基于POD方法的圆型喷口射流速度场结构分析

大空间建筑中分层空调系统喷口送风射流运动卷吸会造成热量自上部非空调区向下部空调区转移,这是导致空调系统负荷增加的原因之一。本文搭建圆型喷口射流运动盐水模型实验台,利用粒子速度测量系统(PIV)提取喷口卷吸剪切层附近流场速度矢量场信息,借助特征正交分解方法(POD)剖析剪切层内的相干结构及其能量分布、竖向与横向速度特征值比例,为后期研究喷口卷吸运动引起的大空间对流转移热量提供实验与理论参考。     

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。     

粒子图像测速技术应用于热射流流场的测定

应用粒子图像测速技术对热射流喷嘴附近的流场进行测定,观测到其流场起始段的特点,并对射流轴线流速沿程分布、射流垂向剖面上的流速分布,以及射流的扩展半宽度进行了研究分析。实验结果表明,射流的扩展半宽度和喷嘴下游的距离呈线性关系,并且由于受到排放形式的影响,底部贴壁的射流的扩展半宽度沿程增加比自由射流缓慢。     

波浪环境下垂直射流动量积分模型

建立了一个基于动量积分法的射流数学模型,以模拟波浪作用下垂直射流近区段的扩散过程。采用自然坐标系统,假定射流流场保持瞬时稳定且相对速度剖面保持高斯分布,考虑波浪作用影响对卷吸函数进行了必要修正,采用拉格朗日追踪法和四阶龙格库塔法,对多个波浪工况下的垂直射流进行了数值计算。结果表明,在微幅波作用下射流的卷吸和掺混作用有所加强,使得射流轴线平均速度衰减加快,而射流影响范围相应增大。通过卷吸函数的波浪修正后,模型中射流垂向平均速度和射流半宽沿轴线的变化与物理实验的测量结果基本一致。     

不同动力环境下孔间距对双孔射流特性的影响

为研究孔间距对双孔射流运动和稀释特性的影响,采用粒子图像测速技术(PIV)和激光诱导荧光技术(PLIF)分别对静水、横流和波浪环境下双孔射流的速度场和浓度场进行测量,对比分析了孔间距为5倍、10倍和15倍射流孔直径时双孔射流的轴向速度、横断面垂向速度、轨迹线及浓度场分布情况。结果表明:在静水环境下,孔间距较小时双孔射流的轴向速度衰减较单孔射流慢,随着孔间距的增大双孔射流轴向速度衰减的程度逐渐趋近于单孔射流。在横流环境下,随着孔间距的增大,前方射流对后方射流的遮掩作用不断减小,而后方对前方射流的卷吸作用也有所减弱,导致前方射流弯曲程度的增大和后方射流上升高度的降低。在波浪环境下,孔间距较小时,两孔中间存在一个独立的高浓度区;孔间距增大后,浓度等值线逐渐呈"凸"形分布。为降低双孔射流相互作用对射流初始稀释的影响,建议在波浪和横流环境下双孔射流的孔间距不宜小于射流孔直径的10倍。     

波浪作用下双孔射流压强特性试验研究

管道污水向海排放是一种典型的射流运动形式。在射流前行的过程中,波浪所引起的水体往复运动明显制约了射流的形成与发展,射流与波浪的相互作用的研究相对较少。利用数字压力传感器对波浪作用下双孔射流进行物理模型试验研究,分析波浪作用下双孔射流横断面压强分布及轴线衰减规律。试验结果表明:波浪条件下双孔射流横断面压强分布规律与静水条件相似,但是波浪条件下的射流压强大于静水条件下的射流压强,波周期越大,压强峰值增加越大;双孔射流的发展经历了单孔主导、双孔射流间的吸附和混掺、合并等过程;单孔主导区,射流压强分布与静水条件相似;吸附和掺混区,各孔衰减呈现出差异,第1孔与单孔射流类似,第2孔压强衰减较第1孔小,合并区双孔射流已为一股射流,其水动力特性与单孔射流类似;波浪对双孔射流的混掺合并有促进影响,随着周期的增大这种促进作用有增强的趋势,波周期的增大也使得射流合并断面提早出现。表明波周期对射流压强特性有显著影响。     

双孔平面射流和卷流混合点的研究

本文计及流线弯曲对掺入的影响,利用积分方法研究了具有孔间流体掺入的双孔平面射流和卷流的混合点。入射角为零的双孔平面射流的计算结果与试验资料吻合,进而分析了入射角对混合点的影响以及孔间流体掺入受控条件下的混合点。对双孔平面卷流的孔间自然掺入和受控掺入条件下的混合点也进行了预报。     

射流泵外特性与其内部流场关系的研究

本文从射流泵的两种研究方法即外特性研究与其内部流场研究的基本背景出发，导出了两者之间联系的关系式，并定性分析了射流泵效率、混合长度等参数与其内部流分布的关系。     

围压条件下射流流场的数值模拟研究

本文建立了围压条件下井底射流流场的物理模型，采用标准的k-ε双方程模型，用有限元方法对围压条件下的紊流淹没射流进行了数值计算，并对模型的系数进行了优选。研究发现，在c1=1.60时得到的流场参数和实验结果吻合良好。计算结果表明，在射流出口速度不变时，射流的轴心无因次动压衰减规律、断面内的轴向速度分布规律和径向速度分布规律不随围压的变化而变化，射流的速度分布同样具有自相似性。从而为深井钻井中水力参数优选及高压水射流破岩设计提供了依据。     

基于示踪气体浓度值的圆形喷口非等温冷射流卷吸运动实验研究

利用示踪气体浓度值分析圆形喷口非等温冷射流对周边环境空气的卷吸运动。利用恒温恒湿实验室进行喷口射流模型实验。对比了传统方法和示踪气体法卷吸量测量结果,并对喷口射流沿程卷吸量与卷吸系数的变化规律进行分析。实验数据表明:利用示踪气体浓度值沿程变化测量射流卷吸量的方法是可行的。在惯性力起主导作用的射流运动中,雷诺数Re是影响射流卷吸效应强弱的主要准则,随着出口Re数增大,卷吸量逐渐增加;当出口雷诺数Re>15000时,流量增大系数几乎不变。     

挑坎型掺气减蚀设施过流掺气特性研究

采用一维激光测速系统，对掺气减蚀工程中常用的直线型挑坎的流场特性进行试验研究．通过测量挑坎上及空腔区水流的流速分布及紊动特性，探讨通气量与紊动强度的关系．同时在深入研究流场特性和掺气机理的基础上，通过分析影响掺气的因素，从理论上探求临界掺气流速的计算，重点分析挑坎型掺气过流在空腔负压较大的情况下，临界掺气条件的理论预测，并通过试验资料验证了该计算方法．在此基础上，还进一步研究了掺气量的计算公式及其变化规律．     

湍浮力射流形成区内特性的预报

应用作者所提出的数学模型和计算方法,对浮力射流形成区内的特性进行了预报。得出了形成区内中线流速、温度和湍动能的沿程变化,以及射流核的长度和掺入速度。也得出了流速、温度和湍动能在断面上的分布。并分析和讨论了出口条件及环境分层对这些特性的影响。     

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。     

丁坝群近体流动结构的可视化实验研究

本文介绍了用颜料示踪和最新的油膜技术对流动进行可视化记录以研究淹没丁坝群的近体流场分布的试验结果。结果表明绕丁坝的近场流动具有强三维非恒定特性，表现在坝后振荡回流区的形成和坝顶表面波的生成。在坝头的分离区，流动加速并伴有二次回流，形成该处冲刷的水力学条件。在深淹没条件下丁坝后面主回流区的形成主要受制于坝顶的绕流，以垂向方向的回流为主，同时也受到坝头侧面分离流的影响，产生水平方向的倾斜和扭转。颜料示踪捕捉到丁坝近体的瞬间三维流动形态，油膜照片则清晰地显示出了床底及侧壁的旋涡大小及位置。     

An Investigation of Turbulent Rectangular Jet Discharged Into A Narrow Channel Weak Crossflow

A computational investigation of the mean flow field of turbulent rectangular jets issuing into a narrow channel crossflow is presented. The length of the jet slot spans more than 55% of the crossflow channel bed, leaving a small clearance between the jet edge and sidewalls. A finite volume code employing the standard k-εmodel is used to predict the mean, three-dimensional flow field. The mean flow field is investigated for two velocity ratios （6 and 9）. Important flow features, such as the formation of different vortical structures and their characteristics owing to different values of the velocity ratio, are discussed. Some predicted results are compared with the experimental data reported in the literature. The predicted mean and turbulent flow properties are shown to be in good agreement with the experimental data.     

河道漫滩及湿地上淹没柔性植物水流的紊流特性

植物在河流生态的修复中起重要作用,因此对含植物明渠水流的紊流机理的研究显得非常重要。将河漫滩及湿地中含淹没柔性植物的水流视为充分发展了的紊流,在实验室中用特定材料模拟柔性植物,通过水槽试验用三维ADV对淹没柔性植物段紊流特性进行了测量研究,对试验结果计算分析表明含淹没柔性植物的垂向流速分布不再符合指数分布;其紊流具有明显的各向异性特性;植物冠层交界处,水流紊动交换强烈,该处紊流强度及雷诺应力出现最大值。     

峡岛湍流海域水流力荷载计算方法探讨

与常规明渠流断面流速对数分布形态不同,外海连岛间海域断面流速呈现出复杂的分布特征,其主要原因在于凹凸不平海床面对海域流场分布有很大的影响。通过室内模型试验发现,峡岛湍流海域垂线流速基本呈二次抛物线分布形态,随后通过分析计算提出了以等效坡度为主因子的湍流流速分布公式。该公式计算结果与现场实测结果比较吻合,同时还给出了以抛物线分布形态为基准的水流力荷载计算修正系数。研究成果可为峡岛海域的工程结构设计提供参考。     

全沙排沙漏斗浑水流场特性及输沙规律

本文通过全沙排沙漏斗三维流场的测试，分析了清、浑水流场流速分布特性和泥沙输移规律，揭示了因泥沙的存在使清、浑水流场流速分布产生了较大的差异和高效输沙的原因。