泄水建筑物中紊流边界层的发展厚度及其流速分布的计算

水工泄水建筑物中许多有待解决的问题,如气蚀、掺气、界面阻力和能量损失等,都与边界层理论密切相关。预测边界层的发展,对于正确设计泄水建筑物体型具有重要的意义。本文在论述紊流边界层内流速分布规律和切应力分布规律的基础上,用差分计算的方法,联立求解了边界层的动量积分方程和能量积分方程,从而同步解得了边界层厚度δ     

溢流面水流参数的计算

在紊流边界层内，流速为对数分布假定的基础上，本文利用水流能量平衡方程计算紊流边界层沿流程发展的厚度从而推导出溢流面一些水流参数的计算公式。并通过结合实际工程计算后表明，利用本文公式计算得的沿程能量损失，水深，水面线，流速系数，鼻坎挑流水舌抛距等与实测资料吻合，可应用于实际工程中的水力学计算。     

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。     

溢流面紊流边界层及其应用

许多高速水流问题,例如泄流表面的空蚀、水流掺气、能量损失以及水流对建筑物的作用等,都与边界层的发展有关。本文在探索紊流边界层发展规律的基础上,研究了掺气发生点的位置及流速系数计算等溢洪道设计中的几个水力学问题。     

基于遗传算法的平面叶栅多目标优化设计

本文提出了一个基于小生境遗传算法的平面叶栅多目标优化设计方法。该方法利用奇点分布法设计无厚翼型初始骨线，在最大厚度一定的条件下，采用NACA—0012型空气动力翼型的厚度分布规律对已知骨线进行加厚得到翼型，从而得到平面叶栅。然后以平面叶栅表面边界层中的流动损失最小和翼型气蚀系数最低为多目标，用距离法构造二者统一的目标函数，利用遗传算法来搜索最佳的骨线形状。已知叶栅的流场分析由一个基于边界元的程序完成。假定总损失与叶栅表面边界层中的流动损失成正比，该损失可通过积分法计算叶栅边界层得到。将该方法应用于ZZ400叶栅的设计，结果显示可以得到较满意的解。     

陡槽紊流边界层的计算

一、前言 紊流边界层的研究对于计算溢流坝及陡槽的掺气发生点、能量损失、流速系数以及预估泄水建筑物的空蚀等问题都有密切关系。因此,紊流边界层的研究,对于泄水建筑物的设计具有重要的意义。 鲍叶(Bauer)首先对紊流边界层的发展进行了系统的室内研究,并用以预测溢流坝紊流边界层的发展。陈椿庭、韩立等根据卡门动量积分方程式,利用原型和模型实测资料,提出了溢流坝紊流边界层的经验计算式。由于影响坝面紊流边界层的因素很多,如:溢流坝的曲率、坝面粗糙度以及纵向流速梯度等,而这些经验公式对这     

泄水建筑物紊流边界层探讨

本文总结了过去对溢流坝面紊流边界层及泄水建筑物反弧段紊流边界层的试验研究,通过理论分析导出了光滑溢流面及粗糙溢流面边界层厚度的计算关系式,还提出了相应的实用经验式。在对泄水建筑物反弧段边界层厚度变化的分析中,采用了相对边界层厚度δ/δ_0及相对反弧长度s/Rθ,提出反弧中点似为边界层厚度从增厚到减薄的转换点,并根据试验资料提出了点前、后边界层厚度沿程变化的关系式。     

用内变量法求解陡槽中紊流边界层的发展厚度

通过分析陡槽中紊流边界层特性,利用边界层理论中的内变量法直接求解边界层运动方程,导出边界层发展厚度的理论分析式。并与已有的实测结果、若干经验计算式做了比较。     

波状床面消力池的流速分布和壁面阻力系数

根据S.A.Ead和N.Rajaratnam(2002)对波状床面消力池流速、边界层厚度和壁面阻力的试验成果,通过对试验资料的分析,研究波状床面消力池断面流速分布和最大流速沿程变化的规律;根据边界层理论,研究波状床面消力池边界层的发展和壁面阻力系数的变化规律。研究表明:波状床面消力池的断面流速分布具有相似性和分区性,断面流速具有同一分布规律,各断面以最大流速为界,将其分为边界层区域和混合区域,在边界层区,流速沿垂线不断增大,在混合区,垂线流速不断减小;消力池的最大流速沿程逐渐衰减;波状床面消力池的边界层厚度远大于光滑壁面的边界层厚度;壁面阻力系数大于光滑壁面的阻力系数。提出了断面流速和沿程最大流速的计算公式和波状床面消力池边界层厚度和壁面阻力系数的计算方法。对所提出的公式与S.A.Ead和N.Rajaratnam(2002)的试验成果进行了对比分析,验证了计算方法的正确性。     

考虑重力及离心力的溢流坝反弧段紊流边界层动量积分方程的数值计算

论文分析了溢流坝反弧段水流的运动特征及影响边界层发展的主要因素,认为溢流坝反弧段水流边界层与绕流边界层是不同的。对于有自由水面存在的反弧段水流,在边界层外水流是有势流动的假设条件下,考虑重力及离心力的作用,提出了反弧段紊流边界层的动量积分方程式,计算结果与实验值比较表明文中的计算模式是正确的,可用于分析计算溢流坝反弧段边界层的发展厚度。     

平行圆板间轴对称扩散层流与湍流进口段效应的研究

本文利用动量积分关系式近似处理方法,对于平行圆板间层流和湍流进口段长度、压力损失以及流量提出统一计算方法。对层流边界层速度分布f(η)=2n-η~2,对湍流边界层速度分布f(η)=η~(1/7)做为计算特例,作者用自制实验台做了一系列的实验,验证了理论计算值。因而,本文的计算式是简便而又可靠的。     

溢流反弧段水流边界层有关概念的探讨

本文对溢流反孤段水流边界层的定义方法进行分析讨论。在分析及弧段流速分布的基础上提出离心力附加边界层厚度和粗糙度附加边界层厚度的概念,研究了壁面曲率和壁面粗糙度对溢流反弧段边界层发展的影响。     

溢流面陡坡段上紊流边界层数值分析

本文论述了溢流面上紊流边界层问题,采用k-ε二方程模型,并通过坐标变换将发展的边界层变为一个规则的矩形区域;最后用有限控制体积法和伽略金有限元法对变换后的方程进行数学离散并求解。通过两个计算实例,获得速度分布、边界层厚度、紊动动能变化。水面线形状、平板及曲面边界层等资料,除紊动动能缺少实际资料验证外,其它计算均与试验结果符合良好。     

浮泥海床上孤立波的粘滞衰减

本文将海底浮泥作为粘性流体处理,利用分层流体模型,首次研究了浅水孤立波在浮泥海床上的衰减。在分层流体模型中引入了三个边界层,理论推导分析得出了边界层内外的流速分布;由边界层内粘滞能量损失推求出波高沿程衰减系数。为证明本文理论,采用天津新港浮泥进行了水槽实验,实测波高沿程衰减与理论预测值符合良好。     

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。     

导流片对水洞等截面拐角流场影响的数值研究

该文针对水洞拐角流场分布不均产生的分离和对流问题,利用计算流体力学软件(Fluent)对水洞第四拐角的流场进行数值模拟,分析导流片数量、分布方式和厚度对拐角出口的流场均匀性及能量损失的影响。模拟结果表明:流场均匀性最佳时,导流片数量和厚度应满足数学模型;随着导流片数目增加或导流片厚度加厚,能量损失均增大;导流片等间距布置时的流场均匀性优于等动量布置,两者造成的能量损失无明显差异。     

计及自由面影响的船舶三维湍流边界层计算

本文用有波势流和薄边界层理论,在计及自由表面影响之下,对船体的三维湍流边界层作了数值计算,其目的是考察自由面对船体边界层发展的影响。 通过数值试验表明:船体兴波对边界层的发展,在自由面附近的影响很大,沿流线方向动量厚度和摩擦阻力系数均有波动,θ_(11)的峰谷位置与波形一致,C_1则相反。傅氏数越大,波动越大。相对地说,兴波对形状因子的影响要小得多了。     

粗糙壁面溢流反弧水力特性及紊流边界层的研究

本文对溢流反弧（Ｒ＝１００ｃｍ）不同粗糙度模型水力特性进行了系统试验，探讨了壁面粗糙度对反弧水流流速、压强分布及边界层发展的影响。综分析了流速分布的影响因素，得出反弧水流边界层外部势流流速不受粗糙度影响的结论，给出了边界层内流速指数随粗糙度变化的关系式。试验表明粗糙度对离心力压强影响甚微。给出了反映壁面粗糙度影响的边界层厚度计算式。     

曲率对边界层湍流结构的影响

本文计算了沿不同曲面流动的湍流边界层。提出了考虑曲率影响的双方程湍流模式。通过与实测的穿过边界层的湍流能量和结构系数分布的数据比较,分析了曲率对边界层的影响。结果发现,曲率对边界层湍流结构的影响小于旋转的影响,但在不旋转的蜗壳中,不能略去曲率的影响。     

溢注面陡坡段上紊流边界层数值分析

本文论述了溢流面上紊流边界层问题，采用К-ε二方程模型，并通过坐标变换将发展的边界怯为为一个规则的矩形区域；最后用有限控制体积法和伽略金有限元法对变换后的方程进行数学离散并求解，通过两个计算实例，获得速度分布、边界层厚度、紊动动能变化，水面线形状、平析及曲面边界层等资料，除紊动动能缺少实际资料验证外，其它计算均与试验结果符合良好。