动水中负浮力射流特征量的研究

流动环境中的负浮力射流与一些工程和实际问题的密切关系,已成为近几年环境水动力学领域中一个十分重要的课题。本文简要地介绍了目前已有的研究工作,并作了评价。在此基础上,提出了进一步研究的问题。     

非静态环境中负浮力射流模拟研究

以计算流体学软件Fluent为基础,通过求解基于雷诺数平均法(RANS)的标准紊流模型对非静态环境中第一种形式的负浮力射流进行了模拟和研究,并用Tecplot处理了Fluent计算求得的曲线,由此得出了该种形式的负浮力射流从开始到结束过程中不同时刻的水流流态图以及整个流动过程的流线分布图。将模拟结果与理论计算结果进行对比、分析,表明该模拟结果与理论计算结果和实际情况吻合,说明该模型和方法能够计算此类负浮力射流。     

流动环境中平面负浮力排放的数值模拟

建立流动环境中平面负浮力倾斜射流的二维k-ε湍流模型,采用D M Shahrahani和J D Ditmars(1976)的试验资料进行检验,并且对平面负浮力倾斜射流流动特性进行了数值预报。给出了射流的分区及分区的界限,同时亦给出了涡心断面的物理量的分布及典型断面上湍动能平衡图。     

静止分层环境中圆形浮力射流全场特性的数值模拟

本文利用混合有限分析与交错网格的思想，结合文献（３）中提出的数学模型和本文给出的有效边界条件，对静止分层环境中浮力射流全场进行了数值模拟，预报结果与试验资料的良好吻合，表明本文的数学模型及混合有限分析法可正确地模拟分层环境中圆形浮力射流全场的形成过程及其水力和特性。     

横流均匀环境中三维线源型正负浮力射流特性研究

本文利用混合有限分析法及交错网格。对横流均匀环境中三维线源型正负浮力射流及负浮力射流的特性进行研究,分析了不同工况下流速,温度和湍动能在断面上的分布及影响射流轨迹线的因素,讨论了轨迹线上温度的变化及浮力射流的贴壁现象。对三维长线源型负浮力射流,分析了流速比,喷口弗汝德数对负浮力射流的影响。     

冷却水工程中湍浮力射流的三维数值模拟

本文作者针对冷却水工程的实际问题，应用浮力修正的ｋ－ε双方程湍流模型及控制容积法，对有横向来流条件下的表面湍浮力射流进行了三维的数值模拟，成功地预测了由温度引起的分流现象，拓宽了湍流模型在该领域的应用。     

平面射流和浮力射流的数学模型及计算方法

本文提出了一个预报平面射流和浮力射流特性的双尺度Ⅱ湍流模型,并给出了六点格式的有限解析法用于数值计算。同时也应用单尺度模型和双尺度Ⅰ模型进行了预报。预报了射流和均匀环境中浮力射流的扩展率、流速分布、温度分布、雷诺切应力分布和湍动能分布。同试验资料的比较证明双尺度Ⅱ模型最好。     

静水条件下垂直圆管负浮力射流的数值模拟

建立了静水条件下垂直圆管负浮力射流的三维水动力数学模型和物理模型,两者的无量纲垂向速度吻合较好;对静水条件下垂直圆管负浮力射流的水动力特性进行了研究。结果表明：随着射流初始速度的增加,射流初始密度和喷口直径的减小,射流最大上升高度和稳态高度均增加。射流初始速度和射流初始密度对最大上升高度时刻中轴线垂向速度衰减早晚和衰减率的影响不大;随着射流初始密度的增加,稳态高度时刻的射流中轴线上垂向速度衰减较晚,衰减率增加;射流量一定时,随着喷口直径的增加,最大上升高度时刻和稳态高度时刻射流中轴线上垂向流速衰减较早,衰减率减小。分别建立了密度弗劳德数表达的无量纲最大上升高度和稳态高度线性关系式;本研究中射流最大上升高度和稳态高度比值趋近于常数1.52,与密度弗劳德数基本无关。研究结果可以为静水条件下垂直圆管负浮力射流的设计和工程应用提供一定的参考依据。     

静止浅水环境中水平圆形浮力射流稳定性的数值研究

给出描述考虑浮力效应的热污水水平圆形浮力射流的数学模型,采用Balasubra-manian等（1978）的实验资料进行检验,计算结果和实验资料的吻合证明了模型和方法的有效性。在此基础上给出静止环境中水平圆形浮力射流稳定性的条件和表面最小稀释度的经验公式。     

横流中有限长线源型倾斜正浮力射流特性的数值研究

本文利用混合有限分析法及交错网格的思想,对横流中有限长线源型倾斜正浮力射流进行了数值计算,成功模拟了端涡现象及其发展过程,比较了倾角为60°倾斜浮力射流与垂直浮力射流轨迹线上的温度和稀释度,还得出了浮力射流是否发生贴壁现象的界限值。     

Progress in numerical simulation of cavitating water jets

This paper reviews recent progress made toward modeling of cavitation and numerical simulation of cavitating water jets. Properties of existing cavitation models are discussed and a compressible mixture flow method for the numerical simulation of highspeed water jets accompanied by intensive cavitation is introduced. Two-phase fluids media of cavitating flow are treated as a homogeneous bubbly mixture and the mean flow is computed by solving Reynolds-Averaged Navier-Stokes (RANS) equations for compressible fluid. The intensity of cavitation is evaluated by the gas volume fraction, which is governed by the compressibility of bubble-liquid mixture corresponding to the status of mean flow field. Numerical results of cavitating water jet issuing from an orifice nozzle are presented and its applicability to intensively cavitating jets is demonstrated. However, the effect of impact pressure caused by collapsing of bubbles is neglected, and effectively coupling of the present compressible mixture flow method with the dynamics of bubbles remains to be a challenge.     

多孔热水浮射流不同孔间距的数值模拟研究

为研究多孔扩散器不同孔间距对污水排放的影响,采用FLUENT软件中的Reyonlds应力模型并结合SIMPLE算法对动水环境中的多孔浮射流不同位置处的压强场、速度场和温度场展开研究,并对结果进行了对比分析。研究表明:孔间距越大,混合点距孔口的距离越远,吸附效应越不明显,在距孔口同一位置处各物理量的数值也越小。     

横流中三维线源型浮力射流特性的研究

本文利用混合有限分析法及交错网格，对横流中有限长线源型浮力射流进行数值计算，成功模拟了端涡现象及其发展过程，并分析了扩散器长度及浮力对湍浮力射流的影响。     

同流中三孔热水浮射流流速场特性的数值模拟

采用FLUENT软件中的Reynolds应力模型对同流中三孔热水浮射流在不同孔间距,不同射流温度,不同流速比情况下的速度场进行了数值模拟,得到了各种工况下速度的分布情况及衰减情况,并对数值模拟结果进行了对比分析,得到了一些有益的规律.     

弱凝胶调驱降维数值模拟方法研究

目前用于弱凝胶调驱的化学驱软件大多存在计算速度慢、数值弥散现象严重的问题,为了提高弱凝胶调驱数值模拟的速度和精度,提出了降低维数的模拟方法。利用追踪流线的方法,将弱凝胶调驱的三维渗流问题,转化为沿流线计算饱和度的一维问题,大大降低了求解饱和度方程组中方程的数目,从而提高了计算速度。利用该方法,模拟了玉门老君庙油田一个试验井区的水驱开发历史,优化了弱凝胶调驱的注入浓度、注入速度及注入体积等参数,并预测了弱凝胶调驱的动态,预测该方案可提高采收率7.6%。     

横流环境中两孔热水浮射流数值模拟研究

为了达到热废水排放过程中热水快速稀释的目的,采用Fluent中Realizable k-ε模型基于SIMPLEC算法,研究了热射流过程中,射流孔间距、初始流速对射流流场、温度场的影响规律。研究表明:随着射流孔间距的增大,第1孔射流对第2孔射流影响程度逐渐减弱且第2孔射流的弯曲程度随之增加;射流与横流作用促使反向涡对的产生,加快了热水与环境水体的掺混度,横断面温度场出现"肾形"分布;当相对孔间距相同时,随着射流初始流速的增加,第1、2孔射流温度衰减速率随之增大;射流初始流速相同时,射流孔间距的增加对第1孔射流轴线温度稀释度影响较小,对第2孔射流的轴线温度稀释度影响相对复杂;S/D=2时,增大热射流的初始流速,为本研究中热水快速稀释的最优方案。