JONSWAP波环境下湍动射流三维大涡模拟研究

在σ坐标下,采用分步算法求解3维滤波后的Ⅳ-S方程,其中亚格子模型采用作者提出的动力拟序涡粘性模型封闭.数值模拟了波动环境下湍动射流问题.其数值计算结果与实验值和理论值吻合良好.分析了JON.SWAP波环境下垂直湍动射流回流区域拟涡能分布特性以及JONSWAP波作用下射流掺混特性;给出了射流掺混图像和射流对JONSWAP波波能损耗影响特性.成果为随机波作用下污染物排放的掺混与稀释特性研究提供了手段与理论依据.     

横向椭圆射流的大涡模拟

为探索大型电站锅炉横向再燃射流的穿透性，采用大涡模拟方法分别计算了射流速度比率为10的横向圆管湍流射流和椭圆湍流射流，基于射流速度50 m/s的雷诺数为16 600.模拟结果表明，圆管射流中心轨迹与试验数据基本一致，方向因子为0.3的椭圆射流的穿透能力远大于圆管射流穿透力.计算捕捉到了射流上游由开尔芬 亥姆霍兹不稳定性引起的剪切层涡卷、始于近场并主宰远场的逆向旋转涡对和圆管射流尾涡区的垂直上升尾涡.与圆管射流相比，椭圆射流的剪切层涡卷的强度大大减弱，逆向旋转涡对狭长对称，尾涡区的垂直上升尾涡并不明显，这是椭圆射流穿透力提高的主要原因.     

离散涡丝方法模拟矩形射流场的研究

采用三维离散涡方法对不可压矩形射流场进行了数值模拟，结果发现与圆射流不同的是，即使在不加扰动的情况下，封闭涡丝也极不稳定，不再呈现矩形，而是波浪形，并有流向涡产生。矩形涡丝失稳和演变的程度都比圆形涡环的情形更快，本结果对于矩形射流的利用具有指导意义。     

冲击射流二次生成涡的大涡模拟研究

为揭示冲击射流大涡拟序结构的变化规律，研究了冲击射流壁面二次生成涡卷起及与壁面分离的演化特性.采用Smagorinsky提出的亚网格尺度模型，得出了壁面二次生成涡结构变化与冲击高度、雷诺数和喷嘴宽度的关系.数值模拟结果表明，雷诺数对壁面二次生成涡的卷起位置影响较小，但是壁面二次生成涡与壁面的分离位置却有随雷诺数增大而外移的趋势.随着冲击高度的增加，二次生成涡卷起及与壁面分离位置距离滞止点的位移也相应的增加.当冲击高度与喷嘴宽度的比值取值相同时，喷嘴宽度的大小对壁面二次生成涡的演变特性基本上没有影响.     

射流泵内流场的大涡模拟

阐述了二维弱可压缩流体流动控制方程和大涡模拟湍流模型.基于该模型对射流泵各种运行工况进行了一系列数值模拟计算.计算中模拟了异常边界条件下射流泵的流场特性,重点模拟喷嘴出口回流旋涡并给出了可视化描述.对不同计算网格数和大涡模拟系数对计算结果的影响也作了论述.提出的网格生成和数值模拟方法具有较高的效率,计算结果可靠.     

颗粒群在平面湍射流中输运弥散的大涡模拟

该文针对不同质量流率颗粒群在平面湍射流场中的运动进行了大涡模拟,对颗粒相采用拉格朗日观点的轨道方法进行跟踪.结果显示当流率较小时,颗粒相在漩涡外围聚集较多,流率逐渐增加时,会有颗粒从流动区域逃逸到原先静止的流体区域,以至于在整个射流区域,都相对均匀的分布着颗粒.质量流率对颗粒相在y方向上的平均浓度分布影响相对较小,在流...     

锥形阀消力池淹没射流的大涡结构及特征

结合盘石头水库输水洞模型试验 ,应用现代紊流理论 ,对输水洞下游锥形阀消力池内的复杂流动结构进行了观测试验和定性分析 ,并从紊流力学的角度对耗散作了机理性分析 .认为锥形阀消力池内流态的显著特点是锥底存在较大范围的卷吸区 ,流态具有强三维性 ,大尺度涡拟序结构对池内的流速分布、压强分布及消能起主导作用 ,为进一步进行锥形阀消力池内流态及消能的定量计算奠定了基础     

气固多相双通道同轴射流湍流场的数值模拟（1）

以气体湍流运动方程组,ｋ－ε双方程湍流模型及颗粒群运动的轨道模型为基础,气体湍流场的计算采用ＳＩＭＰＬＥ数值计算方法,颗粒群的运动方程采用Ｒｕｎｇｅ－Ｋｕｔｔａ方法求解,开发研制出相应的通用计算软件,可以理论模拟预测工程气固流动中的气体湍流场的速度分布,颗粒运动速度场及颗粒的空间运动轨迹等。     

雷诺数对气固两相圆湍射流影响的实验研究

为了探求气固两相圆湍流射流的特性，研究了不同雷诺数对气固两相圆湍射流的影响.在水平圆喷口近场处使用了粒子图像测速技术(PIV)，对雷诺数分别为6 230、10 010时的气固两相湍流射流进行测试.采用3种粒径的玻璃微珠作为示踪粒子.获得了距喷口出口截面轴向距离为3倍喷口内径处的示踪粒子速度矢量分布.分析比较了不同雷诺数下气相拟序结构对于颗粒扩散的影响.结果表明，随着雷诺数的增大，大颗粒受气相流场的作用更大，颗粒沿轴向的运动刚性加强，颗粒跟随主气流前进的趋势更加明显     

两种典型肋条形状大涡模拟

在长距离输气管道中最主要的能量损失形式是湍流阻力。为了研究肋条形状对湍流情况下流过肋条的流体介质的影响规律,采用CFD软件,在雷诺数为5 300的条件下,对间隔三角形肋条和刀刃形肋条两种典型肋条进行大涡模拟,通过分析壁面阻力和流场,得出减阻效果更好的肋条形状,并找出不同形状肋条影响流场的原因。结果表明,与间隔三角形肋条相比,刀刃形肋条受到的壁面阻力更小,近壁区速度梯度更小,产生的二次涡使流场更加稳定,具有更好的减阻效果。     

On coherent structures in a three-dimensional transitional plane jet

Direct numerical simulation of coherent structures in the three-dimensional transitional jet with a moderate Reynolds number of 5000 was conducted. The finite volume method was used to discretize the governing equations in space and the low-storage, three-order Runge-Kutta scheme was used for time integration. The comparisons between the statistical results of the flow field and the related experimental data were performed to validate the reliability of the present numerical schemes. The emphasis was placed on the study of the spatial evolution of the three-dimensional coherent vortex structures as well as their interactions. It is found that the evolution of the spanwise vortex structures in three-dimensional space is similar to that in two-dimensional jet. The spanwise vortex structures are subject to three-dimensional instability and induce the formation of the streamwise and lateral vortex structures. Going with the breakup and mixing of the spanwise vortex structures, the streamwise and transverse vortex tubes also fall to pieces and the mixing arranged small-scale structures are formed in the flow field. Finally, the arrangement relationship among the spanwise, the streamwise and the lateral vortex structures was analyzed and their interactions were also discussed. Supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant No. 50506027)     

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.     

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     

Large Eddy Simulation of a dilute particle-laden turbulent flow over a backward-facing step

Dilute gas-particle turbulent flows over a backward-facing step are numerically simulated by Large Eddy Simulation (LES) for the continuous phase and Lagrangian particle trajectory method for the particle phase. Predicted results of mean velocities and fluctuating velocities of both phases agree well with the experimental data, and demonstrate that the main characteristics of the flow are accurately captured by the simulations. Characteristics of separation and reattachments as well as essential features of the coherent structure are obtained, in which the processes of vortex roll up, growth, pairing and breaking up are shown in details. Particle dispersions are then investigated through particles’ instantaneous distributions in coherent structure as well as the mean and fluctuating properties of particle number density (PND). The predicted mean PND agree well with experiment results. For small particles, the instantaneous distributions show much preferential concentration, while their mean PND shows more uniform distribution in downstream region. On the contrary, for large particles, their instantaneous distributions are much uniform (without clear preferential concentration) due to less effect of large eddy coherent, while their mean PND across the section is not uniform for more particles are distributed in the main flow region. The preferential concentration of particles by the large-scale eddies can lead to a high fluctuating PND. Supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant Nos. 19972036, 50172067) and the Research Committee of The Hong Kong Polytechnic University (Grant No. A-DP99)     

减阻水溶液槽道湍流特性POD分析

为进一步分析减阻水溶液湍流减阻机理,对质量分数为30×10-6十六烷基三甲基氯化铵(CTAC)水溶液槽道湍流减阻流动进行了实验研究,并基于本征正交分解方法研究减阻水溶液流动中减阻剂对流动结构的影响．结果表明:CTAC水溶液流动在不同雷诺数(15×10⁴、25×10⁴和35×10⁴)下分别具有651％、700％和330％减阻效果;基于本征正交分解方法分析湍流脉动速度场,发现CTAC添加剂能够抑制湍流猝发过程中的低速流体的上喷及高速流体的下扫,即在一定程度上抑制了相干结构的发生及其发展过程,最终导致湍流减阻．     

自激脉冲喷嘴结构参数对涡环影响的数值分析

要使自激脉冲喷嘴产生良好的激振，影响自激腔内涡环结构的喷嘴腔体直径、腔体长度、上喷嘴直径、下喷嘴直径、碰撞壁中心角等参数硌须相互配合，采用无量纲量，针对3种腔径、5种腔长、4种下喷嘴直径和1种上喷嘴直径配合而成的多种工况进行交叉数值分析，通过对数值模拟结果的分析，给出自激喷嘴结构参数的最优数值配比。     

自激脉冲喷嘴结构参数对涡环影响的数值分析

要使自激脉冲喷嘴产生良好的激振, 影响自激腔内涡环结构的喷嘴腔体直径、腔体长度、上喷嘴直径、下喷嘴直径、碰撞壁中心角等参数必须相互配合.采用无量纲量,针对3种腔径、5种腔长、4种下喷嘴直径和1种上喷嘴直径配合而成的多种工况进行交叉数值分析.通过对数值模拟结果的分析,给出自激喷嘴结构参数的最优数值配比.