分离比对行波对流缺陷特性的影响

该文通过流体力学方程的数值模拟,研究了分离比ψ(28)-0.2,-0.4和-0.6时混合流体行波对流中缺陷的结构和特性。结果发现,有缺陷的行波对流最大垂直流速和努塞尔数随着相对瑞利数r的增加而增加。随着r的不同,行波的传播方向可以不同,缺陷出现的位置基本位于腔体中部。缺陷出现的周期随着r的增加而增加。有缺陷的行波对流存在区间随着负分离比的增大而增大。有缺陷的行波对流存在的上下限也随着负分离比的增大而增大。对应的缺陷周期的上下限数值随着负分离比的增大而减小。当分离比ψ(28)-0.2时,有缺陷的行波对流缺陷周期随着相对瑞利数r增加而迅速增加,缺陷周期增加的梯度具有最大值。当分离比ψ(28)6-0.时,随着相对瑞利数r增加,有缺陷的行波对流缺陷周期缓慢增加,缺陷周期增加的梯度具有最小值。因此,分离比对缺陷出现周期有明显的影响。     

缺陷源S型周期移动的对传波

该文利用SIMPLE算法求解混合流体对流的流体力学方程组,研究了分离比ψ(28)-0.2及长高比Γ(28)12,20和40情况下缺陷源S型周期移动的对传波的动力学特性。结果发现,缺陷源S型周期移动的对传波存在的下限以下是有缺陷的行波,对传波存在的上限以上可以是不同的行波。缺陷源随着时间在腔体内作"s"型变化。随着相对瑞利数r的增加,缺陷源S型周期移动的对传波摆动周期变长,摆动振幅变小。对传波的存在区间,对传波存在区间的上限值,对传波摆动周期随着长高比Γ的增加而变大。Γ(28)12时,对传波的分支上没有出现缺陷结构;Γ(28)02时,对传波的半个周期内只有一个分支出现具有缺陷的行波;Γ(28)40时,对传波的半个周期内多个分支出现具有多个缺陷的行波。因此,随着Γ的增大,对传波分支上的缺陷增加,对流结构变得比较复杂。     

具有两个间歇性缺陷的行波对流

基于流体力学方程组,对长高比G=30腔体内分离比y=-0.6混合流体时具有的两个间歇性缺陷行波对流进行了数值模拟。结果发现,在具有缺陷的局部行波之后,系统出现了具有两个缺陷的行波对流,它稳定地存在于r∈[2.23,3.91]范围内。对于给定的相对瑞利数,第一和第二缺陷的出现位置是固定的;第一缺陷出现周期也是固定的。在缺陷存在的下限附近,第二缺陷的出现周期是不规则的。第一缺陷的出现位置距背离行波传播方向的端壁的距离l₁和第二缺陷的出现位置距背离行波传播方向的端壁的距离l₂随着相对瑞利数的增加而增加;第一缺陷的出现周期T₁和第二缺陷的出现周期T₂随着相对瑞利数的增加而增加。第二缺陷的出现距离l₂大于第一缺陷的出现距离l₁,第二缺陷的出现周期T₂大于第一缺陷的出现周期T₁。具有一个缺陷的行波对流存在于r∈[3.91,4.32]范围内。对于给定的相对瑞利数,缺陷的出现位置l和缺陷出现周期T是固定的。缺陷出现的位置l和周期...     

周期性加热Poiseuille-Rayleigh-Benard流动中局部行波的研究

该文通过二维流体力学基本方程组的数值模拟,研究了水平来流和周期性加热对腔体内流体的运动和动力学特性的影响。当相对瑞利数r(28)9时,随着水平来流雷诺数Re逐渐增加,腔体内的流体发生三种不同的运动,即局部对流运动、局部行波运动和水平流运动。对局部行波运动的周期pT进行研究,局部行波运动的稳定周期随水平来流雷诺数的增大而减小,随相对瑞利数的减小而减小;相对瑞利数越小,稳定周期随水平来流雷诺数变化的增长率越大。局部行波运动的区间(35)Re依赖水平来流雷诺数的强度,当水平来流雷诺数Re大于(35)Re的上限时流体为水平流运动,而当水平来流雷诺数Re小于(35)Re的下限时流体为局部对流运动;对于不同的相对瑞利数r,局部行波运动的区间(35)Re是不同的。随着水平来流雷诺数增大,发现腔体内上游行波区域对流圈的减少速度比下游行波区域更快。     

底部加热的两板间水平流动进口段流动特性分析

采用二维流体力学基本方程组对普朗特数Pr=0.72的具有水平流动的底部加热两板之间的流动特性进行数值模拟。结果表明,对于给定相对瑞利数r,随着雷诺数Re的增加,底部加热的两板之间依次出现定常对流滚动,均匀行波对流滚动,具有水平流动进口段的局部行波对流滚动及水平流动。对于相对瑞利数r=3,在雷诺数9.0＜Re＜21.0范围内,系统是局部行波对流滚动,存在水平流动进口段。随着雷诺数增加,水平流动进口段长度增加。对于雷诺数Re=25.0,在相对瑞利数4＜r＜12范围内,两板之间是局部行波对流滚动,出现水平流动进口段。随着相对瑞利数增加,水平流动进口段长度减小。最后给出了进口段长度随雷诺数或相对瑞利数变化的经验式。     

普朗特数对对流斑图的分区和扰动成长模式的影响

该文采用二维流体力学基本方程组对普朗特数Pr(28)0.72流体对流进行数值模拟。取相对瑞利数r(28)4时,随着水平来流雷诺数的逐渐增大可获得行波、局部行波和水平流三种斑图。分析Pr(28)0.72流体的斑图分区情况,可以得出在水平来流雷诺数和相对瑞利数构成的平面上,他们都被水平来流上下临界雷诺数Re_u和Re_l划分为行波区间、局部行波区间和水平流区间;同时对三种流体的水平来流上下临界雷诺数Re_u和Re_l随相对瑞利数r的变化情况进行了观察,可发现他们都是随r的增大而增大的。在相对瑞利数r(28)3 8、和13时,研究普朗特数Pr对水平来流上下临界雷诺数Re_u和Re_l的影响,可知Re_u和Re_l随Pr增大而减小;且介于Re_u和Re_l之间的局部行波的范围随Pr增大而减小。对普朗特数Pr(28)6.99、0.72和0.0272的行波斑图及局部行波斑图的成长过程进行研究,发现了两种扰动成长模式,其中Pr(28)6.99流体的扰动是从腔体中部开始成长的;Pr(28)0.72和0.0272两种流体的扰动是从腔体右端区域内开始成长。     

两种类型的摆动行波对流

通过流体力学基本方程的数值模拟,研究了摆动(Undulation)行波对流的动力学特性.当分离比ψ=-0.3时,随着r逐渐增加,出现了两种摆动行波对流斑图,即没有固定周期的摆动行波对流和周期性的摆动行波对流。没有固定周期的摆动行波对流,平均波数在k=2.88和k=3.14之间变化,当遇到摆动行波转向时,周期变化的对流振幅的周期破坏,出现对流振幅变化的波动和调整。周期性的摆动行波对流的摆动周期固定,空间平均波数不随时间变化,空间上的局部波数和对流振幅随着时间周期的变化。对不同分离比的研究表明,摆动行波对流的存在区间随分离比绝对值减小而减小,随r增加而减小。比较ψ=0.3的计算结果和其他分离比的计算结果,发现分离比影响着行波对流斑图的形成及它们之间的转化。     

具有通过流动的倾斜腔体的对流特性

为了研究通过流动强度与相对瑞利数r对对流斑图及其相关特征物理量的影响,在长高比Γ=20倾斜放置的矩形腔体中,设定倾斜角度为10°、普朗特数Pr=6. 99且均匀加热的条件下,对该流体进行二维数值模拟。结果表明:当通过流动与热作用共同作用,相对瑞利数一定,雷诺数Re对对流斑图作用明显,但对最大垂直流速wmax及努塞尔数Nu影响能力有限。当通过流动强度与热作用共同作用,雷诺数一定,相对瑞利数r对对流斑图结构、最大垂直流速wmax及努塞尔数Nu影响显著。     

局部行波对水平来流的依赖性

水平来流和上下壁温度差的热作用使腔体内的流体发生运动,腔体内会呈现精彩的对流斑图。该文采用二维流体力学基本方程组的数值模拟,研究了普朗特数Pr=6.99时矩形腔体外加水平来流对局部行波对流结构的影响。由水平来流和垂直热作用的相互作用可获得均匀行波,局部行波和水平流三种对流斑图。在保持相对瑞利数r不变,水平来流雷诺数Re逐渐增大的情况下,可以得到均匀行波转变到局部行波的水平来流临界雷诺数Re,即局部行波存在的下临界雷诺数Re_l;局部行波转变到水平流的水平来流临界雷诺数Re,即局部行波存在的上临界雷诺数Re_u。通过改变相对瑞利数r发现了不同的水平来流临界雷诺数Re_l,Re_u。发现水平来流临界雷诺数随相对瑞利数r增大而增大;并给出了水平来流临界雷诺数Re_l,Re_u与相对瑞利数的函数关系式。同时对局部行波的结构进行了分析,可得局部行波的宽度随水平来流雷诺数的增大而减小。     

Poiseuille-Rayleigh-Benard流动中的局部行波对流

Poiseuille-Rayleigh-Benard流动是研究非平衡对流的斑图(pattern)及非线性动力学特性的典型模型之一。本文通过流体力学基本方程的数值求解,研究了二维矩形腔体中水平来流和瑞利数对Poiseuille-Rayleigh-Benard流动中的局部行波斑图形成的影响。当水平来流强度为定值时,随着瑞利数的增加,能够依次出现有水平流动的传导状态,局部行波对流和充分发展的行波对流等3种斑图。如果瑞利数被固定,随着水平来流强度的增加,依次出现充分发展的行波对流,局部行波对流和有水平流动的传导状态等3种斑图。局部行波对流的存在宽度依赖于水平来流强度和瑞利数。并进一步讨论了局部行波斑图的动力学特性。     

底部均匀加热的倾斜腔体中的对流特性

利用二维流体力学基本方程的数值模拟,探讨了普朗特数Pr=6.99时矩形腔体在一定倾斜角度下均匀加热后的对流特性,讨论了不同的控制参数对对流斑图及流速分布的影响。主要计算两种情况:控制相对瑞利数,改变腔体倾斜角度;控制腔体倾斜角度,改变相对瑞利数。结果表明:给定倾斜角度且角度较小时,随着相对瑞利数的增大,滚动圈个数逐渐增多,流速绝对值增大;给定相对瑞利数,随着倾斜角度的增大,滚动圈个数逐渐减少,流速绝对值减小。     

底部加热平面Poiseuille流中的局部行波结构

利用高精度紧致差分格式,模拟研究了物性参数对底部均匀加热平面Poiseuille流动系统中行波对流结构的影响.取与实验相同的参数条件下,获得的数据与实验结果吻合较好,验证了格式的有效性.当雷诺数为定值时,随着傅汝德数Fr的逐渐减小,流场中依次出现了传导状态、局部行波对流(LTW)状态和充分发展的行进波对流(TW)状态.LTW状态的存在受雷诺数和傅汝德数的共同影响,局部对流区域的宽度及对流涡卷数随着傅汝德数的增加而减小.此外,探讨了普朗特数对局部行波结构的影响,进一步给出了不同普朗特数下雷诺数和弗汝德数的倒数与产生涡旋的关系.分析表明:在给定雷诺数时,LTW状态发生的临界傅汝德数的倒数随着普朗特数Pr的增大而以指数形式减小;在Pr=2/3时,LTW状态存在的傅汝德数的范围为最小.     

长腔体内混合流体行进波对流的高精度数值模拟

该文构造了含源项的对流-扩散方程的高精度紧致格式,并应用于求解描述混合流体行进波对流系统的控制方程.其中,对流项采用四阶精度的紧致格式离散,扩散项用四阶对称格式离散.首先对长高比为46腔体内的混合流体行进波对流系统进行验证性计算,得到了瞬态的对传波(counterpropagating wave)以及两种类型的调制行进波(modulated traveling wave).验证结果与其他前人的数值模拟结果非常吻合.该文计算得到了延伸行进波(extend traveling wave),在此基础上通过减小瑞利数,分析了局部行进波的稳定性对Rayleigh数r的关系,并确定了局部行进波的稳定范围为r=1.12～1.22.     

倾角对倾斜腔体对流的影响

为了研究倾斜腔体中普朗特数Pr(28)0.0272的流体倾角对对流的影响,利用SIMPLE算法数值求解了流体力学方程组。结果说明,相对瑞利数r=6.0情况下,当倾角θ=10°时系统由最初的单圈型对流随着时间发展成密实的多圈型对流。当倾角θ=60°时系统由最初的单圈型对流随着时间发展成疏松的多圈型对流。对流稳定时间取决于最大垂直流速w_(max)的变化。对于不同的倾角,r=6.0时,密实的多圈型对流过渡到疏松的多圈型对流的分界点为q_c=30°。对应于上述两种斑图,特征物理量分为具有不同特性的两段,它的分界点为q_c=27°。因此,对于该文的流体,斑图的转变滞后于特征物理量的转变。在θ-r平面上,对流分为两个区域,q(27)q_c时系统是密实的多圈型对流,q(29)q_c时系统是疏松的多圈型对流。该文还建议了临界倾角q_c随着r变化的关系曲线。     

纳米流体Rayleigh-Benard自然对流形成及换热的数值模拟

为了更好地了解纳米流体Rayleigh-Benard(RB)自然对流的形成及换热,该文采用多相流模型,对矩形腔体内的流体进行数值模拟,得到纳米流体RB自然对流形成过程中的换热及纳米粒子体积份额、粒子种类、粒径和基液因素对换热的影响。结果表明:RB对流在形成过程中表现换热系数的非线性特性,它是重力、流体黏滞力和浮升力共同作用的结果。当瑞利数小于6×10~6时水的换热效果好,而当瑞利数大于6×10~6时纳米流体换热效果更好;纳米流体粒子体积份额增大,换热逐渐减弱;纳米粒子粒径小的换热效果好,而且金属纳米粒子比同元素金属氧化物纳米粒子换热效果更好。基液物性参数的综合比较结果是换热的衡量标准;同时对比了体积份额、粒径、基液和粒子种类对强制对流换热和自然对流换热的影响效果。     

瑞利波法检测混凝土表面裂缝深度的影响因素研究

基于瑞利波检测具有对裂缝敏感、操作简单、可单侧检测等优点,采用有限元数值模拟试验方法,进行了瑞利波检测混凝土表面裂缝深度的定量研究。在频谱比和频率的变化曲线中,给出截止频率与瑞利波波长之间的关系,建立了不同裂缝深度与截止频率之间的关系,并提出合适的激励频率范围。通过分析近场瑞利波的衍射效应,总结了不同深度的裂缝对相同频率瑞利波的放大规律,从而确定出由裂缝引起的振荡区间,提出了合适的检测道距以减弱衍射效应。通过讨论SASW法相位谱和频散曲线中由于裂缝的存在而产生的"突变点"与截止频率之间的关联,比较分析了截止频率法和SASW方法对裂缝的识别结果,根据频率的变化阐述两种方法内在的联系,为实际工程中混凝土表面裂缝检测提供理论依据。     

基于水动力耦合的明渠调水工程节制闸安全调控

针对明渠调水工程中流量切换时，由于调控不当导致闸前水位突破水位上下限的问题，提出安全调控可行 域的概念及其划分原则，通过一维水动力模型耦合二分法建立明渠调水工程节制闸的安全调控模型，实现流量切 换时节制闸调控开度、安全水位和调控时间区间的计算，进而得到节制闸的安全调控可行域和调控方案，并以南 水北调中线工程陶岔渠首至淇河节制闸 4 个节制闸开展实例研究。研究过程中根据各节制闸流量变化情况，分 别设置 12 种工况进行计算，结果表明：经模型计算的调控方案调控后，闸前水位控制在安全水位区间内，划分的 安全水位区间-Ⅱ较水位区间-Ⅰ起到了降低水位变幅的作用，模型运算速度快，最长时间为 8.99?s。给出了柔性调 度方案，使得调度更为灵活，面向实际工程更实用、操作性强，为调水工程的调度决策提供了支撑。     

水位变化对粗砂土内流动与传热的影响

该文以粗砂土为研究对象,对粗砂土在不同水位条件下流动与传热情况进行研究。建立粗砂土三维模型,采用有限体积法进行数值计算,并利用恒温实验平台进行验证。结果表明:在正常条件下粗砂土内以对流换热为主,其流线呈顺时针方向流动;粗砂土内水气交界面处存在温度场和流态的突变,出现了半涡形结构和高于壁面温度的现象;瑞利数对粗砂土对流换热影响显著,与Nu数呈指数关系;在实验中温度呈非线性变化,各测点温度值分布为4层2区;模拟值与实验值基本一致,三维模型具有更高的准确度。     

黄河河龙区间径流多年变化特征及动态预测

根据黄河中游河口镇-龙门区间龙门水文站的径流量资料,选取径流多种参数和统计方法分析其多年变化特征.结果表明:区间径流年际变化大,丰水时段历时较短,枯水时段历时很长;45年来,区间年径流存在一个15-16年的显著的周期性变化:区间年径流存在非常显著的减少趋势.同时建立了区间径流的预测模型,在进行拟合时.预测结果的相对误差大都±20%以下,并对区间2001-2030的年径流量做了分析预测.     

骨料形状对混凝土水渗透性影响的初步研究

基于流体力学的基本方程,取一元胞单元,通过人工压缩算法求解流体速度场和压力场,提出了混凝土水渗透系数预测的数值方法。数值结果表明:正方形、正八边形和圆形骨料混凝土,相对水渗透系数均随着面积百分数的增大而减小。当骨料面积百分数小于40%时,圆形骨料的相对水渗透系数最大;而当骨料面积百分数大于40%时,正方形骨料的相对水渗透系数反而大于圆形骨料的相对水渗透系数。对于椭圆形骨料混凝土,对于给定的骨料面积百分数,当夹角为0°时,相对水渗透系数随着长细比的增大而增大,但是当夹角为90°时,相对水渗透系数反而随着长细比的增大而减小。