浅水横流中异重冲击射流的大尺度涡结构

采用RNG湍流模型对浅水横流中异重冲击射流的大尺度涡结构进行了详细的数值研究.分析了冲击区滞止点上游壁面涡结构和近区Scarf涡结构的尺度、形成机理和演化特征.计算得到了上游壁面涡的特征尺度,结果表明上游壁面涡具有高度的三维性,其特征尺度依赖于流速比和环境水深.近区Sarf涡结构对横流冲击射流的横向浓度分布具有重要的影响.当流速比相对较小时,在底层壁射流与环境横流的横向边界附近出现明显的高浓度聚集现象,计算结果表明Scarf涡结构对这一高浓度聚集区的形成起主导作用.

二维非静力旋转流体方程组的稳定性

应用分层理论所提供的方法,证明了二维非静力Boussinesq近似的旋转流体方程组在二阶连续函数类中是一个不稳定性的方程.并给出方程组的形式解解空间构造和求解方法.对某些典型的初边值问题,给出了判断其是否存在形式解的充分必要条件以及计算形式解的具体的计算公式.

弱粘性流体中垂直激励表面波的阻尼效应

在竖直振动的圆柱形容器中,将Navier_Stokes方程线性化,利用两时间尺度奇异摄动展开法研究了弱粘性流体的单一自由面驻波运动.整个流场被分为外部势流区和内部边界层区两部分,对两部分区域分别求解,得到包含阻尼项和外驱动影响的线性振幅方程.利用稳定性分析,得到形成稳定表面波的条件,给出了临界曲线.此外,还获得了阻尼系数的解析表达式.最后,将线性阻尼加到理想流体条件下所得到的色散关系中对其进行修正,理论结果证明修正后的驱动频率更加接近实验的结果.通过计算发现,当驱动的频率较低时,流体的粘性对表面波模式选择有重要影响,而表面张力的影响不明显;但当驱动频率较高时,流体的表面张力起主要作用,而流体的粘性影响甚小.

变化底部对非线性表面波的影响

考虑表面张力的作用,研究了不可压缩、无粘性流体流过变化壁面时的共振流动,分析了不同的底部壁面变化对非线性表面波的影响.在导出非线性表面波遵循的fKdV方程后,利用拟谱方法进行数值模拟,用Matlab软件绘制瀑布图,由此得出结论:上凸底部上的波可以看成是向前凸台阶和向后凸台阶分别向前后散射发展的结果,二者不发生相互作用;下凹壁面的波形是向前凹台阶和向后凹台阶相互作用的结果;某些组合式底部的波形是上凸和下凹相互作用的结果.

固壁近旁Stokes流中粘性液滴的运动和变形

发展了一种模拟固壁近旁轴对称Stokes流中粘性液滴的运动和变形及直接计算固壁上应力的边界积分方法.用此方法对不同的液滴_固壁初始相对间距、粘度比、表面张力和浮力联合参数以及环境流动参数情况进行了数值实验.数值结果显示,由于环境流动和浮力的作用,随着时间的推进,液滴在轴向压缩,在径向拉伸.当环境流动的作用弱于浮力作用时,随着时间的推移,液滴上升并向上弯,固壁上由液滴运动所引起的应力不断减小.当环境流动的作用强于浮力作用时,随着时间的推移,液滴变得越来越扁.在这种情形,当大初始间距时,壁面上的应力随液滴的演变而增大;当小初始间距时,由环境流动、浮力及壁面对流动的较强作用的联合影响,此应力随液滴的演变而减小.由于液滴运动所引起的壁面应力的有效作用仅限于对称轴附近的一个小范围内,且此范围随液滴与固壁的初始间距增大而增大.应力的大小随初始间距增大而大为减小.表面张力对液滴变形有阻止作用.液滴粘性会减小液滴的变形和位置迁移.