雷诺应力与场旋度的关联分析

基于雷诺时均方程导出了含有雷诺应力的涡量微分方程.对于充分发展湍流流动在高雷诺数弱非定常条件下,从平衡角度分析雷诺应力与时均流场涡量及速度的关系,得出雷诺应力与时均流场的涡量和速度的耦合作用是相关联的,反映流场结构的涡量的演化能够间接表示湍流动能的输运和耗散过程.在标准κ-ε模型中,对其本构方程加入涡量张量和变形速度张...     

含有涡量张量的非线性雷诺应力本构方程

根据Donald]son提出的湍流计算模型应满足的条件,将一个对称的且迹为零的涡量张量二次项加入到雷诺应力和流场时均量的本构关系中,建立了一个新的非线性雷诺应力本构方程.应用该方程对具有方形截面的直管湍流流动和圆管湍流流动进行计算,结果表明:这种新的雷诺应力本构方程可以正确地预示二次流的存在,明显改进对雷诺正应力的大小及各向异性的计算.     

汽车外流场DES/RANS模拟研究

汽车外流场具有非定常、大分离和涡结构复杂的特点.采用分离涡模拟（DES）方法对某汽车外流场进行了数值模拟分析，将压力分布、摩擦因数分布、尾部速度和湍动能分布等结果与雷诺平均模拟（RANS）方法进行了比较.计算结果表明：在时均结果上，DES和RANS结果差别不大，但DES方法在处理非定常流动和捕捉含能结构方面优势明显，更能真实地反应汽车外流场的复杂特征.DES方法计算量较大，RANS方法在获取流场的时均信息方面显得更加经济.     

旋转栅对脱油型旋流器流场影响的数值分析

根据计算流体力学方法,利用雷诺应力湍流模型和多相流模型中的混合物模型,对采用叶片式、螺旋式和通式3种不同旋转栅的脱油型动态旋流器流场分别进行数值模拟,以揭示旋转栅流道结构对动态旋流器流场的影响。结果表明:旋转栅结构形式对动态旋流器内湍流强度和湍流耗散的影响非常大;螺旋式旋转栅可以降低动态旋流器内旋转栅附近的湍流强度,但对旋流器内整个流场湍流的改善并不明显;与叶片式和螺旋式旋转栅相比,通式旋转栅所产生的切向速度和轴向速度较大,具有更强的分离能力和更宽的高效分离域。     

平面COUETTE流动的湍流斑研究

湍流斑是近壁剪切流动中的重要现象,它们的生成和发展与流动转捩和湍流的形成密切相关.采用Navier-Stokes方程直接数值模拟和壁面脉冲模型研究平面Cou-ette流动中湍流斑的生成和演化.高精度高分辨率的三维耦合紧致差分格式被用于数值计算.探讨了平面Couette流动中湍流斑的重要特征,包括高频脉动的形成、雷诺应力的产生、扰动的急剧增长和湍流斑形状的变化,特别是流向涡的复杂演化过程.结果表明层流流动中的湍流斑具有湍流流动中一些基本特征.     

基于FLUENT割前脱粒联收机惯性分离室内流场模拟

为了深入研究4ZTL-1800割前脱粒联合收割机惯性分离室内气流的运动规律,通过建立惯性分离室物理模型,结合流体力学雷诺时均N-S方程,运用FLUENT软件对惯性分离室内流场进行数值模拟,得到不同后壁倾角下惯性分离室内流场特征,包括速度矢量图、压力分布图以及压力、湍流动能变化,通过对模拟结果的分析,得到了较好的后壁结构...     

CFD在水力机械湍流分析与性能预测中的应用

为了研究水力机械运行特性，将最新发展的计算流体动力学（CFD）理论与方法应用于水力机械湍流分析，给出了水力机械湍流流动控制方程，分析了求解湍流流动的Reynolds时均法和大涡模拟法的适用性，建立了通过湍流流场分布预估水力机械能量特性和空化特性的数学模型。通过基于k-ε双方程湍流模型的轴流泵全流道三维定常湍流计算，获得了与实际情况相符的流动细节。根据计算结果对轴流泵的能量、空化性能所做的预估．与试验结果基本一致。CFD理论和方法为探寻水力机械流场流动特性与结构动力特性间的复杂关系提供了一种新手段，为研究和开发高性能、大流量、高水头的水轮机和水泵提供理论和实际应用参考。     

扁管管片式散热器中马蹄形涡的数值模拟

本文通过数值模拟的方法对扁管管片式散热器中的流场、涡量场、速度环量、 Nu数、马蹄形涡进行了模拟。在Re=1450时,对马蹄形涡的形成、发展、衰减进行了模拟。对在Re=1050时平均Nu数在流动方向的分布,与横断面上速度环量在流动方向的分布进行了比较分析,得出在扁管管片式散热器中决定换热能力的物理量-速度环量。     

关于多场耦合问题的几个概念探讨

从湍流脉动的高阶关联项以及湍流的雷诺方程出发，指出了动量场、能量场、质量场等相互耦合现象可以湍流脉动关联项和时均项中同时存在，并提高了脉动合和时间均耦合的概念，指出了在引入湍流模型即对雷诺时均方程使用湍流统计矩方程进行了封闭后，动量，能量及质量之间的耦合现象可由时均耦合来描述。介绍了多相耦合的概念及求解耦合问题的基本思路和方法。     

用雷诺应力模型计算旋风分离器中气-固两相流动

针对分离器内部的复杂的三维强旋转、气-固两相湍流运动,采用雷诺应力模型(SSG),利用贴体网格技术,模拟计算了分离器内部流动,并将计算结果与实验数据进行分析、比较。分离器内的固体颗粒运动采用涉及湍流扩散影响的随机轨道模型和确定轨道模型,在流场计算的基础上,模拟了不同直径的颗粒在分离器内的运动规律及颗粒分离效率,并同理论和实验得到的数据进行了比较。     

水力光滑圆管临界雷诺数的确定

根据由Prandtle紊流混合长理论推导出的光滑圆管中紊流的速度分布和Nikuratse测得的圆管中紊流的速度剖面图确定的层流边层的区域范围,推导出层流边层厚度的计算公式,提出一个新的水力光滑圆管临界雷诺数计算模型.经试验数据验证,新计算模型确定的临界雷诺数与试验点符合很好.     

浑水水力分离清水装置清水流场特性试验研究

利用PIV技术，对浑水水力分离清水装置的清水流场进行了测试，得到了浑水水力分离清水装置内部流场的水流流速场、涡流场、涡流结构。给出了各测试平面的定量流场分布情况以及测试平面内的涡量场分布图、速度矢量分布图、速度分量应变率分布图和流场流线图。根据测试结果，给出了流场的切向速度分布和轴向流速分布。通过对流场的分析，初步探讨了浑水水力分离清水装置内清水流场的分布规律。     

不可压Navier-Stokes方程的一阶有限元解法

不可压Navier-Stokes方程求解的困难之一在于如何确定压力场并且同时要满足不可压条件.压力项在连续性方程中并不出现，但是却对速度起约束作用.为了解决这一问题，对于粘性不可压流动，提出了以速度和应力为基本变量，不含压力项的一阶流体动力学方程系统及对应的积分形式.采用有限元方法，对于速度和应力进行同阶插值，对于非线性对流项，采用牛顿迭代法进行处理，对于时间项采用后向欧拉方法.基于FreeFem++平台，对两平行平板间的稳态粘性流动及二维非定常圆柱绕流进行了数值计算.分别通过和精确解及标准算例的对比，验证了方法的可行性和有效性.采用不含压力项的一阶系统，避免了连续性方程中不含压力项给不可压缩Navier-Stokes方程求解带来的困难.     

平行边壁剪切流的雷诺数与摩阻流速特性初探

应用涡动力学观点,分析平行边壁剪切流的流动特性和从层流到湍流转捩的特点;对雷诺数和摩阻流速的概念及他们之间的关系进行分析和评述;给出了雷诺数的不同表达形式,把它与脉动过程和失稳机制联系起来,弥补以往的动力学参数缺乏流动物理机制的不足;最后,指出摩阻流速实际上是反映流场与边壁互相作用的一个系统整体参数.     

植物“柔性坝”过流水动力学方程的建立及其数值模拟

植物"柔性坝"的存在干扰了原有的水流流态,使坝上游水深增加,水流流速减小,同时还增大河床糙率,削减了床面剪应力。通过室内物理模型试验的初期成果,推导建立清水条件下植物二维水动力学方程,对植物"柔性坝"过流时的水动力学特性进行了数值研究,并用有限元法进行了数值计算。将数值计算得到的流速值与模型试验流速值结果进行了比对,两者吻合较好,证明了所选数学模型和数值计算方法的可靠性。     

Transport capacity models for unsteady and non-equilibrium sediment transport in alluvial channels

This study investigates transport capacity models based on different dominant variables-shear stress, stream power, unit stream power, flow discharge, flow velocity, and energy slope – in a model of unsteady and non-equilibrium sediment transport in alluvial channels. The model simulates fully coupled system of water flow, suspended sediment, and bed load sediment transport processes in two-layer system of water flow phase and movable bed. The model employs conservation of mass equation for the water in both the layers; suspended sediment in the water flow phase; sediment in the movable bed layer; and the momentum equation for the water flow in the flow phase. The system is closed by relating the sediment flux in the movable bed layer to the sediment concentration in the same layer by employing the kinematic wave theory. Using the sediment transport capacity expression with different dominant variables, a series of numerical experiments are carried out for unsteady and non-equilibrium sediment transport. The results seem theoretically reasonable for hypothetical cases. The model is calibrated and validated using different experimental data sets. The calibrated value for the transport capacity model’s exponent (k_i) is found to be 1.50, 1.65, 0.24, 0.56, 4.80, and 0.22 for shear stress, stream power, unit stream power, discharge, velocity, and slope approaches, respectively. The numerical investigation results show that transport capacity model based on any dominant variable can be employed for modelling unsteady and non-equilibrium sediment transport.     

天然气液化冷剂管外降膜流动特性数值模拟

降膜流动蒸发是液化天然气工艺中绕管式换热器的核心传热方式.为了研究不同雷诺数、管外径及管间距对烷烃类介质降膜流动管间流型、液膜厚度等参数的影响,基于VOF两相流模型和Level Set两相流模型的耦合模型,进行降膜流动的数值模拟研究,同时搭建可视化实验装置,对数值模型进行实验验证.基于数值模拟结果,拟合得到了适用于烷烃...     

局部狭窄动脉内非牛顿血液脉动流的一个数学模型

目的探讨生理脉动状态下,存在非轴对称性局部狭窄段的动脉内的血流动力学特性。方法以动物实验为基础,采用计算流体动力学的原理及方法进行研究;血液被看成是不可压非牛顿Bingham流体,在心动周期里以脉动的形式在动脉内运动,血液运动的控制方程是Navier-Stokes方程,控制方程的求解采用有限元数值方法。结果得到了心动周期内动态分布的血液流场、速度场、壁面切应力(WSS)分布等重要血流动力学量。结论几何因素是影响动脉内血流动力学环境的最重要因素;血流的脉动性也有一定的影响,在心动周期的舒张期初期到中期阶段,动脉内血流量较快地下降,血液流场、WSS分布等血流动力学量分布最复杂。     

The onset of turbulence in pipe flow

Shear flows undergo a sudden transition from laminar to turbulent motion as the velocity increases, and the onset of turbulence radically changes transport efficiency and mixing properties. Even for the well-studied case of pipe flow, it has not been possible to determine at what Reynolds number the motion will be either persistently turbulent or ultimately laminar. We show that in pipes, turbulence that is transient at low Reynolds numbers becomes sustained at a distinct critical point. Through extensive experiments and computer simulations, we were able to identify and characterize the processes ultimately responsible for sustaining turbulence. In contrast to the classical Landau-Ruelle-Takens view that turbulence arises from an increase in the temporal complexity of fluid motion, here, spatial proliferation of chaotic domains is the decisive process and intrinsic to the nature of fluid turbulence.