挟沙水流试验研究

通过开展挟沙水流试验,对河槽断面的纵向时均流速横向与垂向分布、瞬时流速频率分布、紊动强度垂向分布规律进行了研究,最后分析了断面宽深比对张瑞瑾公式的影响.得出如下结论:在相同横断面面积、流量情况下,随着断面宽深比的减小,准二维流动的中心区所占河宽比例减小,断面流速分布更加趋中;挟沙水流主流区流速垂向分布基本上仍然符合对数分布,随着含沙量的增大,卡门常数k有减小的趋势;中垂线上各点瞬时流速频率分布基本上符合正态分布;靠近水面处紊动强度最弱,紊动强度随相对水深的减小而增大,随后紊动强度随相对水深的减小而减小;随着断面宽深比的减小,张瑞瑾公式中的系数呈增加的趋势,流量幂指数呈减小的趋势.     

有低矮植被覆盖的河道水流特性试验研究

通过室内水槽模型试验,探讨了有低矮植被生长的河道糙率变化、时均流速的垂线分布以及紊动强度的垂向变化规律.把植被区的垂向流速分布从河床表面到自由液面按有无植被的影响划分为3个区域,试验结果表明:时均流速垂线分布单调递增,增大到大于平均流速的某个值后达到稳定,之后流速分布为半对数分布;纵向、横向及垂向3个方向紊动强度最大值均出现在植被层顶部,且相同测点处存在T(x)>T(y)>T(z)的关系.经过试验分析认为:河道种植植被应选择远远处于淹没状态的较低矮的品种,且种植密度不宜太稠密,可起到固滩护岸、又不至于降低河道的泄洪能力的效果.     

浅海远程海底混响的空间相关特性分析

浅海环境中,海底地形复杂且散射强度大,加之波导效应明显,因此有效地掌握浅海低频海底混响的空间分布特性对工作在浅海的主动远程探测系统极为重要.以耦合简正波理论为出发点,把海底混响视为界面不规则起伏对入射声场的耦合作用所致.依据浅海混响的耦合简正波模型,分别计算了远程海底混响的垂向、水平纵向、水平横向相关性随收发位置、时间和频率的变化关系.利用实验数据验证了该理论得到的垂向相关的计算结果,并通过理论仿真比较了垂向、水平纵向、水平横向的相关特性.研究结果表明,对于低频远程海底混响水平横向相关大于水平纵向相关,垂向的相关特性最差.     

淹没树状植被水流速度分布规律研究

对淹没树状植被水流速度分布规律进行研究,建立了流速解析解模型,模型先将植被水流划分为树干层、树冠层和自由水层,然后将树干层再细分为近床面区和掺混区。研究结果表明,近床面区纵向速度垂向上接近定值;掺混区处于与树冠段交界处,水流紊动剧烈,纵向流速表现为随水深增加而降低。基于Boussinesq涡流粘度理论,采用二阶变系数线性微分方程求解方法,得到树冠层纵向流速垂向分布公式;该层流速与植被直径紧密相关,当植被直径增加时流速减少,当植被直径减少时流速增加。自由水层则直接引用经典对数律流速公式,流速与水深是对数关系。实验结果表明,模型计算值与实验测量值吻合良好,表明模型是合理有效的。     

单圆柱桥墩绕流流场试验研究

通过单圆柱桥墩绕流现象观测,结合观测水流流态、测定水位、流速等,研究单圆柱墩周围三维水流变化规律,以及单圆柱桥墩的水力学特性.结果表明:随着来流的增大,圆柱周围各点流速明显增大,圆柱后水流扰动更加剧烈,横向绕流更加明显,但绕流宽度逐渐减小;在恒定的来流流速下,水流在墩前壅水处流速减小,桥墩两侧流速急剧变大,墩后流速减小,流向不规则,并伴有漩涡出现.距离桥墩越远,水流流态越平顺;一定的来流流速下,自圆柱处开始,横向水流流速先增大而后减小,垂向流速也是先增大后减小的趋势;无论平面还是垂向,河道流速越大,绕流流程相对越长.     

水垫塘冲击射流附壁区的水力特性

采用粒子成像测速技术(PIV)获得了水垫塘冲击射流全域瞬时精细流场,并在此基础上,对附壁射流区的流速分布规律和水流紊动特征等水力特性进行了系统研究.结果表明:在附壁射流区,射流横向断面的流速、紊动强度分布呈自相似分布规律,具有自由射流的特征;在射流纵向,流速随着流程增加而线性减小,射流半扩展厚度和紊动强度随流程增加而线性增大;并提出了描述附壁射流区射流横向断面流速、紊动强度分布规律的方程,同时得到了附壁射流区射流纵向上流速、半扩展厚度和紊动强度沿流程变化的计算公式.     

“研究生论坛”稿件-植被化复式河道流速分布模型的参数敏感性研究

选取国内外常用的复式河道垂向平均流速横向分布模型( SKM),采用局部分析法,研究植被作用下SKM模型中常用的3个重要参数(植被拖曳力系数、涡粘性系数以及二次流系数) 对复式河道垂向平均流速横向分布和断面过流能力的影响。结果表明主槽区参数对模拟结果的敏感性要大于滩地区参数,主槽区参数对断面流速的敏感性要小于对断面过流能力的敏感性,滩地区参数刚好相反,对于植被作用下的SKM模型来说,无论对断面流速还是断面过流能力的模拟,二次流系数的影响都不可忽视,相对于滩地区,主槽区的参数选取对模拟结果的准确性更为重要。     

明渠近壁水流紊动结构

本文采用二维激光流速仪LDA—10和超声波流速仪CDL—86型在固定、活动玻璃水槽内对清水情况三种床面形式和挟带推移质水流进行试验研究,对清水、挟沙水流的纵向脉动流速分布进行了检验、研究,得到纵向脉动流速分布在近壁区是偏态Γ—分布。然后向主流区过渡为正态分布。     

基于随机位移方法的植被水流纵向离散研究

在天然河道中,离散主要是由纵向流速在横断面分布的不均匀所引起,当河道中存在部分挺水植被时,流速分布的不均匀性更加明显。为了研究部分挺水植被水流中的纵向离散,假设各变量在垂向是不变的,模拟一个由流向和横向组成的二维域,引入了基于拉格朗日观点的随机位移模型,该方法直接使用独立运动的离散颗粒来描绘物质的输移,不再需要求解随流扩散方程。随机位移模型主要根据水深平均流速和横向紊动扩散系数的横向分布来确定污染物的分布。其中,流速横向分布公式采用了基于剪切涡的简化经验公式,该公式的优点在于不用对二次流系数进行率定,且物理意义明确;另外,利用量纲关系及遗传算法给出了剪切涡外层宽度的显性经验公式,分析可得剪切涡外层宽度主要由水深和河床阻力决定,植被的直径和密度对于涡旋外层结构影响较小;根据以往实测资料,提出了横向紊动扩散系数的横向分布模型,揭示了横向紊动扩散系数在交界处远大于稳定区的动力特性。为了验证随机位移模型预测的准确性,在长直部分植被水槽进行了室内试验,流场中不同点的浓度过程线的实测值与模拟值吻合良好,表明随机位移模型可以有效地模拟部分挺水植被水流纵向离散,为生态河道污染物混合输移的评估提供了新的方法。     

微凹坑相对位置变化对表面减摩性能的影响

为探讨微凹坑相对位置变化对织构化表面减摩性能的影响,在试件表面分别加工变换微凹坑列与速度方向角度、增大微凹坑横向间距减小纵向间距、以及减小微凹坑横向间距增大纵向间距等三种微凹坑相对位置变化系列的表面织构,利用理论方法分析了表面织构在产生流体动压力时微凹坑之间的相互影响,并利用往复式摩擦试验法进行研究.研究结果表明：在固定的微凹坑直径、深度和面积率下,微凹坑相对位置变化对表面织构的减摩性能具有很大的影响;与微凹坑正方形网格分布的织构化表面相比,微凹坑横向间距与纵向间距比值为r=1/3的织构化表面具有最优的减摩提高效果,在试验载荷200N、曲柄转速400r/min时,可进一步降低摩擦22.14%.     

Effect of heat transfer space non-uniformity of combustion chamber components on in-cylinder soot emission formation in diesel engine

Combustion chamber components (cylinder head, cylinder liner, piston assembly and oil film) are treated as a coupled body. Based on the three-dimensional numerical simulation of heat transfer of the coupled body, a coupled three-dimensional calculation model for the in-cylinder working process and the combustion chamber components was built with domain decomposition and boundary coupling method, in which the coupled three-dimensional simulation of in-cylinder working process and the combustion chamber components was adopted. The simulation was applied in the influence investigation of the space non-uniformity in heat transfer among combustion chamber components on the generation of in-cylinder emissions. The results show that the space non-uniformity in heat transfer among the combustion chamber components has great influence on the generation of in-cylinder NO _x emissions. The heat transfer space non-uniformity of combustion chamber components has little effect on soot formation, and far less effect on soot formation than on NO _x . Under two situations of different wall temperature distributions, the soot in cylinder is different by 1.3% when exhaust valves are open.     

Numerical simulation of fluid flow in a reheating furnace with multi-swirling-burners

A general numerical simulating program for three-dimensional (3-D) and time-dependent fluid flow for a reheating furnace with multi-swirling-burners has been developed based upon an arbitrary Lagrangian-Eulerian scheme (ALE) with the finite volume method. The parameters of fluid flow in a reheating furnace with multi-swirling-burners was calculated and the 3-D velocity distributions were obtained. The design of the burners was optimized for forming better swirling flow. The simulation shows that the fluid flow in the reheating furnace with the optimized burners is reasonable.     

Experimental Study and Numerical Simulation on Spray Characteristics of New-Type Air-Assist Nozzle

To investigate the spray characteristics of a new-type air-assist nozzle, three-dimensional laser phase Dopper analyzer (PDA) was used to measure the spray parameters. The external flow fields of the nozzle were simulated by means of computational fluid dynamics (CFD). The distributions of the diameter and the axial velocity for the droplets were analyzed respectively. The results indicate that, the mean diameter of the droplets fluctuates along the center axis. The distance between the measurement point and the nozzle increases, the axial velocity of the droplets decreases. The further the measurement point from the center axis is, the smaller the axial velocity of the droplets is. With the increase of the nozzle pressure drop, the axial velocity of the droplets improves while the mean diameter of the droplets is reduced, and the distribution uniformity of the droplets is better for the diameter. The simulation result agrees well with the experimental data. The average deviation ranges from 3.9% to 7.7%.     

复杂流道质子交换膜燃料电池的三维数值分析

针对模拟复杂流道设计质子交换膜燃料电池（proton exchange membrane fuel cell ，PEMFC）的传热传质过程和电池电化学性能，提出一个稳态的、非等温的三维数学模型.应用模型对一个电极面积为3.12 cm×4 cm，20条通路的“蛇形”流道结构PEMFC进行数值计算，得到电池的流场、局部电流密度和组分浓度等的多维分布.并分析了不同渗透率对电池特性所产生的影响.结果表明,渗透率越高，压力降越小，有利于提高电池的性能.     

径向直叶片湿式风机内气固两相流的数值模拟

利用FLUENT软件中离散相模型(DPM)和混合模型对径向直叶片湿式风机内部三维两相流场进行模拟.分析风机内部的气固二相的浓度、体积分数、速度矢量和压力等参数的分布,比较两模型在此次模拟中的优缺点.模拟结果表明,在入口粉尘浓度很低的情况下,固相颗粒的浓度分布与气流流向大致相符.DPM模型颗粒相浓分布和混合模型颗粒相体积分数分布的趋势基本一致.DPM模型在反映浓度局部分布时更加精确,而混合模型在描述整个流场的浓度分布时更加完整.模拟结果对径向直叶片湿式风机气、液、固三相流场和除尘机理的研究有指导意义.     

周向导波对各向异性圆柱板纵向缺陷检测的有限元模拟

为了更有效地使用超声技术检测各向异性管道中纵向缺陷,采用正交多项式级数的方法计算了正交各向异性均匀无限长管道中的周向导波的频散曲线,并通过有限元模拟验证了前两阶模态的群速度．根据对群速度频散曲线和位移分布的分析,找出了适合各向异性圆柱板中纵向缺陷检测的频率及模态,通过有限元模拟实现了纵向缺陷的检测及定位．     

耳蜗中粘性流体的速度分布及压力梯度分布

论文根据耳蜗的力学结构特性,将耳蜗近似地看成一个三维的矩形截面管,并利用H B Atabek的假设,对该管入口区域的二维不定常流进行求解,导出了相应的速度分布及压力梯度分布公式。实验结果表明,所给出的耳蜗中粘性流体的速度分布与实际情况相当吻合,这样就为在粘性流体的情况下建立耳蜗模型提供了理论依据。     

三维质子交换膜燃料电池的完整模型

通过聚集体模型描述催化层结构,建立了阴阳极包括蛇形流道、多孔扩散层、质子交换膜和催化层的完整质子交换膜燃料电池(PEMFC)三维流体力学模型,重点研究稳态条件下的基本工作参数分布和气体扩散层渗透率的影响.模型方程借助于计算流体力学软件-F luent求解.模拟的极化行为验证了模型的有效性,说明在燃料电池模型中充分考虑催化层的必要性.计算结果表明流体流速、压力、反应气体组成和局部电流密度等参数的空间分布明显,并且受气体扩散层渗透率影响明显,优化气体扩散层结构至关重要.     

Three-dimensional analysis of the modified sloping cooling/shearing process

A self-designed setup of modified sloping cooling/shearing process was made to prepare the semisolid Al-3wt%Mg alloy. A three-dimensional simulation model was established for the analysis of preparing the semisolid Al-3wt%Mg alloy. Through simulation and experiment, it is shown that the sloping angle of the plate greatly affects temperature and velocity distributions, and the temperature and velocity of the alloy at the exit of the sloping plate increase with the increase of the sloping angle. The alloy temperature decreases linearly from the pouring mouth to the exit. The alloy temperature at the exit increases obviously with the increase of pouring temperature. To prepare the semisolid Al-3wt%Mg alloy with good quality, the sloping angle θ=45° is reasonable, and the pouring temperature is suggested to be designed above 650-660°C but under 700°C.     

雷暴风三维脉动风速场数值模拟

基于壁面射流模型,将雷诺应力模型（RSM）计算得出的Reynolds应力张量引入Letchford谱和Panofsky谱,利用大涡模拟（LES）计算得出的脉动风速结果对其进行验算.对偏差较大的风谱函数进行进一步修正,得到与LES计算结果较吻合的自功率谱函数.结合随机流场生成技术和快速傅里叶变换技术,提出满足不可压缩条件和点相干函数的适用于雷暴风三维脉动风速场的高效的数值模拟方法.为了验证该方法的合理性,选取流场中水平径向风速较大处在高度方向上逐点生成三维脉动风速,对每个点的模拟结果从自功率谱函数和时间相关函数两方面进行验证.模拟值与目标值的吻合效果良好,说明采用提出的方法可以高效、准确地模拟出雷暴风的三维脉动风场.