湍流结构的正交分解与低阶近似及湍流相干模式的识别

对湍流结构的正交分解与低阶近似进行了探讨 ,并在正交分解的基础上建立了湍流相干结构相干模式的识别方法 .同时 ,还对射流、湍流边界层近壁区及槽道流动中湍流结构的正交分解与低阶近似进行了介绍     

消力池导墙点面脉动壁压特性研究

以高坝洲水电站消力池导墙上点、面脉动壁压的同步试验资料为基础,通过随机分析对点、面脉动壁压强度与谱密度函数的变化进行了探讨,并用VITA法对点面脉动壁压的相干模式进行了识别,得到如下成果:作用于消力池导墙上的面脉动壁压强度最大值与上、下游水位之差有关,而点脉动壁压强度与其基本无关;在谱密度函数中,点脉动壁压存在f-1和f-7/3的频谱段,而面脉动壁压的f-7/3频谱段并不明显,且其优势频率略小于点脉动壁压的优势频率;所研究的水流脉动壁压与平顺水流情况下的脉动壁压时间相干模式颇为相似,且点脉动壁压的相干时间比面脉动壁压小.     

跌坎型底流消能工附壁射流区脉动压力特性的数值模拟

采用RNGk-ε模型与VOF模型对跌坎型底流消能工附壁射流区内底板的脉动压力特性进行数值模拟,分析了脉动压力在该区的时域、频域特征以及沿程变化情况.结果表明:从附壁射流区起点处脉动强度沿程增强,在该区0.3D处达到最大,后又沿程衰减,在附壁区终点处脉动几乎为0,通过对9种不同水力条件工况的研究,分析出跌坎深度、入池角度、入池能量对该区脉动压力的影响,为跌坎消能工附壁区脉动破坏研究和荷载计算提供一定的参考依据.     

大跨度桥梁各态历经脉动风场的数值模拟分析

基于本征正交分解(proper orthogonal decomposition,POD)的谱表示法,结合大跨度桥梁脉动风场的特点,推导出一种以互谱密度矩阵为POD对象的脉动风场模拟简化公式.采用以能量评判为准则的误差精确公式,对特征值合理截断阶数进行估计.引入双索引频率,实现了模拟样本的各态历经性.采用快速傅里叶变换(fast Fourier transform,FFT)对算法加速,给出了简化模拟公式在FFT算法下的具体表达式,便于程序编制.利用该法模拟了一座大跨度铁路连续刚构桥的主梁脉动风场,所得样本自功率谱和互功率谱均与目标谱吻合良好,验证了该方法的有效性和正确性.对算法的合成速度进行了分析,指出控制算法速度的关键在于矩阵的正交分解.     

大跨度桥梁空间脉动风场的数值模拟

目的 传统谐波合成法(WAWS法)计算量大、内存耗费多,为解决这一问题探讨一种高效又不失精度的脉动风场模拟方法.方法 采用BP神经网络来拟合分解谱密度函数曲线,以减少互谱密度谱的Cholesky分解次数;同时运用离散快速FFT技术来减少谐波项合成所需要的时间,并结合桥梁自身的结构形式及风致响应特点,考虑脉动风场的有关特性,得到一种简化的三维脉动风速场模拟方法.分别采用现有的WAWS法和改进的WAWS法对一结构模型选取多点进行空间多个相关脉动风速的模拟.结果 现有的WAWS法占用内存35.7 MB,耗时134.9 min;改进的WAWS法占用内存4.1 MB,耗时间193 s.改进的WAWS法计算效率明显提高.结论 改进的WAWS法可以高效、准确地模拟出适合大跨度桥梁结构的随机脉动风场.     

突片激励射流冲击冷却的实验研究

对突片激励射流冲击冷却特性进行实验研究,分析突片形成的流向涡对冲击换热特性的影响,总结了双排射流孔的传热规律. 实验结果表明,在双排突片射流冲击冷却中,突片具有改善冲击换热特性的作用,射流孔的排列方式以及两排孔之间流向孔间距的变化对冲击靶面的温度分布具有较大的影响,叉排孔的有效冷却范围更大,冷却效果更好.     

有射流冲击的短扰流柱排内流场的数值模拟

采用隐式有限体积法术解三维Navier-Stokes雷诺时均湍流方程，对涡轮叶片尾缘区内有射流冲击的短扰流柱排通道内流场进行了数值模拟。湍流模型采用RNG k-ε双方程模型，近壁处湍流利用双层非平衡壁面函数法处理，采用SIMPLE算法求解速度与压力的耦合。数值计算详细的揭示了有射流冲击的短扰流柱排内的流动发展过程以及射流冲击对流场分布和压力分布的影响，并与实验结果进行了对比研究，计算结果和实验数据符合较好。     

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.     

分流孔直径对射流式液动锤性能的影响

为了对射流式液动锤内分流结构进行优化设计,应用CFD(computational fluid dynamics)动态分析技术,研究了分流孔直径对射流式液动锤冲击性能参数和射流元件喷嘴处过流断面平均流速的影响,并进行了实验验证.结果表明:不同分流孔直径条件下,冲击功理论计算值与实测值最大相对误差不大于10%,冲击频率理论计算值与实测值最大相对误差小于11.5%;冲击功随着分流孔直径的增大近似以抛物线形式下降;冲击频率和射流元件喷嘴处过流断面平均流速随着分流孔直径的增大近似呈线性下降趋势.该研究解决了此前在设计阶段无法计算分流条件下液动锤性能参数和射流元件喷嘴处平均流速大小的问题,可为油气钻井用射流式液动锤内分流结构的优化设计提供参考.     

静态混合器内瞬态壁压波动特性实验研究

为了探讨静态混合器内非线性流动特性,利用动态数据采集系统对sK型静态混合器管壁脉动压力进行测量,研究湍流状态下壁压的脉动幅值、功率谱以及结构函数的扩展的自相似标度律.实验研究表明:SK型静态混合器各点压力的最大波动幅值大于125 Pa,并与进口流量呈二次函数关系逐渐增大;瞬态壁压脉动信号的一阶主频率低于0.5 Hz,功...     

撞击流反应器压力波动信号的Hilbert-Huang变换分析

将Hilbert-Huang变换(HHT)应用于撞击流反应器压力波动信号分析,并提取出浸没循环撞击流 反应器压力波动信号的各阶内禀模态函数(IMF),证实了压力波动信号的非线性、非平稳特性。分析压力波动信号 各阶内禀模态函数的能量分布以及高、中、低频段能量分布与转换,发现不同频段IMF的能量分布与流型转变之间 的对应关系。结果表明,随着螺旋桨转速的增加,在粒子相互撞击的过程中,产生不同程度涡运动,使得各阶IMF分 量的能量分布也随之变化。新的Hilbert-Huang变换分析方法直接揭示了撞击流反应器内压力波动信号经EMD 分解所得的IMF分量的能量分布与流体流型转变之间的内在规律,同时也提供了一个有力的定量依据。     

撞击流反应器内压力波动信号的间歇性分析

结合小波变换模极大值的方法对撞击流反应器撞击区压力波动时间序列进行多重分形分析,并确定相应的压力波动信号的间歇性指数,探讨撞击流反应器撞击区非线性、非均匀性和混沌特性机理。对计算机采集的压力波动信号通过Matlab以及Origin进行数据分析处理。通过分析不同转速以及不同位置的信号得出:撞击流反应器内部流体流动具有多重分形的特性,由于通过间歇性参数随转速变化出现的最低拐点可以判断反应器内部流型的转变,得出流型的转变区域,即由撞击流向平推流的转变;随转速的变化,流型的转变基本一致,在z=20 mm附近;同时随着转速的增大,z=-10 mm流型的转变要先于z=0 mm时流型的转变。     

工业季戊四醇结晶成长速度

针对传统流化床结晶器中工业季戊四醇结晶成长速度低及产品质量和产率不稳定的问题,在新型撞击流结晶器中开展了工业季戊四醇结晶成长速度的研究实验,采用阿伦尼乌斯公式拟合了结晶器中结晶成长速度系数同温度之间的关系,将撞击流结晶器和传统流化床结晶器中工业季戊四醇结晶成长速度进行了对比.研究结果表明:撞击流结晶器中结晶成长速度系数高于流化床中结晶成长速度系数;撞击流结晶器和流化床结晶器中的结晶成长速度系数都随温度的升高而增大;实验结果支持撞击流中强烈的微观混合和压力波动促进结晶成长动力学过程的理论推测.     

声在随机介质波导中的传播

提出一种利用逐次近似法,分析点源声波在Pekeris理想波导中当介质有微弱起伏时,声信号起伏规律的方法.获得的问题近似解析解,表明在给定情况下,即或介质起伏服从高斯规律,信号起伏也不服从高斯规律,且在发射和接收不同相对位置处,所得到的信号起伏率与各项空间相关函数也会有不同.     

矩形高层建筑横向湍流脉动风压谱密度函数的分析计算

目的 为计算矩形高层建筑在湍流脉动风压作用下横风向风振动力反应值，推求横向湍流脉动风压谱密度函数．方法 从湍流理论的基本方程出发，在一定假设条件下，根据Taylor关于湍流的“冻结”假定，从湍流基本方程的傅氏变换解可以导出脉动风压谱密度函数的计算公式，并考虑了全部的剪切项．结果 据此计算出的结果在一定条件下其组合值与原型观测数据相吻合．结论 湍流脉动风压谱与日本规范中的扰力谱幅频特性有差别．可以采用CFD（Computational Fluid Dynamics）风场数值模拟结果计算湍流脉动风压谱密度函数与均方根值．     

撞击流反应器的流场测量及数值模拟研究

为更好地了解撞击流反应器的流场特性,通过实验对撞击流反应器内流体的压力场进行测量,并使用数据采集系统应用脉冲-响应法对速度场进行测量.结果显示在撞击面的中心部分存在一个撞击区,此区域关于撞击面对称,基本上为轴对称,区域内压力较高而流速很低.围绕此区域有一个强烈湍动的区域,能够促进混合及反应的进行.同时使用FLUENT软件对反应器中的流场进行数值模拟,数值模拟结果与实验测量结果吻合较好.     

喷嘴形状对对置式撞击流反应器流场影响的数值模拟

为了研究锥直型和矩形喷嘴对流场的影响,用Fluent软件对四口对置式撞击流反应器内部流场进行了三维数值模拟,得到入口截面上速度等值线图和等压图及Y方向上X-Y和Y-Z 截面的速度分布云图,然后使用 tecplot后处理软件提取数据,最后利用 Origin 软件作出曲线图并进行比较分析。结果表明：在入口截面上,锥直型喷嘴反应器速度大于矩形喷嘴反应器速度,流动更加稳定;Y 轴纵向上,锥直型喷嘴反应器内部流体、动能转化压能更加完全;锥直型喷嘴反应器压力脉动小,流束更加集中,保障了流体拥有足够能量撞击。为对置式撞击流的工业化设计提供了理论依据。     

采用联合相似度谱聚类集成的极化SAR分类

为了降低谱聚类算法尺度参数对分类结果的影响,避免Nystrm逼近导致的分类结果不稳定,提出了一种基于谱聚类集成的极化合成孔径雷达(SAR)地物分类方法.首先,利用像素间的空间关系和极化信息,将基于相干矩阵Wishart距离的相似性测度和基于极化特征矢量欧氏距离的相似性测度相结合,引入马尔可夫随机场势函数,构造谱聚类的相似性矩阵;然后,采用基于Nystrm逼近的谱聚类实现极化SAR数据的单次谱分类;最后,采用集成策略完成对极化SAR图像的地物分类.实验结果表明,该算法提高了分类精度,区域一致性保持较好,且分类结果稳定.     

对已有强震地面运动功率谱模型的改进

为使得地震动功率谱模型在低频区域更好的模拟实际地震动的能量分布,同时兼顾模型的简单性和实用性,在已有地震动功率谱模型基础上提出了修正金井清模型和修正胡聿贤-周锡元模型.文中推导了具有这2种功率谱特征的平稳过程作用下单自由度结构的随机响应计算公式;基于单自由度结构随机反应对6种功率谱模型进行了对比.结果表明:修正胡聿贤-周锡元模型构造简单,能合理描述强震地面运动过程的频域能量分布,其对应平稳随机过程作用下结构随机响应也与加速度时程样本对应的结果相符,适于工程应用;修正金井清模型在一定程度上修正了金井清模型的缺陷,可以替代金井清模型.     

采用二级DCIM方法计算厚介质微带的闭式格林函数

采用二级离散复镜像方法快速计算微带结构的闭式格林函数．离散复镜像方法采用广义函数束方法将谱域格林函数表示成指数函数的线性组合,并使用Sommerfeld恒等式得到空间域的闭式格林函数．二级离散复镜像方法将谱域格林函数分两步近似,减少了广义函数束方法对格林函数进行指数拟合的时间．数值结果表明,二级离散复镜像方法是一种快速、有效的求解闭式格林函数的方法．