紊流脉动对生物膜理化性质的影响

在实际紊流中同时存在时均流速和脉动流速,为仅研究紊流脉动流速对生物膜理化性质的影响,设计时均流速为零、仅存在脉动流速的振动格栅生物膜反应器;采用粒子图像测速(PIV)技术测定反应器在5个格栅振动频率下的二维紊流流速场,并计算载片处的有效紊流强度;针对不同的紊流脉动速度,对振动格栅反应器中生物膜的生物量、厚度、密度和其胞外聚合物(EPS)的组成成分进行测定与分析。结果表明:改变紊流脉动流速会使生物膜的理化性质发生变化,随着紊流脉动流速的增大,生物膜生物量和厚度先增加后减小,且均在有效紊流强度为1.92 cm/s时达到最大值;生物膜密度和EPS中蛋白质、多糖的质量分数却随紊流脉动流速的增大而增大,且蛋白质和多糖在紧密结合型EPS(TB-EPS)中的质量分数多于在松散结合型EPS(LB-EPS)中,而无论在LB-EPS、TB-EPS还是总-EPS中蛋白质的质量分数均多于多糖。研究成果可为生物膜反应器的设计与运行优化提供理论参考。     

展向周期振动平板的近壁面流场特性实验

为了研究壁面展向振动对壁面摩擦阻力及近壁面流场湍流强度的影响,本文开展了在水槽中利用粒子图像测速方法(PIV)分析薄板表面流场信息的实验研究。将一薄板放置于低速水槽中,通过激振器使薄板展向振动,调节激振器的振幅和频率实现不同工况,薄板前缘安置激流丝用以激发壁面湍流。利用粒子图像测速方法连续采集一段时间内的近壁面法向速度剖面,观察近壁面漩涡分布情况,并利用将平均速度剖面与经典湍流对数律拟合的方法估测壁面摩擦应力,为了研究湍流强度影响,对结果进行处理,得到流向速度与法向速度脉动均方根。结果发现:振动后近壁面的漩涡分布明显较少,速度波动明显减弱,流场速度特性趋于层流特性;在振动工况下估测的壁面摩擦阻力均小于非振动工况下,并且在实验工况内振幅和频率增大,减阻效果增强,说明了振动的强度对减阻特性有影响;同时,振动均减小了脉动速度均方根,削弱了近壁面湍流强度,也说明了减阻的机理是降低了近壁面湍流强度,使近壁面流动趋于层流。     

纵波的提取及其在地面振动目标探测中的应用

目标振动时会产生多种信号及噪声,为保证研究数据的一致性和有效性,基于纵波自身频率的特点以及小波包滤波对信号更有效的时频分析特性,结合Matlab和Labview平台对实验数据进行小波包滤波处理,提取出纵波。二维平面距离定位法可以在已知三个传感器坐标位置以及传感器到振动目标的距离的情况下计算出振动目标的坐标位置。为得到距离数据,对纵波的峰峰值与传感器到振动目标的距离的关系进行了研究,提出两者关系式。定位精度均方根误差为3.7138。     

桐子林导流明渠体型优化数值模拟研究

针对大单宽流量导流明渠体型优化难度高,下游消能防冲设计困难,物理模型难以详细测量水流流态和冲刷特性等主要问题,采用紊流数学模型方法对不同体型明渠水流流动和下游天然河道流场进行了3维数值模拟.结果表明,计算值与试验值吻合良好.通过对比3种体型下明渠的流速分布特性和冲刷特性,获得了模型试验难以测量的流场详细信息,为明渠的体型优化提供了重要参考.研究表明,将数值模拟技术应用于导流明渠的体型优化研究中具有独特优势.     

紊流强度与积分尺度对结构平均风压与脉动风压雷诺数效应影响研究

常规低雷诺数风洞试验得到的试验结果可能因为结构存在雷诺数效应产生误差,风洞试验时,紊流风特性参数的不当模拟可能导致这种误差进一步增大.本文在风洞中采用格栅紊流,分别形成了紊流强度相同但积分尺度不同与积分尺度相同但紊流强度不同的几种局部紊流风场,以此来研究矩形结构表面风压雷诺数效应,以及紊流强度与积分尺度对表面风压雷诺数效应的影响.结果表明:平均风压与脉动风压雷诺数效应在迎风面最小,背风面最大,侧风面次之.积分尺度与紊流强度增大会导致雷诺数效应敏感区域的平均风压数值变化幅度进一步增大.积分尺度对脉动风压雷诺数效应的影响较平均风压小,尤其在背风面.紊流强度对脉动风压雷诺数效应影响很小.     

单管传输特性的改进模型与实验研究

为了描述单根圆形管道的传输特性,在流体网络理论的基础上,参考Rott的波动方程和Swift对紊流的修正方法,提出单管传输特性的改进模型.在模型中讨论了流动为紊流时的修正方法：当R/δv较小时,利用Swift的修正方法进行修正;当R/δv较大且修正因子n>1时,利用n对紊流进行进一步修正.为了对模型进行验证,以声压放大器这一典型的单管道为例开展了实验研究.紊流时在R/δv较小的情况下,改进模型和DeltaE的计算结果一致,与实验吻合良好;在R/δv较大的情况下,改进模型由于充分考虑了径向上的对流换热损失,其计算结果与DeltaE相比更加接近实验结果.     

城市污水的流动特性理论研究

为了能使城市污水在污水源热泵方向进一步推广应用,以原生污水源热泵系统中的流动工质——城市污水为研究对象,采用理论推导与实验相结合的方法对城市污水在圆管中层流和紊流的流动特性进行分析与研究.结果表明:城市污水在流变性上体现为剪切稀化流体特性,可以通过临界广义雷诺数判别流态.在此基础上,通过理论推导得到了层流和紊流状态下的压降计算公式,并且通过阻力特性实验进行了验证.研究结果对原生污水源热泵系统中水泵的选择有一定的指导意义.     

垂直上升弹状流中Taylor气泡上升流速的研究

用势流理论研究了Taylor气泡在垂直管内的上升速度.给出了液体速度分布对气泡上升速度的影响,导出了气泡头部形状方程;提出了液体流动为层流和紊流时气泡上升速度的表达式,研究结果与实验数据进行比较,符合较好.     

高速紊流附面层喷入相同气体时的摩阻和热传导

本文系研究喷入与主流相同的气体对高速紊流附面层的摩阻和热传身影响的一种理论分析。采用次层流层一完全紊流层的附面层理想模型,并假定气体的Prandtl数和紊流Prandtl数均为常值。首先由紊流附面层方程组应用Crocco转换,并假定总焓分布仅为速度分布的函数,从而分别导出次层流层中和完全紊流层中的总焓分布和温度分布对速度分布的规律。然后按照次层流层和完全紊流层交接面处必须满足的一些物理条件,导出热传导率与摩阻关系的雷诺比拟。再应用Karman的积分关系式导出摩阻系数和雷诺数的关系。并以平板上空气紊流附面层为例,进行了一系列的数字计算。最后将计算结果与其他理论分析和实验数据进行了比较和讨论。     

工程设计和实验的空气幕组织分析法

从粘性流体力学和传热学的层流和紊流边界层理论出发，灵活合理地运用各种假设和数学处理方法，对于扁射流的流动状态区划、层流段速度边界层成长、紊流段速度边界层成长、射流主体段特性进行了深入分析，取得了影响空气幕形成和发展的各种关键参数间的关系式。理论分析结果与实验结果吻合良好，所得结论和方法与产品特性参数的关系明确，利于指导产品设计、改造和实验。所得分析结论操作性强，便于实验修正，配合强度不大的实验工作，即可形成适用于工程设计的空气幕组织分析方法。     

水浮莲型生态河道水流纵向流速垂线分布规律

通过物理模型试验、理论分析和数值模拟的方法,研究了有水浮莲覆盖水流的纵向流速垂线分布规律.在水浮莲全覆盖条件下,初步对比分析了3种不同工况下水流纵向时均流速的变化趋势和垂线分布特点.通过"双层边壁"假设,以最大流速线(点)为界将流动沿水深方向分成两层等效明渠流流动层:植被下层和床面上层,并假定上下两层互不影响,即分别只受植被底部和床面粗糙程度影响;利用混合长度模型简化时均动量方程,推导出有水浮莲覆盖水流在恒定均匀流下的纵向时均流速对数分布公式;根据实测数据对公式进行了验证分析.水浮莲对水流影响的数值模拟主要利用计算流体力学软件FLUENT,结合可实现双方程紊流模型,对有水浮莲覆盖的水槽二维两相流场作了数值模拟,并采用多孔介质域模拟水浮莲覆盖区域,将数值计算得到的流速分布与试验实测结果进行了比对,两者吻合较好.     

横流均匀环境中有限长线源型扩散器正浮力射流近区特性预报

应用标准ｋ－ε湍流模型和混合有限分析方法,对均匀横流中三维线源型扩散器的正浮力射流近区特性进行了预报,分析了不同工况的流速和温度在断面上的分布,得出射流轨迹线随Ｒ变化的表达式,并分析讨论了浮射流的分叉现象及浮力对射流轨迹线的影响．     

小型汽油机工作过程的数值模拟

为了研究液化石油气(LPG)发动机的燃烧特征及其影响因素,预测LPG发动机性能,分别对GY6汽油发动机和LPG发动机进行了数值模拟,通过实验分别测取了燃油和燃气的示功图,将实验结果与模拟计算结果进行对比,验证模型的可靠性.模拟计算是在分析火花点火发动机缸内湍流特性基础.上,建立了发动机燃烧计算的双区模型,分别用汽油和LPG对GY6汽油机的工作过程进行了模拟,通过建立物性参数模型、传热模型、湍流卷吸燃烧模型、燃烧室几何尺寸计算模型等相应的子模型,实现了燃烧过程的计算;同时结合实验数据进行验证,实验表明计算结果合理,在小型汽油机性能预测研究中建立的准维湍流卷吸燃烧模型是可行的.     

利用PIV技术研究湍流积分尺度

近几十年来,随着激光诊断技术的飞速发展,使得对湍流燃烧中湍流特性的直接测量成为可能.对湍流流场积分尺度的精确测量可以获得对流场湍流特性的准确认识,这不仅是湍流自身研究的重要组成,同时对湍流燃烧研究具有重要的指导意义,对深刻理解湍流与燃烧两者之间相互耦合作用具有     

撞击流反应器的流场测量及数值模拟研究

为更好地了解撞击流反应器的流场特性,通过实验对撞击流反应器内流体的压力场进行测量,并使用数据采集系统应用脉冲-响应法对速度场进行测量.结果显示在撞击面的中心部分存在一个撞击区,此区域关于撞击面对称,基本上为轴对称,区域内压力较高而流速很低.围绕此区域有一个强烈湍动的区域,能够促进混合及反应的进行.同时使用FLUENT软件对反应器中的流场进行数值模拟,数值模拟结果与实验测量结果吻合较好.     

山区河流河床对漂石的突变响应及其近底水流结构特征

山区河流受暴雨洪水、滑坡和泥石流等灾害的影响,漂石颗粒在河床不断集聚,从而改变局部区域的河床形态及其水流结构。本文基于对野外典型漂石河段的调查和室内概化水槽试验,指出了河床变形及水流运动对漂石的突变响应特征。试验床面分别预铺粒径为2.5mm和7.5mm的均匀沙,并在其上放置粒径为15.7cm的天然漂石,利用声学多普勒测速仪和全站仪测量漂石局部区域的水流结构及河床冲淤地形。试验分析表明：漂石河床局部调整受相对淹没度和床沙粒径的影响,随着相对淹没度的变化,冲坑深度及范围也随之调整,但淤积的最大高度值则趋于稳定;床沙粒径与冲坑深度、范围呈现出较好的线性正相关关系,但其对后者的影响要远大于前者。漂石河床的局部响应主要是因为漂石的存在促使了其局部区域的水动力条件变化。在无床沙工况下,漂石局部近底流速分布随着相对淹没度的变化而变化,而在有床沙工况下,其对相对淹没度的变化却并不敏感,但它们都较为符合对数分布。漂石局部的紊动强度及紊动耗散均在漂石下游的△x≤1.5D范围内出现陡增现象,且随着床沙粒径的增加,紊动强度陡增的幅度变小,其影响范围也随床沙粒径及相对淹没度的变化而变化。因此,山区河流河床漂石对水流运动及河床变形的作用主要表现在局部近底水流结构及紊动统计特征出现陡变特征,从而引起局部冲淤程度加剧,对河床的水沙运动及其稳定形态产生较大影响。     

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.     

基于风洞试验的风沙两相流耦合流场特性

风沙两相流结构的理论与研究方法已趋于成熟,主要集中在风沙物理运动本身和防风固沙工程方面,然而,将风沙运动现象及其对建筑结构物的作用效应相结合的研究还比较鲜见,继续开展风沙地区工程结构的抗风沙研究具有重要的现实与工程意义。通过风沙风洞试验,模拟了实际沙漠地貌下的风场特征,重点通过风洞顶部落沙研究了类似沙尘暴环境下的沙浓度、风沙流速度廓线以及湍流强度随高度的变化情况。通过控制相同风速、变化不同输沙率进行落沙,以此形成多种不同类型的风沙两相流耦合流场,并与净风工况相比较。试验结果表明：沙浓度梯度分布与落沙孔数量、控制风速以及高度均相关;风沙流场中沙颗粒的运动对风速剖面有一定的削弱作用,对湍流强度却有增强作用;风场中沙质量浓度沿高度方向的分布特征直接影响了各高度处风速和湍流强度的大小,沙浓度越大的高度处对风速的削弱程度越显著,且对湍流强度的增强程度越大。     

阶梯溢流坝水流特性数值模拟

采用Mixture模型对阶梯溢流坝气液两相湍流进行模拟,湍流模型分别采用Realizablek-ε模型和RNGk-ε模型.针对非掺气区域的坝面平均速度、边界层厚度沿水流方向的变化以及边界层内速度分布等,进行了水流特性分析,并将两种湍流模型的计算结果与实验结果进行了比较.结果表明,Realizablek-ε湍流模型能够更好地模拟出阶梯溢流坝的水流特性.     

Water modeling of molten steel flow in a multi-strand tundish with gas blowing

Fluid flow characteristics in a four-strand tundish with gas blowing were studied by water modeling experiments.It is found that gas blowing can greatly improve the flow characteristics in the tundish with a turbulence inhibitor.It dramatically increases the peak concentration time,and greatly decreases the dead volume,and reduces the minimum residence time.The gas blowing location,gas flow rate,and porous plug area greatly influence the flow characteristics in the tundish;the gas blowing location near t...