任意流场中稀疏颗粒运动方程的数值解法及其应用

任意流场中稀疏颗粒运动方程是一非线性的微分积分方程，极难获得解析解。本文首先对方程中Ｂａｓｓｅｔ力项构造了适当的计算格式，然后详细研究了颗粒运动方程的数值计算方法并提出称之为Ｐ（ＥＣ）＾ｋ多步法的差分格式，简要分析了该格式的收敛性和代数精度，给出了时域离散长长必满足的条件。     

固液两相湍流和颗粒磨损的数值模拟

基于两流体模型，建立了固液两相流中更一般的Ｋ－ε双方程湍流模型，模化了固相和液相的连续方程，动量方程及Ｋ方程和ε方程，在这些模化方程中，考虑了固液两相间的滑移，颗粒间的作用及相间作用，使用本文所建立的流模型和粒磨损模型，可 液两相湍流中的流动特性和颗粒对过流部件的磨损率，本文给出了一水轮机导叶在含沙水流中的过流特性及磨损情况的数值模拟，预测结果与实验结果比较一致。     

泥沙运动的受力分析—关于碰撞力的讨论

本文以单颗粒为体系为以固相的拟流体微团为体系分别对泥沙运动进行了受力分析，给出了体系的力平衡方程，并证明了两种方程是相容的。通过对比说明，同一个力采用不同的体系分析时分属于不同类型，例如，流体－颗粒间的作用力在前一体系中属于表面力，在后一种体系中属于彻体力；拟流体分析中的表面力（应力），在单颗粒体系的力平衡中根本不出现等等，由此清楚地表明进行受力分析和建立力平衡方程时明确所研究体系的重要性。     

厌氧序批式活性污泥法(ASBR)特性分析

厌氧序批式活性污泥法（ＡＳＢＲ）是ＳＢＲ工艺在厌氧生物处理中的应用。作者认为运行灵活、简便、可靠，污泥易于絮凝、形成颗粒状是ＡＳＢＲ的主要特点，并分析了影响ＡＳＢＲ运行的主要因素，给出了国内外研究得出的主要运行参数。     

广义浅水强非线性方程组的推导

本文在假设０的量阶为０（１），并保留小量０的前提下，推导了广义浅水强非线性方程组，其垂向平均速度方程与Ｂｒｔｅｋｉｎ，Ｗｅｂｓｔｅｒ，＆Ｗｅｈａｕｓｅｎ给出的Ｇ－Ｎ方程形式一致，但由于Ｇｒｅｅｎ＆Ｎａｇｈｄｉ（１９７６）在推导Ｇ－Ｎ方程时的假设与原始方程有矛盾，故影响了Ｇ－Ｎ方程的应用，另外Ｇ－Ｎ方程不能给出压力在垂向的分布，而本文的推导合理，可以给出流场在垂向分布的详细信息。     

泵站取水建筑物底部泥沙淤积轨迹研究

研究泵站取水建筑物底部泥沙淤积的原因和规律,消除泥沙对泵站取水建筑物运行效率的负面影响,是提高取水系统效率的重要措施之一。分析取水建筑物底部固体颗粒沉积速率和沉积轨迹研究中存在的问题,根据固体颗粒在水流中的浓度、颗粒数和水流的主要特性（密度、几何参数）以及泵站前室的设计尺寸,提出了一个确定固体颗粒沉积轨迹的方程,并通过实验验证所建立方程获得的计算结果,结果表明所获得数据的误差分布在7%～12%。通过获得的数据表明,可以使用所提出的方程来确定泵站取水结构底部沉积物颗粒沉积的轨迹。     

三层流体模型的非线性波演化方程

本文在浅水波假定下，采用垂直向平均方法导出了三层流体模型的推广的Ｂｏｕｓｓｉｎｅｓｑ方程；同时也给出了三层流体模型基于Ａｉｒｙ理论的很长的长波方程，线性化波动方程以及单向传播波的ＫｄＶ方程，这些方程在退化精形可化为二层，单层流体模型的相应方程。     

以波尔兹曼方程建立明渠水流模型的理论基础

针对传统模拟明渠水流方法所存在的问题，提出了应用ＢＧＫ模拟方法模拟明渠水流运动的可能性。根据ＢＧＫ波尔兹曼方程及明渠水流中微、宏观变量之间的基本关系，导出了明渠水流运动的控制方程。理论推导证明，圣维南方程是ＢＧＫ模型在局部平衡状态下的一个特例。通过对熵方程分析表明，ＢＧＫ波尔兹曼方程严格满足熵条件，从而阐释了ＢＧＫ模拟方法满足熵条件。利用一个恒定水跃的例子说明了熵条件的重要性，同时也表明，仅仅以质量和动量守衡律为基础的圣维南方程可能会得出不唯一的解，即不满足熵条件的解。在论证ＢＧＫ波尔兹曼方程与明渠水流守衡律的一致性的基础上，提出了建立ＧＢＫ明渠水流模型之基本思路和步骤并分析了该方法与传统模拟方法之区别。从理论上论证了利用ＢＧＫ模拟方法模拟明渠水流的可行性，为建立ＢＧＫ明渠水流模型奠定了理论基础。     

泥沙运动的受力分析——关于碰撞力的讨论

本文以单颗粒为体系和以固相的拟流体微团为体系分别对泥沙运动进行了受力分析,给出了体系的力平衡方程,并证明了两种方程是相容的,通过对比说明,同一个力采用不同的体系分析时分属于不同类型,例如,流体-颗粒间的作用力在前一体系中属于表面力,在后一种体系中属于彻体力;拟流体分析中的表面力(应力),在单颗粒体系的力平衡中根本不出现等等,由此清楚地表明进行受力分析和建立力平衡方程时明确所研究体系的重要性, 本文还详细分析了对于上述两种体系,颗粒-颗粒碰撞对体系运动所起的作用,以及在运动方程中的体现,并指出:泥沙运动力学中经常使用的“碰撞力”在概念上是含糊的,计算碰撞力的表达式的根据是可疑的,     

低浓度固液两相流中泥沙垂直分布的摄动理论解释

本文从低浓度两相流中固相和液相的相互作用着眼，从基本的动量方程和连续方程出发，将悬浮固体颗粒的存在视为对相同流动条件下清水紊流的摄动，引入摄动分析的理论，并通过动量方程直接得出了悬移质泥沙浓度分布规律，从而对作者和王光谦提出的悬移质泥沙分布的统一公式给出了理论解释     

水涡轮机械中的湍流固—液两相流动及磨损研究

导出了固体颗粒在任意流场中运动的Ｌａｇｒａｎｇｉａｎ方程对此方程进行线性化，并求出了其颗粒运动方程的解析通解。使用颗粒运动方程数值求解和分析稀疏颗粒湍流场中固体颗粒的运动。建立了湍流固－液两相液的Ｋ－ε双方湍流模型，体积分数流模型，Ｅｕｎｌｅｒｉａｎ－Ｌａｇｒａｎｇｉａｎ混合湍流模型以及颗粒磨损模型，利用这些模型对一些水涡轮机械过流通道内的流动及固壁磨损进行了模拟，其预测结果与实验结果较为一致。     

颗粒状厌氧污泥膨胀床 Biobed~ EGSB 污水处理工艺

８０年代首创于荷兰的颗粒状厌氧污泥膨胀床ＢｉｏｂｅｄＲＥＧＳＢ污水处理工艺，从９０年代起逐渐在世界范围内开始应用。该工艺集升流式厌氧污泥床（ＵＡＳＢ）和厌氧流化床（ＡＦＢ）之特点于一体，具有大颗粒污泥与高水力负荷、高有机负荷等明显优势，并具备有别于ＵＡＳＢ和ＡＦＢ的特点。本文介绍ＢｉｏｂｅｄＲＥＧＳＢ的结构特点、运行原理、性能优势及其应用实例。     

水涡轮机械中的湍流固－液两相流动及磨损研究

导出了固体颗粒在任意流场中运动的Ｌａｇｒａｎｇｉａｎ方程，对此方程进行线性化，并求出了其颗粒运动方程的解析通解。使用颗粒运动方程数值求解和分析了稀疏颗粒湍流场中固体颗粒的运动。建立了湍流固－液两相流的Ｋ－ε双方程湍流模型、体积分数湍流模型、Ｅｕｎｌｅｒｉａｎ－Ｌａｇｒａｎｓｉａｎ混合湍流模型以及颗粒磨损模型，利用这些模型对一些水涡轮机械过流通道内的流动及固壁磨损进行了数值模拟，其预测结果与实验结果较为一致     

颗粒浓度分布的探讨

针对颗粒浓度在两相流动中的重要性，建立了颗粒体积浓度方程，阐述了颗粒浓度在求解过程中的特点及颗粒体积浓度方程在计算方法中的贯穿。计算了沙层上及直管中的两相流的流动，发现了颗粒浓度两种截然不同的分布，并对此进行了分析。     

环江流域高含沙洪水特性研究

本文根据西川庆阳水文站３６年的水文资料，给出了环江流域的四种水沙关系；对治理前后的泥沙颗粒级配变化情况进行了分析；根据多年平均含沙量计算了高含沙供水τＢ和η值，还对流域高含沙洪水运动模式进行了定量探讨。     

挟沙水流中悬浮颗粒的漂移—扩散方程

本文基于固液两相流动双流体模型的基本方程推导得到了挟沙水流中悬浮颗粒的漂移-扩散方程，该方程表明，除重力外，作用在颗粒上的升力、虚拟质量力、Basset力等，以及颗粒间相互作用都会影响颗粒浓度分布，对明渠中悬浮颗粒浓度垂线分布分析结果表明，在床面附近有较大值的升力是使得悬浮颗粒浓度在趋近床面时增大趋势趋缓，甚至趋向于零的重要因素，本文公式与明渠实测悬浮颗粒浓度垂线分布的对比也证实了这一点。     

悬移颗粒运动特征值的分形分布

运用随机分形动力学方法，导出了悬移颗粒运动特征值的理论分布，它们是稳定分布，包括正态分布和列维分布。后者具有分形性质，其动力学基础是分数阶发展方程，物理机制在于湍流猝发和湍流相干结构的分形特征。以Sumer和Deigaard等人的实验资料为例，给出了应用示例。结果表明：悬移颗粒运动轨迹的特征值大多数服从具有分形性质的列维分布。     

高浓度固液混合流的湍流模型

建立了高浓度固液混合流的湍流模型，分析了混合流的应力（包括颗粒碰撞应力、粘性应力、湍流应力及Ｃｏｕｌｏｍｂｉｃ摩擦应力）。根据高浓度混合流中颗粒的受力，得出了颗粒运动的力平衡方程。由于引入颗粒碰撞应力和Ｃｏｕｌｏｍｂｉｃ摩擦应力，本模型较其它模型更适合具有高浓度和大颗粒的流场。利用本模型模拟的高浓度含沙水流在水平管道中的流动特性，其数值结果与前人所做的实验结果较一致。     

环江流域高含沙洪水持性研究

本文根据西川庆阳水文站３６年的水文泥沙资料，给出了环江流域的四种水沙关系；对治理前后的泥沙颗粒级配变化情况进行了分析；根据多年平均含沙量计算了高含沙洪水，τＢ和η值；还对流域高含沙洪水运动模式进行了定量探讨．     

射流泵内不可压流动N—S耦合方程有限元分析

应用Ｇａｌｅｒｋｉｎ有限元和Ｂａｌｄｗｉｎ－Ｌｏｍａｘ湍流模型，求解射流泵内不可压粘性流动Ｎ－５耦合方程，得到了射流泵内部流动参数分布，给出两个计算实例，计算结果与滓测资料基本吻俣，从而为射流泵内部流场的数值模拟研究提供了一种新方法。