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.     

不同来流条件及沙波形态对沙波湍流场的影响

目前,对沙波问题的研究主要侧重于对沙波形成机理的研究,对于沙波形态、水流条件与沙波湍流场之间的关系,相关的研究成果相对较少。通过建立概化后的沙波模型研究其湍流场的分布结构,分析了来流雷诺数与沙波形态对湍流场的影响。研究表明:回流区的形态、大小和再附着点的位置受雷诺数的影响较大,高雷诺数下的沙波湍流与后台阶流动有一定的相似性;在充分发展的湍流当中,回流区的长度比会随着沙波波陡的增大而减小,但同等条件下,迎、背流面水平距离比值大小不影响回流区长度,仅影响回流区在垂向上的形态以及回流强度。     

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.     

PIV在二维后向台阶流实验研究中的应用

利用粒子图像测速技术(PIV),对雷诺数150相似文献   

黄骅港风生流及紊动的三维特性

通过近15年的建设,黄骅港典型的半封闭式港区于2012年基本建成,3条长导堤对流场和紊动能的分布特征影响显著.基于Delft3DFLOW软件建立黄骅港三维潮流数学模型和紊流模型,将已验证的模型与ENE向6、8级风耦合,研究2012年工况下黄骅港风生流及紊动的三维时空分布特征.通过定量分析可得,ENE向风作用下的黄骅港风生流由东南向西北方向运动,对潮流场的影响显著;与无风相比,6级风作用时流速与紊动能的量值、水平分布以及垂向结构的变化较小,但8级风作用时流速与紊动能的水平分布与垂向结构变化显著,紊动能增加近2倍;垂向平均紊动能与垂向平均流速的分布规律基本一致,紊动能在涨潮期间较落潮期间强;在8级风作用时,风应力在水体表层产生的紊动能明显强于底部边界层作用产生的紊动能,可达2.5倍;长导堤环抱港池内的水体流速和紊动能与港池外相比大幅减弱.     

浅水环境中垂向圆形纯射流的数值模拟

为探求浅水中射流的特性，提出了浅水环境中垂向纯射流的流速分布公式.应用体积率（VOF）方法跟踪处理自由水面，利用重组化群的（RNG）紊动能－紊动耗散率（k-ε）模型，对静止均匀浅水水域中的铅垂圆形单孔纯射流进行了数值模拟，研究了自由面位置和不同区域的流速场分布；并比较了RNG k-ε紊流模型、标准k-ε流模型与物理模型试验的结果.结果表明，自由射流区轴向流速、表面冲击区轴向流速、表面射流区径向流速随自由水面隆起高度的变化规律符合正态分布，射流喷口中心线轴向流速符合半无限域衰减规律.与标准k-ε试验结果相比，RNG k-ε流模型更适合于浅水纯射流     

旋流消能工内空腔旋流的数值模拟

为了克服试验研究的局限,揭示旋流消能工内部的流动特性,以公伯峡水平旋流泄洪洞为例,在原、模型试验研究的基础上,采用Realizablek-ε湍流模型对空腔旋流进行数值模拟.模拟结果表明,压强等值线沿径向大致以旋流空腔为中心的同心圆轴对称分布;旋流区和空腔内流速具有明显的分区特性,旋流区动能沿程由切向动能向轴向动能转变,并得到旋流角的印证;旋流空腔沿旋流洞轴向和径向均有变化;湍动能与湍动能耗散率的径向分布体现出水气交界面处水气混掺紊动、离心力引起壁面摩擦力的增加是空腔旋流具有较大消能率的原因.通过数值模拟与原、模型水力特性的对比分析可知,数值模拟能够客观地反映出空腔旋流内部的流场特性,成果可为旋流消能工内空腔旋流的研究应用提供参考.     

基于准自由涡分布的阻塞旋流泄洪洞流场分析

为解决高坝泄洪建筑物亟待解决的高速水流问题,提出了新型的阻塞旋流泄洪洞。本文采用试验研究和理论分析相结合的方法,对该类泄洪洞在不同阻塞体型下的流态、泄流量、壁面压强、空腔直径、旋流角和流速等水力特性进行了研究,并在此基础上基于准自由涡分布理论对旋流流场进行了分析。结果表明,阻塞有利于改善旋流洞内流态,增大壁面压强,可大大减小空化可能性;阻塞使旋流空腔半径减小,旋流角增大,同时阻塞处水流急剧紊动,提高了水流消能率;阻塞可减小泄流能力是其不利之处。依据水流流动的形成机理分析和试验实测流速分布特点,基于准自由涡分布规律对切向流速进行了分析,得到了相关参数;建立了壁面压强、旋流角、空腔直径、泄流量与切向流速分布参数等水力特性间的关系式和相对轴向流速的计算表达式,并通过试验实测数据验证了旋流准自由涡运动规律的正确性。研究成果可为阻塞旋流泄洪洞的研究与应用提供参考。     

推移质颗粒3维运动紊动特性试验研究

采用3维粒子示踪测速技术,观测了10种不同示踪粒子的粒径、比重以及水力比降等水沙条件下推移质颗粒的3维运动,并对其紊动特性进行了统计分析.分别探讨了粒径、比重及水力比降对推移质颗粒紊动强度的影响,定性总结了3个方向上紊动特性的变化规律.实验结果表明,推移质颗粒的纵向紊动强度随粒径减小和水力比降的增大而加大,垂向和横向紊动强度在近壁区的变化规律与纵向相反,颗粒比重对紊动强度的影响不明显.     

浅水流动环境中垂向缝隙射流的数值模拟

为探求浅水流动环境中缝隙射流的流动规律,提出射流的影响范围公式与流动转变条件.应用体积率（VOF）方法跟踪处理自由水面,利用重组化群（RNG）紊动动能-紊动耗散率（k-ε）模型,对浅水流动环境中垂向缝隙射流进行数值模拟.研究流速分布和自由水面位置,对比数值模拟与物理模型试验结果,分析流动转变条件.结果表明,计算结果与试验结果吻合较好,射流出口断面垂向流速分布符合半无限域中射流流速的衰减规律,流速场分布及自由水面位置在小流速比、临界流速比及大流速比下存在不同特性,自由水面隆起高度和流速比、水深比有关,射流对上游的影响距离随流速比增大而增大.     

Reynolds number dependence of flow past a shallow open cavity

Measurements were carried out in a shallow open cavity with particle image velocimetry technique. The cavity has a length- to-depth ratio of 4:1, and the upstream inflow conditions include laminar, transient, and turbulent regimes at seven different Reynolds numbers. The measured instantaneous velocities were analyzed through ensemble average, vortex extraction, and proper orthogonal decomposition (POD) to investigate overall flow circulations, Reynolds stress distribution, spanwise vortex population, and the characteristics of the POD modes. The results reveal distinctive Reynolds number dependence of the cavity flow, e.g. an increase in Reynolds number results in constant migration of the overall circulation, enhancement of Reynolds stress, reduction of correlation between vortex and Reynolds stress, and decrease of fractional energy of the characteristic POD modes. Finally, a phenomenological model was proposed to describe various features of cavity flow.     

岸坡植被对复式河道水动力特性影响的数值模拟

广泛分布于天然河道岸坡的植被能够改变河道水流特性,进而影响坡脚淘刷、河岸稳定及河道形态演变趋势。为精细揭示岸坡植被对复式河道水动力特性的影响,提出植被固壁边界处理方法,利用雷诺应力模型封闭紊流控制方程构建了复式河道三维水动力数学模型,并对复式河道水流特性进行了模型验证,模拟结果与实测结果吻合较好。将该模型应用于岸坡有植被的复式河道水流特性研究,对比非淹没刚性植被、淹没刚性植被、淹没与非淹没刚性植被交替和无植被情况下流速、流量、河床剪应力、雷诺应力以及紊动能分布的差异。结果表明：岸坡植被加剧了滩槽间横向动量交换,引起二次流涡旋数量、强度和范围的增加,同时使得横断面流速、流量分配、河床剪应力、雷诺应力及紊动能在滩槽交界区显著减小,紊动交换在临近植被的周边区域明显增加。其中岸坡种植非淹没刚性植被时效果最为显著,相比无植被情况,二次流涡旋数量增加了一对,岸坡植被区流速、流量分配、河床剪应力、雷诺应力及紊动能大幅减小,甚至趋近于零,而临近植被的周围区域紊动交换剧烈,无量纲化的紊动能值可达到20。     

Influence of void space on microscopic behavior of fluid flow in rock joints

Advanced microfluidic technology was used to examine the microscopic viscous and inertial effects evolution of water flow in rock joints. The influence of void space on fluid flow behaviour in rock joints under different flow velocities was experimentally investigated at the micro scale. Using advanced fabrication technology of microfluidic device, micro flow channels of semicircular, triangular, rectangular and pentagonal cavities were fabricated to simulate different void space of rock joints, respectively. Using the fluorescence labelling approach, the trajectory of water flow was captured by the microscope digital camera when it passed over the cavity under different flow velocities. The flow tests show that the flow trajectory deviated towards the inside of the cavity at low flow velocities. With the increase in flow velocity, this degree of flow trajectory deviation decreased until there was no trajectory deviation for flow in the straight parallel channel. The flow trajectory deviation initially reduced from the void corner near the entrance. At the same time, a small eddy appeared near the void corner of the entrance. The size and intensity of the eddy increased with the flow velocity until it occupied the whole cavity domain. The gradual reduction of flow trajectory near the straight parallel channel and the growth of eddy inside the cavity reflect the evolution of microscopic viscous and inertial forces under different flow velocities. The eddy formed inside the cavity does not contribute to the total flow flux, but the running of the eddy consumes flow energy. This amount of pressure loss due to voids could contribute to the nonlinear deviation of fracture fluid flow from Darcy’s law. This study contributes to the fundamental understanding of non-Darcy’s flow occurrence in rock joints at the micro scale.     

Cavitation Inception in Turbulent Flows Around a Hydrofoil

For most engineering purposes cavitation de-grades performance.Engineering designs are ai med atproducing geometries and operating conditions thatresist cavitation.It is desirable to identify,under-stand,predict,and control the physical mechanismsleading to cavitation inception.One of the centralproblems in cavitation research has been the predic-tion of the onset or inception of cavitation.The cavi-tation occurring in a flow system is related to thepressure field and viscous flowpatterns[1].…     

近壁区网格Δy对TTU建筑风场湍流计算的影响

为了研究近壁区网格厚度旬对建筑物风场绕流时湍流计算结果的影响,提高k-ε EARSM湍流模型用于建筑物数值风洞模拟的准确性,结合TTU试验建筑的实测数据,以△y为参数进行了数值风洞模拟。对k-ε EARSM的雷诺方程进行了解析,并推导了旬的简化计算公式。基于准稳态时步逼近技术,计算了（y=0．001、0．005、0．01、0．05和0．1m等5种工况下的时均流态,对绕流特征、湍动能分布和中轴线脉动风压系数、平均风压系数进行了比较。研究表明,过小的△y会导致高湍动区渗透进入近壁区,计算稳定性变差;过大的细则会降低高湍动区计算结果的准确性。据此,给出兼顾模拟精度与计算稳定性要求的△y变化范围为0．01～0．05m;并给出了△y上限值的经验计算公式。     

刚性淹没双层植被明渠水流紊流特性研究

文章采用标准 紊流模型,结合雷诺平均Navier-Stokes方程,对刚性淹没双层植被明渠水流特性进行了研究。计算所得的流速值与实测值吻合良好,表明计算方法可行。进而根据空间及时间的双平均理论,给出了双平均条件下的明渠流速,雷诺应力及紊动能分布,并对紊动能平衡方程中的各项进行了分析。结果可以看出,刚性双层淹没植被作用下,垂向流速分布曲线由三个拐点将其划分为四个区域;雷诺应力及紊动能分布在植被顶端明显增强,高植被顶端各项值均大于低植被顶端相应值;紊动能平衡方程中的紊动耗散项及压力耗散项在紊动能平衡方程中起着主导作用;植被顶端区域产生的涡,通过喷射和扫掠作用使其附近水体发生质量及动量交换。     

粘性不可压缩流体平面流动的有限差分解法

本文使用上风差分格式求解了二维非定常粘性不可压缩流体非守恒的Navier-Stokes方程,讨论了相应的差分方程的精度、收敛性和人工粘性.发现当雷诺数增大时,使用非守恒型方程比守恒型方程易于收敛、更为适宜.本文还对壁面拐角上点的涡量计算提出了一种新的方法.以曲折流道内粘性流体的流动为例进行了数值计算,结果表明与实验结果具有较好的一致性.     

Experimental study on visualization of the flow field in microtube

Fluid flow in microtubes and microchannels has emerged as an important area of re-search. Because advances in microelectro-mechanical systems (MEMS) and other mi-crotechnologies involving fluid transport require the use of microfluidic components, which are often interconnected by tubes and channels. Up to now, many researches es-pecially on experimental studies have been performed to clarify the heat and mass transport characteristics in the microtube and microchannels. Wang and Peng[1] exp…     

摇摆条件下窄通道内单相水流态转捩特性

矩形窄通道广泛应用于紧凑式换热器中,其内单相流动流态转捩特性会受到摇摆运动的影响.结合流迹显示技术,对摇摆条件下矩形窄通道内单相水从层流向湍流转变临界点附近的流动特性进行了实验研究.结果表明稳态条件下临界Re为2 550左右.摇摆条件下当Re小于2 400时,流态显示为稳定的层流,Re大于3 500时,流态为湍流,摇摆对稳定的层流区和湍流区流态没有影响;Re为2400～3 500之间时流动处于过渡区,摇摆对其流态转变有一定影响.在临界点附近摇摆振幅越大,流态转捩越容易发生;摇摆周期对流态转捩影响很小.摇摆运动改变系统重位压降及产生附加压降,从而对流态转捩的影响不可忽视.     

大Re数粘性不可压缩流动数值解的一个有效方法——定常二维涡流流场的数值研究

本文提出了一个修正SOR方法来求解大雷诺数的定常二维流动的Navier-Stokes方程,该方法在整个流场内具有二阶精度并可以避免迭代的发散性。涡量和流函数是作为解的基本变量,对流项的精度是籍助一个有效的中心差分变换来修正。作为数值举例,对雷诺数为200、400、1,000和1,0000的方腔涡流场做了计算。所得结果也和文献中的适用方法结果做了比较,表明目前所建议的修正逐次超松弛(ISOR)方法是完全适合于求解较高雷诺数的流动问题。