优选数值计算方法用于不对称街道峡谷的研究

分别将迎风、混合及调和QUICK格式用于对称街道峡谷的汽车排放污染物浓度预测,并与风洞实验结果相比较,研究表明数值模拟与风洞实验吻合较好,调和QUICK格式的预测效果最佳。将调和QUICK格式用于不对称街道峡谷的研究,发现当迎风面建筑物高于背风面建筑物时,峡谷内的流场和浓度场与对称街道峡谷相似,即峡谷内有一个顺时针方向的强漩涡,使得背风面污染物浓度高于迎风面污染物浓度。同时,随着迎风面建筑物高度的增加,漩涡中心的位置成垂直向上分布,且与迎风面建筑物的高度基本成线性关系;当迎风面建筑物低于背风面建筑物且差别较大时,街道峡谷内出现了两个反时针方向旋转的强漩涡,使得峡谷内的流场与浓度场都发生较大的变化,迎风面污染物浓度会高于背风面污染物浓度。同时表明,峡谷上方的顺时针方向漩涡的中心呈抛物线向右上方向发展,而峡谷下方的逆时针方向旋涡的中心呈抛物线向左E方向发展。     

日光照射地面对街道峡谷内流场的影响研究

本文采用数值模拟技术对日光照射街道峡谷地面时峡谷内气体运动和机动车排放污染物扩散规律进行了研究。研究结果表明当日光照射到地面时,使得地面与峡谷内空气产生温差,由于密度不同造成的浮升力会对街道峡谷内的流场产生影响:风速较大时,峡谷内依然是规则的漩涡结构,热效应增强了湍流强度;风速较小时,峡谷内的流场结构发生变化,由较强的单漩涡变为多漩涡结构,与不计日光照射时峡谷内运动特征有显著的不同。峡谷内的污染物扩散受到流场结构变化的影响,在迎风面一侧逆时针漩涡的作用下污染在迎风面产生积累,而且多漩涡流场结构使峡谷内污染物浓度升高;但随着温差的增大,峡谷内的运动增强,污染物浓度相应降低。     

日光照射下城市街道峡谷内活性污染物扩散的数值研究

该文用数值模拟方法对城市街道峡谷内的机动车排放活性污染物扩散进行了研究,并分析了机动车排放中的NOx与大气中的臭氧在太阳辐射的环境下发生的光化学反应对街道峡谷内污染物传输、扩散以及分布产生的影响.研究发现,街道峡谷中的流场导致NOx在背风面产生累积,在给定的条件下,近地面处NOx浓度达到7.5×10-6左右,且随高度的增高而减小,污染物随着气流从背风面上升,流向街道峡谷中线再扩散到迎风面,其浓度也呈逐渐降低趋势;同时由于光化学反应的进行,在背风面一侧附近臭氧的浓度偏低.并对△T=10℃和△T=4℃两种温差下的污染物分布进行了比较,结果显示:增强地面受热能够加快气流的运动,△T=10℃的情况下,背风面附近的NOx浓度较低,而迎风面一侧的NOx浓度较高.这一结果表明增强地面受热能够促进背风面积聚的污染气体向街道峡谷上方和迎风面一侧运输和扩散.     

城市街道峡谷内污染物扩散模拟中不同湍流模型的比较研究

利用计算流体力学软件FLUENT，采用七种不同湍流模型（标准k-ε、RNGk-ε、realizablek-ε、标准k-ω、SSTk-ε、RSM和Spalart-Allmaras）对城市街道峡谷内的气流运动和污染物扩散进行了数值模拟。计算获得的峡谷内气流场和污染物浓度分布表明，虽然七种湍流模型都预测出峡谷内生成一个控制污染物输移的顺时针大旋涡（主旋涡），但它们在次生涡的模拟上存在差异。通过将峡谷迎风面和背风面上的无量纲污染物浓度分布模拟结果与风洞试验数据进行对比分析，揭示出：标准k-ε模型的总体预测效果最好，RNGk-ε模型、realizablek-ε模型以及RSM模型的预测效果次之，而标准k—ω模型、SSTk-ω模型以及Spalart-Allmaras模型的预测效果较差。在环境评价和基于环境容量约束的交通配流方案优选中，本研究成果对于如何合理选择湍流模型来模拟预测机动车排放污染物在峡谷内的扩散分布具有重要指导意义。     

钝体尾迹区通气空泡流动特性研究

该文采用实验的方法开展了不同雷诺数和通气量下钝体尾迹区通气空泡流动特性的研究,依据雷诺数Re和通气率Q_v建立了通气空泡气液两相流的流型图谱。根据通气空泡流动特征,将其分为两大类,分别是旋涡脱落型和相对稳定型。当通气率为Q_v=0.086 6时,雷诺数的改变不影响空泡流型,均属于旋涡脱落型。当通气率为Q_v=0.278时,钝体尾部有空泡包裹,随着雷诺数的增加,空泡长度显著减小,空泡形态由相对稳定型向旋涡脱落型转变。当雷诺数保持一致时,随着通气率的增加,均出现了由旋涡脱落型向相对稳定型转变的趋势。随着雷诺数的增加,由旋涡脱落型转变为相对稳定型所需要的通气率增大。     

洪水过程下双峰寺水库水动力特征及污染物迁移规律研究

为有效控制水体污染提供理论依据,同时为水库水动力-水质联合模拟及调控提供技术支撑。以双峰寺水库为研究对象,借助MIKE21构建了水动力-水质耦合模型,模拟在1962年典型洪水过程的工况条件下水动力特征及污染物迁移规律,输出结果表明：在典型洪水过程的工况下,库区内流场变化导致污染物浓度波动剧烈,随洪水过程的进行,其中BOD和DO浓度变化曲线相似,在洪水初期污染物浓度迅速下降,降低为某一数值时,下降坡度突然变缓直至过程结束;NH₄和PO₄浓度变化曲线相似,在洪水初期,三点浓度成上升趋势,并且越远离入库位置的点,浓度增加越迅速且时间越长,并随着浓度上升至最高点后迅速下降;NO₃浓度变化曲线较为特殊,在洪水来临时呈短暂的平稳趋势,随后猛然增加到最大值2.5 mg/L左右,并在其附近上下波动。可见在洪水作用下,库区各污染物的运移规律会随着洪水过程而呈现一定的变化。     

生态友好型旋涡水电站旋涡特性研究

以生态友好型旋涡水电站为研究对象,利用环室旋涡的数学模型和CFD数值计算方法重点分析电站旋涡特性,以期对生态友好型旋涡水电站的运行提供技术参考,最终得出结论:速度环量为水流做旋转运动的基础;流道不同位置的旋转中心点不同,且在流道出口处旋转方向发生了变化,旋涡切向速度随着半径增加先增大后减小,当半径为核心半径时,旋涡切向速度达到最大值;旋涡切向速度随着水位增加而增大;旋涡轮廓线近似为二次曲线;旋涡高度随流量呈线性变化关系。     

漓江上游灵渠丰枯水期水量水质综合变化分析

为了研究漓江上游灵渠丰枯水期水量和水质的变化,选取灵渠水文站1960～2019年径流和2004～2019年高锰酸盐指数、氨氮与总磷水质数据,使用统计分析法、Mann-Kendall法、Spearman秩相关系数和综合污染指数对水量水质进行综合分析。结果表明：(1)在丰、枯水期的年际变化方面,灵渠高锰酸盐指数浓度都呈现不显著的上升趋势,氨氮浓度都呈现显著的下降趋势,总磷浓度呈不显著的下降趋势;年际间高锰酸盐指数浓度的变化比氨氮、总磷剧烈。(2)枯水期径流与高锰酸盐指数、氨氮、总磷浓度和污染物通量的相关性,大于丰水期径流与污染物浓度和污染物通量的相关性。(3)径流量增大对高锰酸盐指数的稀释作用起主导作用,然而,径流量增大引起的氨氮和总磷污染物入河的增加量,大于径流量对河流氮磷污染物的稀释量(能力)。(4)丰、枯水期的高锰酸盐指数浓度随着径流的增加而减小,高锰酸盐指数污染以点源为主;丰、枯水期氨氮、总磷浓度随着径流的增加而增加,氮磷污染以面源为主。     

淮河流域水质污染时空变异特征分析

选取淮河流域的82个水质监测站,对各站点的1986—2005年水质监测数据进行统计分析,探讨了全流域内水体污染物浓度变化的时空变异特征,为淮河流域水污染治理、水环境保护以及生态修复提供依据。采用时间序列法分析水体污染物浓度的时间变化规律,应用Mann-Kendall检验法对流域范围内水体污染物浓度变化趋势进行了分析。研究结果表明,淮河流域水质变化主要受到入河排污量、上游来水量、闸坝调控方式以及气候条件等方面因素的影响。蚌埠站的水体污染物浓度多年变化规律表明,1995年是水体污染物浓度变化的转折点,1995年前水体污染物浓度不断恶化,1995年后水体污染物浓度逐渐好转。DO浓度的年内变化主要受到水温的影响,表现为冬季浓度高于夏季浓度;CODMn浓度同时受到闸坝调控方式以及区域来水量的影响,汛期浓度低于非汛期。从全流域的水体污染物浓度变化规律看,有机污染物浓度呈显著上升趋势的河段主要分布在淮北支流上,说明在20世纪90年代后期,虽然流域进入相对丰水期以及进行了大规模的水污染联防工作,淮河流域水质污染得到了一定程度的改善。但在2000年后,随着流域内入河污水量和污染物排放量的增加,淮河流域的水质污染依然严重。     

出厂水残余锰在给水管网中的氧化沉积研究

针对南方某市经常发生的管网黄水机制不明的问题,用PE管搭建了中试装置,开展了初始锰浓度、初始余氯浓度、停留时间等因素对管网中锰氧化、沉积影响的研究。结果表明,在6.67h的水力停留时间和小于0.1mg/L的初始锰浓度范围内,锰氧化量随初始锰浓度的增加呈指数上升的趋势。当余氯浓度在0~1.0mg/L范围内时,锰在管道内的氧化量和沉积量均随余氯浓度的升高而显著上升。随着停留时间的增加,锰的氧化速率较为稳定,而锰的沉积速率呈现逐渐加快的趋势。     

TRAFFIC EMISSION TRANSPORTATION IN STREET CANYONS

Spatial distributions of traffic-related pollutants in street canyons were investigated by field measurements and Computational Fluid Dynamics (CFD). Two typical street canyons were selected for field monitoring, and a three-dimensional numerical model was built based on Reynolds-averaged Navier–Stokes equations equipped with the standard k ? ε turbulence models for CFD simulations. The study shows that the pollutant concentrations of vehicle emission correlate well with the traffic volume variation, wind d...     

NUMERICAL STUDIES ON AIRFLOW AND POLLUTANT DISPERSION IN URBAN STREET CANYONS FORMED BY SLANTED ROOF BUILDINGS

Based on the CFD technique, fifteen cases were evaluated for the airflows and pollutant dispersions inside urban street canyons formed by slanted roof buildings. The simulated wind fields and concentration contours show that W/H, W/h and h/H (where W is the street width, and H and h are the heights of buildings at the leeward and windward sides of the street, respectively) are the crucial factors in determining the vortex structure and pollutant distribution within a canyon. It is concluded that (1) in a symmetrical canyon, at W/H =0.5 two vortices (an upper clockwise vortex between the slanted roofs and a lower counter-clockwise one) are developed and pollutants accumulate on the windward side of the street, whereas at W/H=2.0 only one clockwise vortex is generated and thus pollution piles up on the leeward side, (2) in a step-up canyon with W/H =0.5 to 2.0 (at h/H =1.5 to 2.0)and a step-down canyon with W/h=1.0 (at h/H =0.5 to 0.667), the pollution level close to the lower building is higher than that close to the taller building since a clockwise vortex is generated in the step-up canyon and a counter-clockwise one in the step-down canyon, (3) in a narrow step-down canyon with W/h=0.5 (at h/H =0.667) very poor ventilation properties is detected, and inside a wider step-down canyon with W/h=2.0 the vortex structure and consequently pollutant distribution varies greatly with h/H.     

孤立波与不同淹没深度水平圆柱体的相互作用

用基于时变雷诺方程和方程为基础的数学模型模拟了孤立波与近海不同淹没深度水平圆柱的相互作用过程,其中自由表面的跟踪采用了分段线性近似的VOF方法.结果表明：当圆柱靠近水底时,尤其是在圆柱与底部海床有较小缝隙时,圆柱底部附近的涡旋较强;而圆柱靠近水面时,水面附近的涡旋较强,圆柱越靠近水面,圆柱背浪面一侧的水面附近产生的涡对越多.     

绕圆柱非定常周期性涡旋脱落的数值模拟

利用非定常流函数涡量方程数值模拟圆柱突然起动尾流涡旋的形成及周期性脱落过程。对求解的流函数的一阶导数即速度项采用四阶精度的Hermitian公式，而方程的对流项则采用四阶精度的差分格式，并利用ADI方法迭代求解差分方程组。当雷诺数Re不大于40时，圆柱尾流为附体的两个对称涡，为定常解。当Re大于40后流动为非定常及非对称的，圆柱尾流呈现周期性涡旋交替脱落而形成著名的Karman涡街。选择Re=100为例，在初始条件未加任何扰动情况下，成功地模拟了圆柱非定常涡旋形成与脱落的完整过程（无量纲时间算到t=250及以上）。所计算的阻力系数与实验结果及其它数值方法的计算结果一致。约在t=200形成严格的Karman涡街。对涡量方程ADI求解方法的稳定性进行了分析。对流项采用四阶精度差分格式，若应用于定常问题，将极大提高数值求解的精度，若应用于非定常问题的求解，将对求解精度有所改善，其中时间空间两阶混合偏导数的处理是关键，有待进一步的数值实验。     

混流式水轮机卡门涡致振机理探讨与分析

水轮机出现卡门涡后易引起振动等问题。许多安装混流式水轮机的水电站发生卡门涡频率的强烈振动，严重时甚至造成转轮叶片裂纹破坏，学界多认为这是由卡门涡共振引起。本研究通过比较卡门涡频率和固有频率的巨大差异、大朝山电站转轮叶片减薄修型后强振工况向大负荷转移等事实，提出新观点：大多数卡门涡强振及其破坏并非由共振引起。本研究进行了模型水轮机卡门涡观测试验，比较了流量、空化系数对可见卡门涡的影响，发现可见卡门涡多发生于大流量工况或低空化系数导致的涡心压力较低时，指出卡门涡由其涡心空化造成。通过电站消除卡门涡危害的措施等进一步说明：卡门涡共振存在于小流量工况，但共振能量低，没有显著破坏性;大流量工况的卡门涡强振并非共振，而源于卡门涡空化空腔溃灭产生的巨大冲击力。     

EXPERIMENTAL STUDY OF FLOWFIELD STRUCTURE AROUND AN OGIVE-CYLINDER

BRIEFINTRODUCTIONOFTHEPAPER :　Theflowfieldaroundaslenderbodyatalargeangleofattackbecomesasymmetricandahighsideforceandyawmomentareexertedonthebody .(1)Thetypicalflowsubstantialstructureissuccessfullyvisualizedbyexperiments ,andtheflowfieldaroundtheslenderbodywiththechang ingofangleofattackcanbeclassifiedintosixregimesaccordingtodifferentflowpatternsanditsaerodynamiccharacteristics .Thelargeanglesofattackfromwhichahighsideforceappearsisboundedas 4 5° α 6 0° .(2 )Thespatial 3 Dc…     

关于卡门涡街形状稳定性的一点分析

在圆柱绕流的卡门涡街中,单个涡对于来流有相对速度,以该速度观察,其周围的流线更类似无旋理论中有环量的圆柱绕流.因此在势流解的基础上,运用扰动理论分析了涡街形状的稳定性问题.结果表明,涡位置的纵横比有一变化范围,以卡门的经典值为下限,与涡相对速度,实际涡核的大小及其环量都有关系,但与不构成单调的关系.与实验数据和数值模拟的结果进行对比,表明论文的分析是合理的.     

A numerical investigation of the flow between rotating conical cylinders of two different configurations

The flow between two coaxial conical cylinders is numerically studied for two different configurations, with the inner cone rotating and the outer one at rest. It is found that, in one configuration,at least at a small Reynolds number（Re）, the pressure is a decreasing function of z while in the other configuration, it is an increasing function of z. In the first configuration, the pressure curves for different Re have intersections, while in the second configuration they do not. The gap between two conical cylinders is filled with six pairs of Taylor vortices at about the same Reynolds number and in each pair of vortices in the first configuration, the upper vortex is larger than the bottom one while in the second configuration, the bottom vortex is larger than the upper one.     

带裙房建筑结构表面风压的数值模拟分析

针对目前《建筑结构荷载规范》无法给出体形复杂结构表面风压分布的缺点,基于计算流体力学与大气边界层理论,利用CFD数值模技术对带裙房的建筑结构表面风压分布进行了分析。研究结果表明,数值模拟得到的建筑结构迎风面体形系数与规范数据吻合较好;只有建筑物的迎风面处于正压区域,其余面均处于负压区。相关成果可为建筑物抗风设计提供可靠依据。