水流与壁面间切应力估计方法的比较研究

精确估计水流与壁面间切应力在泥沙输移和水利工程安全方面具有重要意义。通过选取并整理文献数据,对现今七种主要的水流与壁面间切应力的估计方法在不同雷诺数的条件下进行评价和比较,发现总体上湍流动能外推法和雷诺应力外推法估计壁面切应力的可靠性和精确度最高,平均相对误差分别为3.2%和5.2%。湍流能量法、湍流动能法和雷诺应力法次之,以壁定理的精确度最低,但其所需的数据较容易获取。二阶应力法的精确度取决于阻力系数的取值。其中,壁定理和二阶应力法的估计值偏高而更加安全,湍流动能外推法的估计值较为准确,而其余方法给出的估计值偏低。所得结果对不同条件下水流与壁面间切应力估计方法的选择以及直接测量仪器的校准有一定的参考价值。     

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.     

基于壁面模化大涡模拟的SUBOFF壁面脉动压力数值研究

该文基于开源计算流体力学平台OpenFOAM,采用壁面模化大涡模拟中的非平衡壁面模型,对雷诺数ReL=1.2×107(L为艇长)下的SUBOFF艇体绕流问题开展了数值研究.通过Liutex涡识别方法,该文给出了艇体近壁流动的涡结构分布,提取了艇体表面的时均压力系数,与实验数据进行了对比,并在此基础上重点研究了壁面模化大涡模拟对壁面脉动压力的预测,给出了不同区域的壁面脉动压力频率谱、平行中体处流向和周向波数-频率谱.研究结果表明:壁面模化大涡模拟能够准确预测艇体表面时均压力分布;脉动压力预测方面,艇体首部转捩区的压力脉动更为剧烈,脉动压力谱级整体高于充分发展湍流区;从脉动压力流向波数-频率谱中可观察到湍流能量集中的迁移脊,很好地反映了湍流的时空关联特性.     

表面活性剂减阻流体热边界层温度脉动及传热特性实验研究

该文针对在水中添加阳离子表面活性剂产生的减阻作用同时降低传热性能的现象,应用相位多普勒激光测量系统和热电偶温度测量系统对二维流道内表面活性剂减阻流体热边界层内的湍流温度脉动以及传热特性进行了实验研究.研究表明,表面活性剂减阻流体平均温度梯度在流动缓冲层很大,热扩散率较低,而水的热阻主要发生在近壁区域的高扩散层.表面活性剂减阻流体温度脉动强度与速度脉动强度有相似的分布趋势,其峰值都向外层移动.在近壁处的高扩散层温度脉动频率很小,而在平均温度梯度很大的低扩散层,减阻流体的温度脉动频率有所增强.而水的温度脉动频率比表面活性剂溶液高且在整个断面上几乎没有变化.对于表面活性剂热流体,湍流温度脉动对轴向热流量的贡献更大,使得轴向热流量的最大值出现在靠近温度脉动强度最大值所在的位置.表面活性剂减阻流体法向湍流热流量分布与雷诺应力分布有相似的趋势.     

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.     

流动减阻的研究综述

目前,对于流动减阻的相关研究和应用越来越多,许多有效的流动减阻方法得到了广泛的应用.对于这些方法的减阻机理,一般认为是通过增加粘性底层的厚度实现减阻的.其中,高聚合物添加剂减阻的方法在石油输运、消防及船舶等众多领域广泛应用,效果比较显著,在机理上有"粘弹说"、"应力各向异性说"等理论研究.然而,目前关于流动减阻机理的研究还不是十分成熟,需要进一步进行研究.     

柔管与紊流耦合减阻效果的初步研究

为探讨柔管与紊流耦合减阻的初步机理,采用双重管结构及激光传感测位仪,在通过实验确认柔性管与刚体管相比确有紊流减阻效果的基础上,对柔管的紊动振动特性及相应的紊流减阻效果以及二者的相关性进行了实验研究。结果表明：柔管的壁厚越小,管外壁振动的脉动位移越大,无量纲的猝发周期也越大,紊流减阻效果越好;柔管壁外为压力平衡空气且雷诺数约为17 500时,壁厚分别为2,3,4 mm柔管的无量纲猝发周期依次为141,126,105,这将为设计高效的流体输送技术提供了一种实验技术上的选择。     

明渠流掺气增流减阻规律的理论研究

本文研究了明渠中气液分层层流、分层紊流情况下的水流量增加或阻力减小规律。研究表明,明渠中的气液分层层流、分层紊流,即在近壁层内充以空气,可以在相同条件下明显地增大明渠的水流量,实现有效的减阻。     

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。     

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。     

植物坝覆盖区明渠二维两相流场紊动特性研究

漂浮植被占用了行洪断面面积,增大了河流的阻力,遇到障物后,造成河道严重堵塞。通过室内物理模型试验和数值模拟的方法,研究、分析大面积覆盖水面的漂浮植被对河道泄洪能力、河道水体结构、水流特性的影响。根据紊动强度和雷诺应力沿程变化,从波动幅度上看,植物覆盖区波动幅度较大;对根茎区,无植物覆盖但受影响区紊动强度不大,但较无植物覆盖时的明渠水流有明显增大,植物坝覆盖区及植物坝前缘区变化显著,尤其是植物坝前缘区的紊动强度波动很剧烈。     

EXPERIMENTAL STUDY OF 3-D TURBULENT BEND FLOWS IN OPEN CHANNEL

1.INTRODUCTION Mostnaturalflowsareturbulent,andthenat uralriversareprevalentlymeandering.Mostofthe riverbendsarethosewithnot fully developedcir culationcurrentsonly,inwhichcentralanglesfor thebendsaresmallerthan180°,even90°.These bendflowsarecharacterizedbythedevelopmentoflateralcirculationcurrentsandbythenot fully offsetsofmainflow,withobvious3Dfeatures.Soinhydraulicengineeringandnavigationengi neering,itisimportantandnecessarytoinvesti gatethe3Dturbulentcharactersofbendflow.Be causet…     

明渠渠底糙率突变对紊流摩阻流速及壁面切应力影响的试验分析

通过激光测速仪,对壁面糙率突变时的明渠紊流进行试验,测量了糙率突变不同水深情况下明渠紊流的纵向时均流速和脉动流速。通过实测资料分析不同糙率突变和不同水深的紊流摩阻流速变化情况和水流的壁面切应力的特点。     

AN INVESTIGATION OF FLOW CHARACTERISTIC OF AERATED DRAG REDUCTION IN TUBE

Under the aerated conditions of wall and top intube, the turbulent flow in the tube was measured by usingLDA. The turbulent structure of the flow field and the mech-anism of aerating drag reduction in the tube were discussed. It is shown that the energy dissipations of turbulence flow andmean flow will reduce and the flow velocity (or flow rate) willincrease by injecting mini-bubbles to the wall or top of tube,namely the effect of aerating drag reduction is attained.     

开孔促淤板周围水流紊动特性试验研究

为深入了解开孔促淤板周围的水流特性,通过室内概化水槽试验分析了开孔促淤板前后的水流紊动特性,采用声学多普勒流速仪(ADV)测量了开孔促淤板前后典型断面上的三维瞬时流速,分析了典型断面上的时均流速、紊动强度、雷诺切应力和紊动能的分布规律。试验结果表明:板后近板区出现回流区,且回流区与开孔促淤板格栅位置相对应;板后水流相对紊动强度、雷诺切应力及相对紊动能明显大于板前,开孔促淤板对板后近板区水流影响较大;随着与开孔促淤板距离的增大,回流现象消失,流速变化趋于稳定,水流相对紊动强度减小且最终趋于稳定,相对紊动能出现折减且折减率逐渐降低;靠近近板区xOy面雷诺切应力大于yOz面雷诺切应力,靠近下游xOy面雷诺切应力与yOz面雷诺切应力相差较小。     

湍流雷诺应力的本构关系

本文建立力学本构关系的本构公理和湎流运动特征,分析了雷诺应力与平均速度梯度之间的本构关系,得出了该雷诺应力表达式不具备适应各种边界条件的通用性,但在某些湍流或某些湎流区域具有存在条件的结论。文中还给出了适用条件的判断准则和计算方法。     

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.     

圆管流掺气减阻理论研究

本文研究了圆管中气液分层层流、分层紊流及掺气混合紊流情况下的阻力减小规律。理论研究表明，圆管中的气液分层层流、分层紊流，即在近壁层内充以空气，可以在相同的水流量下，使阻力下降，实现减阻。而掺气混合紊流时，只有当壁面附近的含气浓度大于圆管中心处的含气浓度时，才能在相同水流量下，使阻力下降，实现减阻