新的途径。文中应用这一随机理论求解了二元光滑河床中的紊流规律。由于获得的运动方程式使得有可能同时考虑雷诺应力和粘滞应力,因而导出了适用于附面层在内的时均流速和脉动强度分布公式,得到了与实测资料一致的结果。     

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     

普兰特尔混掺长理论的修正及应用

壁紊流剪切流的时均流速分布规律,是基础研究课题之一。它与阻力损失、边界层发展、浓度分布、热量传输等生产实际问题有密切联系;又与紊流机理探讨等理论课题有关。紊流脉动产生的雷诺切应力使雷诺方程不封闭,难以从理论上求解,不得不依靠半经验理论解决问题。自从普兰特尔提出混掺长理论以来,许多学者陆续提出改进,应用到很多生     

均质高浓度流从层流向紊流的过渡及紊动强度

和牛顿流体一样,宾汉流体的雷诺数超过一定值后,其流动将从层流向紊流过渡。本文介绍了宾汉流体从层流向紊流过渡时的时均流速和阻力系数,以及宾汉紊流在光滑区的紊动强度沿垂线分布。文中也给出了宾汉流体由层流向紊流过渡时的临界雷诺数近似判别式。     

近壁紊流随机理论及其应用

本文概述了作者近年来在研究近壁紊流方面取得的成果。基于紊流具有多层次的涡旋结构,提出了近壁紊流的随机理论;通过对糙率尾部水流分离的研究,阐明了出现光滑区、过渡区和粗糙区的原因;通过统计分析,明确了处于从层流向紊流过渡状态下的紊动出现机率;基于对粘弹性流体方程式的分析,导出了含高分子聚合物紊流的减阻参教。应用上述理论,全面阐述了明渠流、管道流、边界层流和减阻流的时均结构、脉动结构和阻力规律,并得到了与现有试验资料一致的结果。     

均质高浓度紊流的时均结构和阻力系数

本文在均质高浓度紊流试验研究成果的基础上,应用宾汉定律和紊流随机理论,研究了均质高浓度非牛顿宾汉紊流的紊流结构。导出了时均流速和阻力系数在光滑区、粗糙区和过渡区的统一公式,并得到了现有实测资料的初步验证。     

波流耦合作用下紊流边界层水沙数学模型

在河口地区,波流相互作用下紊流边界层的泥沙起动输移规律非常复杂,深入探讨其泥沙运动规律很有必要。该文基于波浪边界层的控制方程,引入了时均水流压力,通过波流相互作用下的摩阻流速反映波浪与水流的夹角,用标准k-ε模型封闭方程,建立了波流叠加的紊流边界层内的弱耦合水流模型,分别讨论了波浪速度振幅、时均流速等的分布情况,与实测数据对比得到了较好的模拟结果。其次,基于水流模型建立了泥沙模型,采用对称振荡流和波流相互作用两种情况下的泥沙实测数据验证了泥沙模型的正确性,讨论了不同分布规律的涡黏系数对于模型的影响,为实际工程提供理论参考,结果具有一定的指导意义。     

光滑圆管进口段紊流边界层发展

光滑圆管进口段紊流边界层的研究在理论和实践上都具有十分重要的意义。本文在流速分布符合对数律和指数律的假设下,通过求解卡门边界层动量积分方程获得了光滑圆管进口段紊流边界层发展的计算式,并建议了光滑圆管紊流边界层发展区的平均流速计算式。同时对指数n与参数(u_*δ)/v的关系也进行了探讨。     

层流向紊流过渡状态下粘弹性流体的紊流结构

本文应用激光流速仪,对清水水流及含高分子聚合物的流体(粘弹性流体)处于层流、层流向紊流过渡及紊流状态下的紊流结构进行了系统的试验研究。结合紊动随机模型,分析了两种流体处于层流向紊流过渡状态下的紊流结构,导得了计算脉动强度的统一公式,并利用试验成果,对运用随机理论得到的各紊动参数的表达式又一次进行了验证。     

紊流模型中壁函数关系的改进

应用紊流模型计算有壁紊流流动时,普遍采用壁函数处理固壁边界。对数律壁函数,是目前紊流模型中应用最广泛的一种壁函数关系。但对复杂的流动情况并不适用。本文根据窦国仁紊流随机理论在明渠流及边界层流动中的应用结果,提出了两种壁函数关系,即精细壁函数及其简化形式解析式壁函数。计算表明,所提出的壁函数关系是成功的。通过改进壁函数,可以改善计算结果。     

桥墩紊流宽度的试验研究

通过概化水槽试验,采用M icroADV流速仪测量瞬时流速,得到桥墩周围纵向、横向和垂向时均流速和紊流强度的横向分布.比较了有、无桥墩的时均流速和紊流强度横向分布变化,得出桥墩对时均流速和紊流强度的影响幅度和范围,据此确定桥墩侧边缘的紊流宽度,并给出了桥墩最大紊流宽度随断面平均流速变化的关系.     

明渠紊流的紊动结构特性

本文采用二维激光流速仪对光滑及均匀加糙下的明渠紊流进行了系统的试验研究,测得了较为全面的紊动结构资料:时均流速,纵、垂向脉动强度,紊动切应力及相关系数。根据试验结果,分析了明渠紊流结构特性,并对紊流随机理论关于明渠紊流的紊动结构的(4)～(8)式进行了全面的验证,其结果吻合较好。     

糙率突减对渠道紊流边界层的影响

利用激光测速仪,对壁面自水力粗糙面突减至水力过渡面时过渡段内的明渠紊流进行了试验研究,测量了糙率突减不同水深情况下明渠紊流的纵向时均流速和脉动流速.通过实测资料,分析水深和糙率改变后内边界层发展变化规律、粗糙度及水深对内边界层厚度的影响以及糙率突减后从一种均匀紊流到形成新的充分发展紊流所需要的纵向长度.     

管道进口过渡段的水力学特性

边界层沿流程发展是否达到管道中心是判别管道流态已否形成均匀流的基本条件,本文把管道中边界层正在发展的流段称为进口过渡段。根据管流的特性及卡门——勃兰特粗糙管流速方程推导出:管流中紊流边界层厚度的沿程发展,形成均匀流的临界位置,管道进口过渡段的阻力系数,能量损失及损失系数(不包括进口处的局部损失),过渡段中边界层外区势流速度与压力沿程变化的计算公式。并发现在有压管道中紊流边界层的发展比在宽阔的明渠中快。     

壁面绕流结构和紊流发生率的试验研究

本文采用流场显示照相法和激光流速仪研究紊流的近壁绕流结构.实验结果表明,紊流处于光滑区、过渡区和粗糙区完全在于紊流绕过糙率后是否发生分离和分离层的发展程度,从而明确了紊流的近壁绕流的实际结构. 本试验也研究了处于层流向紊流过渡状态下的明渠水流的紊动规律.实验资料表明,过渡状态下的水流的紊动具有明显的阵发性和随机性,并实际统计了不同雷诺数下的紊流发生率.     

波浪—水流共同作用下的紊动边界层数值分析

本文利用k-ε方程求解了粗糙床面上波浪、水流联合作用下紊流边界层的紊动结构。分析的结果表明：在边界层内，波浪和水流的耦合运动不是简单的线性迭加，而是呈非线性特性。波浪的存在在很大程度上影响了水流的流速分布，然而，水流对波浪的流速分布影响却很小。数值解与实验结果吻合较好，在不引入涡层粘度假设的情况下，给出了粗糙床面上波浪、水流联合作用下紊动边界层的结构特性。     

明渠紊流脉动结构的试验研究

本文采用激光流速仪对光滑、过渡和粗糙明渠紊流结构进行了系统的试验研究。根据试验成果,分析了上述紊流特点,指出了明渠时均结构和脉动结构与壁面粗糙的关系,对粗糙管道、明渠和天然河流中的水流脉动结构进行了分析比较。最后,文中对随机理论的明渠紊流时均结构和脉动结构表达式进行了初步验证。