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文献检索:
  • 用SST-DES和SST-URANS方法数值模拟亚临界雷诺数下三维圆柱绕流问题
  • 基于剪切应力运输(shear stress transport,SST)的分离涡模拟(detached-eddy simulation,DES)在近壁面的流动区域采用SST模型,而在其他区域采用亚格子模型求解流场。本研究中分别应用SST-DES和SST-URANS方法对亚临界雷诺数Re=3900下的三维圆柱绕流进行了数值模拟,比较分析了两种数值方法下圆柱表面的时均压力分布、圆柱后方的漩涡脱落特征、圆柱下游流场的时均速度剖面分布等,并将数值模拟结果同前人物理试验比较,结果表明SST-DES方法在亚临界雷诺数下的三维圆柱绕流数值模拟问题上比SST-RANS方法具有更好的效果。
  • 管流与明渠层流的总流机械能方程及机械能损失计算
  • 管流与明渠流同属流体力学中的内流,其总流机械能方程在水力学中称为总流能量方程。现有水力学中的总流能量方程是以理想不可压缩液体的伯努利方程为基础得到的,无法得到总流机械能损失的表达式。该文作者曾直接从黏性不可压缩流体运动的控制方程出发分别得到了管流及明渠流的总流机械能方程,解决了以上问题。考虑到层流条件下明渠流自由表面的变形特点,该文在前述工作基础上,将管流及明渠流在层流条件下的总流机械能方程进行了统一,同时还分别计算了管流(圆管、不同长短半轴比的椭圆管、不同宽高比的矩形管和不同内外径比圆环管)及明渠流(不同宽深比的矩形明渠)在层流条件下的总流机械能损失系数。结果表明:在同一雷诺数条件下,圆管层流的总流机械能损失系数比椭圆管层流、矩形管层流、圆环管层流及较大宽深比的矩形明渠层流的机械能损失系数要小。
  • 船舶第二代完整稳性过度加速度薄弱性衡准研究
  • 目前国际海事组织(IMO)分委会正在制定包括过度加速度在内的第二代完整稳性衡准。该文主要研究了IMO船舶设计与建造委员会(SDC)第2次会议及会后中国和德国联合提出的过度加速度薄弱性衡准提案,文中首先分析了该衡准方法,并开发了相应的计算程序,然后以国际标模C11集装箱为例给出了计算过程,最后进行了样船计算,验证了该衡准方案的可行性。该研究为过度加速度衡准方案制定提供了技术支持。
  • 井筒环雾流传热模型及其在深水气井水合物生成风险分析中的应用
  • 该文采用Hewitt流型判别法,表明深水含水气井测试时井筒内多为环雾流,考虑了气核与液膜间速度及热力学性质差异,建立了环雾流传热模型,与南海某深水气井实测数据对比,模型预测误差在5%以内。计算表明,忽略含水影响的气体单相模型在含水量大于0.1%时,泥线以上井筒压力和温度预测误差均超过10%,应用该研究建立的环雾流模型则可以得到更准确的结果。含水会使泥线以上一定范围内井段井筒温度显著降低,压力损失增大。产气量较低时,含水量对水合物生成风险基本无影响;产气量较高时,含水量会使得水合物生成区域下界下移,水合物生成区域增大,并使过冷度增大,更容易诱导水合物生成,水合物生成风险增大,需要增加水合物抑制剂用量,并加深注入位置。产水会使无水合物生成所对应的临界产气量增大,需要调整水合物抑制剂用量和注入位置。
  • MIKE11模型在东苕溪水源地水质预警及保护的应用
  • 基于浙江省东苕溪干流水文特性,结合流域水质与污染物情况,应用MIKE11模型构建了流域水动力和水质耦合模型。率定河道糙率为0.018–0.022,氨氮降解系数为0.07–0.10/d,总磷降解系数为0.07;验证模型计算值与实际测定值吻合程度较高。模拟上游水污染突发事件发生后污染物到达东苕溪水源地取水口的时间,以此进行水质预警。计算水源地取水口发生水污染事件后不同水期条件和不同污染物的情况下需要的上游自净稀释水量,以保障饮水安全。
  • 气力提升系统管道压力实验研究
  • 在实际应用中,受环境作业影响,气力提升不可避免地采用弯曲管道。有鉴于此,该文采用数据采集测试系统通过压力传感器对三种不同提升管内压力进行实验研究,探讨其局部弯曲位置对气力提升性能的影响,分析管内的压力波动特征,进而阐明其中流型的变化机理及规律。实验结果表明:气力提升性能受运行参数和结构参数的影响显著;管内压力时域图因气流量和淹没率变化而显著改变,在弹状流时呈现明显的低频、大幅振荡特征;且存在压力变化转折点;由时域图和压力分析可知管内流型发生两次转变;C型提升系统率先进入弹状流,故管道局部弯曲位置应在进气口之下为宜。
  • 基于有限体积法的三维波生近岸流数值模型
  • 波浪破碎产生近岸流是近岸浅水区域一个重要的水动力现象。该文利用辐射应力的概念,并考虑辐射应力沿水深的变化、波浪破碎引起的水滚以及波流共同作用下的水底剪应力,建立了基于有限体积法的三维波生近岸流数值模型。运用建立的数值模型模拟了两个实验室实验,并同实验的实测结果进行了对比。结果表明,建立的数值模型能够较好地模拟波浪破碎产生的近岸流。
  • 二维湍流外力尺度影响的格子Boltzmann方法研究
  • 该文基于格子Boltzmann方法,研究系统外力尺度kmax/kf对二维湍流的能谱和统计行为的影响。考虑了两种系统外力(高斯力和Kolmogorov力)和三种外力尺度max/fk k。在不存在线性摩擦力情况下,验证了描述二阶涡量结构函数与能谱关系的Benzi理论。研究表明:当外力尺度kmax/kf逐渐增大时,Kolmogorov外力情况下的二阶涡量结构函数与能谱之间的关系逐渐符合Benzi理论。在存在线性摩擦力情况下,出现能谱双能级。随着外力尺度kmax/kf逐渐增大,Kolmogorov外力情况下的直接惯性区能谱逐渐接近Kraichnann理论。在两种系统外力情况下涡量场和速度场的概率分布函数(PDF)具有指数尾迹,与Falkovich和Lebedev理论预测的结果一致。PDF随着kmax/kf增加有更大的峰度(Kurtosis),这意味着在直接级联惯性区具有更强的间歇性。
  • 仿生机器鱼尾鳍推进性能实验研究
  • 该文研制了仿鲤鱼机器鱼平台,并通过系泊测力实验研究了自然界常见的圆形、叉形和新月形尾鳍的推进性能,同时比较了刚性、弹性两种材质对尾鳍推进性能的影响。结果表明,弹性尾鳍让机器鱼的平均推力随振幅和频率的变化更平稳;在摆动频率处于中高段时,展弦比较大的刚性尾鳍比弹性尾鳍能产生更大的推力,而展弦比较小的弹性尾鳍比刚性尾鳍能产生更大的推力。
  • 基于EFDC的九龙江口-厦门湾三维潮流及盐度数值模拟研究
  • 环境流体动力学模型(EFDC)集水动力模块、泥沙输运模块、污染物运移模块和水质预测模块于一体,可以用于河流、湖泊、水库、湿地和近岸海域一维、二维和三维物理和化学过程的模拟。为了研究岛屿多、岸线地形及流态复杂的九龙江口-厦门湾水动力过程,该文将EFDC模型运用于该水域三维潮流及盐度场的数值模拟,对比实测资料校核了模型参数,利用实测潮位、流速和盐度数据对模拟结果进行了充分的验证,吻合度高。该水域属于规则半日潮类型,平均涨、落潮历时约6 h;潮流以往复流运动为主,表层流速最大可达2 m/s;低平潮前后出现面积合计约74 km2的多处露滩;发现河口区分层及不同类型的盐度锋现象均在低潮后1 h时最显著。结果表明,该模式成功复演了九龙江口-厦门湾潮汐潮流和盐度场的时空变化过程,适用于模拟和分析河口及近海海域的水动力场。
  • 明渠流动条件下单圆墩的阻水效应数值模拟
  • 该文利用数值模拟手段探究明渠流动条件下单圆墩阻水效应特征。数值模型基于商用软件Fluent的气、水两相流模块,自由液面的捕捉选取VOF模型。通过分析明渠水流中单墩柱放置前后局部水位差,建立了阻水效应特性与流态因子之间的关系式。定量分析了墩柱阻水效应的空间影响范围及阻水强度,同时通过系列数值实验率定了单圆墩阻水系数经验公式hw* (y*)= Ae?(y*/B)2中的A、B参数,该经验公式由作者通过物理模型实验获得。研究成果可为大尺度河流水动力模拟中桥梁墩柱的概化提供一定参考依据。
  • 成层土条件下坑底无可靠隔水层基坑渗流量分析
  • 目前坑底以下无可靠隔水层且采用悬挂式止水帷幕的基坑渗流量的计算,多数基于规范中的大井法,但大井法没有考虑止水帷幕对渗流量的影响。该文基于共形映射理论,建立存在止水帷幕的非对称数学模型,考虑成层土条件下的渗流情况,推导出理想边界下该类基坑渗流量公式。以昆明某基坑为例,用该文所建模型对基坑渗流量进行计算,并将计算结果与实际渗流量进行比较,以此验证模型的有效性。
  • 轴流式水轮机导流罩与叶轮尾流流场仿真研究
  • 文中提出一种新型轴流、悬浮式潮流能水轮机结构,为提高其潮流能利用效率,采用CFD技术对水轮机外围流线型导流罩内流场与叶轮尾流场进行数值仿真研究。通过对比拟定的10种不同线型导流罩,发现收缩段和扩散段的进出口曲线前后连接点比例mx为0.3的双三次曲线导流罩内流场更加稳定、均匀。为进一步研究导流罩的聚能作用与叶轮尾流场的速度分布情况,实施了有、无导流罩工况下水轮机的数值仿真,结果显示:距离叶轮下游边缘1.25D(D为叶片直径)以内的流场域流速有显著的改变,且加装双三次曲线0.3mx=线型导流罩,水轮机较敞水工况输出功率提高约29%。相关的拖曳水池模型试验验证了数值仿真方法的有效性。
  • 联合生态调度对超饱和气体影响的数值研究
  • 在水利枢纽之间实现有效调度来减少总溶解气体对鱼类的危害是操作方便又经济的生态调度新方法。该文以哥伦比亚河上超饱和气体现象最严重的大古力坝下游鲁弗斯伍兹湖为研究对象,以现场观测资料为基础,采用二维两相流模型模拟电厂和泄洪孔之间流量转换下的鲁弗斯伍兹湖的超饱和气体浓度,对比分别利用改造泄洪建筑物结构和通过联合生态调度来降低其不利影响的效果,最终目的是通过合理水库调度方式,减轻或弥补对水生态环境的影响。
  • 底部加热的复合多孔介质热-流耦合场非线性特性
  • 针对非线性流动传热受底部加热模型骨架的影响及分叉、震荡点的非线性解析解难求的问题,采用数值模拟及实验的方法对底部加热的复合多孔介质热流耦合传热过程进行数值求解和温度测试。构建底部加热的复合多孔介质热-流耦合传热的三维模型;采用SIMPLE算法对控制方程组进行QUICK格式离散求解,并在底部加热实验台上对测点进行温度采集。在小Ra工况下,揭示了复合多孔介质内存在热流分布分层特性及确定了非线性分叉、震荡解的特征值。数值结果表明:热流场分布对初始场依赖敏感,低Ra情况下三维腔体内热流场表现出稳定的二维性质;与单层多孔介质相比,复合多孔介质内存在热流分布分层的非线性特性;非线性分叉、震荡点对应的临界Ra依赖复合多孔介质骨架高度比,高度比越大(强导热、高阻力多孔介质区所占高度越大),静态分叉及震荡所对应的临界Ra越小,越早表现出分叉、震荡等非线性特性;改变复合多孔介质内高度比可以重新优化热流场分布,实现削弱或强化传热。
  • 泄洪洞中闸室出口侧墙掺气体型研究
  • 为消除中闸室出口侧墙上的掺气盲区并且改善水流流态,该文提出了突扩-渐扩侧掺气体型。采用RNG k-ε紊流模型对此掺气体型进行数值模拟,获得了侧墙上水流流态、压力分布以及水翅强度等水力特性。利用物理模型试验对计算结果进行验证,计算结果具有可靠性。结果表明:出闸水流弗劳德数一定时,侧墙突扩宽度和渐扩长度是影响水翅强度的主要因素,突扩宽度越大或渐扩长度越短,水翅强度越大;侧墙压力中心主要是由出闸水流冲击泄洪洞底板造成的;此掺气体型能形成稳定侧空腔并且侧墙上无负压产生,能够有效避免空化空蚀。
  • [水动力学基础]
    用SST-DES和SST-URANS方法数值模拟亚临界雷诺数下三维圆柱绕流问题(赵伟文;万德成)
    管流与明渠层流的总流机械能方程及机械能损失计算(薛娇;刘士和)
    船舶第二代完整稳性过度加速度薄弱性衡准研究(卜淑霞;顾民;鲁江,)
    井筒环雾流传热模型及其在深水气井水合物生成风险分析中的应用(王志远;赵阳;孙宝江;王雪瑞;潘少伟)
    MIKE11模型在东苕溪水源地水质预警及保护的应用(胡琳[1,2];卢卫;张正康)
    气力提升系统管道压力实验研究(唐川林;葛瑞瑞;胡东;汪志能)
    基于有限体积法的三维波生近岸流数值模型(熊伟[1,2];翟剑峰[1,2];朱志夏[1,2];东培华[1,2])
    二维湍流外力尺度影响的格子Boltzmann方法研究(夏玉显;钱跃竑)
    仿生机器鱼尾鳍推进性能实验研究(汤琳;邓见;张军;邵雪明)
    [计算流体力学]
    基于EFDC的九龙江口-厦门湾三维潮流及盐度数值模拟研究(谢森扬;王翠;王金坑;郑斌鑫;郭洲华)
    明渠流动条件下单圆墩的阻水效应数值模拟(韩露;张景新[1,2];魏清福)
    成层土条件下坑底无可靠隔水层基坑渗流量分析(曹净;汪尺;张丙军[1,2];刘海明)
    轴流式水轮机导流罩与叶轮尾流流场仿真研究(陈正寿[1,2];张国辉;刘羽[1,2];赵陈;黄聪汉)
    联合生态调度对超饱和气体影响的数值研究(付小莉;沈超,)
    底部加热的复合多孔介质热-流耦合场非线性特性(杨伟;曹明;郭东升;赵柄翔;张美琳;付超)
    泄洪洞中闸室出口侧墙掺气体型研究(钟建[1,2];杨庆[1,2];戴光清[1,2];张永清)
    《水动力学研究与进展:A辑》封面

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