射流冲沙研究

作者通过实验和分析，研究了横流中加入平面冲击射流对防止局部泥沙淤积的影响。水槽实验中观测了水射流局部紊动强度变化、射流冲沙范围内局部紊动剪应力分布、泥沙不淤积临界断面的底部垂向紊动强度和射流强度与泥沙防淤尺度的关系。得出了射流影响区水流紊动能随距离的衰减规律和保持泥沙不淤积所需的水流临界紊动强度。统计分析了射流强度与紊动能的变化关系。根据泥沙悬浮理论和射流紊动输沙机理，建立了水射流局部无泥沙淤积长度经验计算式，并以不同特性泥沙的射流输沙实验资料对所建立的计算公式进行了验证，二者吻合良好。     

反向流动中圆射流流动特性试验

利用超声多普勒流速仪（ADV）对反向流动中圆射流流动特性进行了试验，获得了该射流的横断面流速分布、射流扩展宽度和轴线流速沿程变化，以及横断面紊动强度、流速分布的偏差系数等紊动特性。     

ADV技术测量圆射流流场紊动特性实验

利用 ADV(Acoustic Doppler Velocimeter)技术对静止环境条件下圆射流流场紊动特性进行了研究 .通过专门的 Win ADV系统分析软件获得了射流横断面上流速的紊动强度、偏斜度、平坦度及雷诺应力的分布 ,轴线流速紊动强度的变化和射流瞬时速度变化等紊动特性 ,并将所得成果与已有的国内外成果进行了比较     

淹没紊动射流三维流场特性的数值模拟

采用RNGk-ε紊流模型对有限空间的单孔、双孔紊动射流的流场进行了三维数值模拟研究。研究结果表明:无论入流条件如何变化,经无量纲处理后的轴线流速分布曲线几乎都落在同一条无量纲速度分布曲线上,说明流动存在相似性。双孔射流时,流场存在分区结构,在不同的喷嘴间距下,射流的卷吸程度不同,S/D越大,射流之间的卷吸掺混作用越弱。     

两种近壁湍流模式对横向紊动射流尾流场的影响

采用RNGk-ε模型，并分别结合标准壁面函数法和两层模型的壁面函数法对横向紊动射流流场结构进行了数值模拟。得到了射流与主气流速度比R等于2和4时对称面内速度的沿程分布，以及对称面内的速度场和压力场。结果表明：射流出口背风侧流动出现了分离，存在尾迹区，R值增加，尾迹区范围也相应增加；标准壁面函数法无法模拟出分离区内较大的压力梯度变化，所计算的流场分离区较大；两种壁面函数法预测的沿程速度分布和实验的数据大体一致，但是在最大速度点的下方，两层模型的壁面函数法与实验结果接近，从而说明两层模型的壁面函数法更适于求解横向紊动射流问题。     

横流中单圆孔紊动射流计算与特性分析

给出了横流中单圆孔紊动射流的数学模型，采用k-ε紊流模式来封闭模型，运用壁函数处理近壁面的流动.对不同流速比的流动，结合混合有限分析法及交错网格进行了计算，其结果与试验资料吻合较好，进而给出了该类流动的特性，有趣地发现在这类流动中存在着分叉现象和马蹄涡结构     

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。     

跌坎型底流消能工淹没射流区流速衰变规律

跌坎型底流消能工消力池内的流态为淹没射流和淹没水跃的混合流态,为了解淹没射流区的水力特性,应用紊动射流理论,分析了淹没射流区主流的扩散规律、主流轴向最大时均速度的衰变规律。采用水力学试验方法,借鉴目前研究成果的基础上,开展了淹没射流区主流轴向最大时均速度衰变规律的研究。通过试验研究结果,推导出以入池角度为控制目标的跌坎型底流消能工淹没射流区主流轴向最大时均速度衰变的半经验公式。     

在流动水体中周边射流的稀释

本文提出用带活动盖板的喷口形式防止海水与泥沙入侵甚至破坏水下放流系统,并增加污水出口初始稀释度。应用自相似假说分析得到了这种喷口形成的水平周边射流的最大速度衰减率为r~(-1.5),由此根据运动叠加原理推导了在流动水体中近区污水场形状和稀释度的计算公式。同时从紊动混合的机理出发推导了污水场后续扩散与稀释的计算公式。实验证明水平周边射流比垂直自由射流初始稀释度大很多,且污水出露点大为远移。     

磨料参数对准直磨料射流切割性能的影响

根据多相流体介质在准直管内有阻流动方程式数值分析了供料量和粒径对准直磨料射流中磨粒加速效果的影响。研究表明，磨粒速度随着供料量的增加而逐渐降低。磨料质量浓度小于９．５％时供粒量对磨粒速度影响不显著。不同的供料量对应着不同的最佳管长，粒径越小磨粒加速度越快，磨料射流的切割效果取决于磨粒速度和粒径大小，粗磨料略优于细磨料     

扭曲型挑坎挑流的数值模拟

采用RNGK-ε湍流模型与VOF多相模型对扭曲型挑坎挑流进行水气两相流三维数值模拟,模拟了挑坎里的自由水面与挑流的空中轨迹线,得到计算域的速度、压强、湍动能K与湍动能耗散率ε的分布、内外挑距与水舌宽度,并与物理模型的试验结果进行比较,两者吻合良好,验证了该数值模拟方法的可靠性、合理性。     

往复流中射流的流态研究

为研究近海水域的排污扩散规律,推导了往复流中射流流团运动轨迹与计算式.对排污工程进行概化,给出了模型的边界条件与数值模拟的工况,利用重组化群紊动能-紊动耗散率紊流模型,对往复流中射流流态进行了模拟,验证了数值模拟结果,研究了射流流速分量等值线分布,采用半经验半理论的方法分析了射流流团涡心运动规律.结果表明,受横流控制,射流z轴方向流速分量w等值线(简称:射流w等值线)在对称面上手形对称,形成两排并行的流团,流团在运动过程中互相掺混,形成Y状外形.在z剖面上射流w等值线形成一对同心圆.得到了流团涡心运动轨迹x与z分量随时间t变化的函数关系式.     

同轴直射流与旋转射流组合的双射流湍流流场数值模拟

摘要：直射流与旋转射流分别具有能量传递距离长与能量传递分布面积大的优点，为了尽可能的提高射流能量利用，本文提出了结合两者优点的同轴直射流和旋转射流组成的新型双射流。对淹没条件下的组合双射流流场特性，进行数值模拟研究。采用RNGκ-ε模型和高精度QUICK离散格式，得出了不同速度组合下双射流流场的直射流轴心速度衰减和旋转射流旋转速度衰减规律，速度矢量图，量化分析了射流结构对流场结构的影响。计算结果表明，在喷嘴压降一定时，存在三种轴心速度衰减曲线，当旋转射流轴向速度高于门限速度的情况下，射流衰减速度最慢。另外，直射流与旋转射流轴心衰减曲线存在很大差异，要提高双射流能量利用，内外喷嘴的流量分配至关重要。     

基于弱可压缩理论的射流泵流场数值预报

应用弱可压缩流体控制方程和大涡模拟湍流模型，采用MacCormack的预估一校正方法对射流泵内流场(二维)进行了数值模拟。经过对不同射流泵运行工况的计算，都取得了令人满意的预报结果。研究表明，弱可压缩流动方程能代表低马赫数时的真实流动现象，且方程具有双曲性质易于数值求解。数值模拟结果可为改进射流泵性能提供依据。     

基于SPH方法挑流水舌的数值模拟研究

以数值模拟挑流水舌的运动特性为目标,采用光滑粒子动力学方法,根据水气两相流的运动规律,建立掺气水舌的SPH数学模型,根据空气阻力的作用特性和自由表面判据,得到了空气阻力的计算关系式,提出了掺气水舌的SPH数值解法。针对桓仁水电站泄洪雾化,进行了掺气水舌的SPH数学模型实例研究,所得到的光滑粒子运动图像刻画了挑流水舌与空气的相互作用,模拟了挑流水舌的掺气过程,并得到了掺气水舌的厚度和速度随其曲线长度的变化关系。结果表明,桓仁水电站挑流水舌的外缘挑距模拟值为82.2 m,原型观测数据为80.2 m,计算误差为2.49%。掺气水舌的挑距模拟值与其原观值基本一致,证明了掺气水舌SPH数学模型模拟挑流水舌运动的有效性和可靠性。     

The gas jet behavior in submerged Laval nozzle flow

The behavior of the combustion gas jet in a Laval nozzle flow is studied by numerical simulations. The Laval nozzle is installed in an engine and the combustion gas comes out of the engine through the nozzle and then injects into the surrounding environment. First, the jet injection into the air is simulated and the results are verified by the theoretical solutions of the 1-D isentropic flow. Then the behavior of the gas jet in a submerged Laval nozzle flow is simulated for various water depths. The stability of the jet and the jet evolution with a series of expansion waves and compression waves are analyzed, as well as the mechanism of the jet in a deep water depth. Finally, the numerical results are compared with existing experimental data and it is shown that the characteristics of the water blockage and the average values of the engine thrust are in good agreement and the unfixed engine in the experiment is the cause of the differences of the frequency and the amplitude of the oscillation.     

掺气坎射流出射角的修正方法

掺气坎后射流出射角受到来流水深和射流紊动扩散的影响,不等于挑坎的挑角,计算掺气空腔长度时,应该对出射角进行修正。而目前采用的考虑紊动扩散对出射角影响的修正方法存在不合理的假设。考虑到坎末水流流态为充分发展的紊流,射流边缘处于紊动能耗散区,提出了一种紊动扩散对出射角影响的修正方法。采用该方法计算的射流紊动扩散角与试验结果更吻合。对出射角修正后,结合简单的抛射体公式,就能较精确地估算掺气空腔长度。     

动水环境中有限宽窄缝湍射流的水力特性研究

本文采用粒子图像测速(PIV)系统，在分析了水中粒子跟随性的基础上，对动水环境中多种喷口长度和流速比情况下的有限宽窄缝湍射流近区流场进行测试，并结合数值模拟结果分析讨论了动水环境中有限宽窄缝湍射流的近场三维流动特性。在实验观测的流速比范围内，射流势流核长度随着流速比的增加而增大并逐渐趋近于平面自由湍射流的势流核长度，雷诺数对射流的发展轨迹影响很小，射流发展主要由流速比控制。同时，给出了射流背流面逆流区长度与流速比、喷口形状因子之间的关系。     

同向流中圆形射流的试验及数值分析研究

采用激光诱导荧光技术（laser induced fluorescence, LIF）对同向流动环境中圆形射流的标量物质浓度场进行定量化研究,获得同向流动环境中圆形射流的中心线浓度变化规律和沿程各断面上的时均浓度分布规律,并与同类试验研究成果进行对比验证。利用通用CFD软件Fluent,建立同向流动环境中的圆形射流数值模型,采用可实现k-ε紊流模型封闭雷诺时均方程,计算结果与试验结果进行比较验证。研究表明,数值模型能有效地补充相应的试验研究工作,为将来更复杂的射流问题研究提供了可靠并且灵活的试验和数值研究平台。     

Simulation of buoyancy-induced turbulent flow from a hot horizontal jet简

Experimental visualizations and numerical simulations of a horizontal hot water jet entering cold water into a rectangular storage tank are described. Three different temperature differences and their corresponding Reynolds numbers are considered. Both experimental visualization and numerical computations are carried out for the same flow and thermal conditions. The realizable k-e model is used for modeling the turbulent flow while the buoyancy is modeled using the Boussinesq approximation. Polynomial approximations of the water properties are used to compare with the Boussinesq approximation. Numerical solutions are obtained for unsteady flow while pressure, velocity, temperature and turbulence distributions inside the water tank as well as the Froude number are analyzed. The experimental visualizations are performed at intervals of five seconds for all different cases. The simulated results are compared with the visualized results, and both of them show the stratification phenomena and buoyancy force effects due to temperature difference and density variation. After certain times, depending on the case condition, the flow tends to reach a steady state.