基于湍流猝发的明渠流悬沙浓度分布

泥沙悬浮是湍流猝发直接作用的结果．本文基于这一力学机理，利用湍流猝发平均持续时间和猝发强度构造明渠流悬沙湍流扩散模式．模式涉及的唯一参数线性地随悬沙沉降速度对摩阻流速的比值增大而增大，表征较粗、较重的泥沙颗粒的悬浮需要具有更多能量、持续时间更长的湍流猝发作用与之相适应，物理意义明确．经水槽实验资料验证，本模式可精确模拟悬沙浓度沿垂线的分布．对类似流动中其它异质污染物的湍流扩散。

基于槽道流LES数据库的湍流猝发检测

采用大涡模拟方法,在与两种Reynolds数情形的DNS结果进行充分验证的基础上,获得了不同Reynolds数情形槽道湍流的可靠LES数据库,由此可进一步得到任意Reynolds数时速度剖面、湍流强度、剪应力等统计量的时空分布以及猝发结构的时空特征.基于这些可靠的LES数据库,利用条件采样方法检测猝发事件的时空尺度,并提出由喷发事件时间间隔概率分布曲线确定组合参数对传统的条件采样方法进行改进,以避免检测结果的误差.检测结果表明,引入组合参数后,湍流猝发周期对门限的依赖性得到显著改善.同时,对猝发事件的空间分布进行检测,得到了平均猝发面积比.通过比较不同Reynolds数的结果发现,Reynolds数对平均猝发周期和平均猝发面积比的影响不大.

悬浮泥沙对粗糙底壁湍流场猝发的影响

本文建立了具有法向压力梯度项和沙粒作用项的粗糙底壁附近流场的运动方程，结合对粘性底层和过渡区内层交界面的分析方法和小扰动稳定性理论，由理论分析和数值计算得到了流动雷诺数、无量纲扰动波数、无量纲两相法向平均速度差、斯托克斯数、壁面的粗糙元以及悬浮沙粒的质量浓度等因素与水流底壁湍流猝发角乃至猝发难易程度的关系，部分结果与已有的实验结果进行了比较．文中所得结论有助于进一步了解挟沙水流近壁流场和悬浮泥沙的运动特性以及泥沙的沉积和输运机理．

明渠湍流床面附近跃移层内颗粒浓度垂线分布

本文以动理学理论的 Boltzmann方程为基础 ,考虑明渠湍流床面附近猝发喷射和清扫运动对跃移层内运动颗粒的不同作用 ,分析了明渠中泥沙颗粒浓度垂线分布问题 ,得到了适用于包括跃移层、悬移层在内的统一浓度垂线分布公式。文中着重研究了跃移层内运动颗粒的浓度垂线分布 ,并将本文结果与实测跃移层内浓度垂线分布及实测跃移层顶部浓度进行了对比 。

潮流和波浪作用下悬移质挟沙能力的研究

本文将湍流猝发理论用于潮流与波浪共同作用下挟沙能力的研究。基于湍流猝发的时空尺度得到波浪和潮流作用下床面泥沙上扬通量 ,然后根据连续律 ,建立了平衡近底含沙量的理论表达式。进而根据波浪掀沙和潮流输沙的模式 ,推导得出了物理概念清晰和充分考虑床面附近泥沙交换力学机理的潮流和波浪共同作用下的挟沙能力公式 ,经过黄河口实测资料的验证 ,计算与实测符合良好。

流动水系统中CaCO_3在换热表面上结垢机理的研究

设计了一种新的测垢实验装置,研究了模拟硬水CaCO_3在加热表面的结垢机理.提出了沉积-自由移去的结垢机制,并用湍流猝发理论结合Hasson的离子扩散模型,导出了碳酸钙结垢速率的数学模型,模型预测速率同实验数据吻合较好.

流向传播的展向电磁力壁面减阻

文章采用直接数值模拟方法,对流向传播的展向Lorentz力作用下槽道湍流的壁面减阻效果和减阻机理进行了研究,通过改变电磁力强度A和流向波数kx,可以使壁面阻力明显减少。讨论了电磁力强度A和流向波数kx对湍流猝发事件及壁面减阻率的影响。结果表明,A或kx有一不变另一增加时,湍流猝发频率和猝发强度的变化趋势是相同的,先减小并同时达到最小后增加。故存在最优参数A、kx,使减阻效果最好。

槽道湍流的展向振荡电磁力壁面减阻

采用直接数值模拟方法,对槽道湍流的展向振荡电磁力的减阻效果和减阻机理进行了研究,讨论了电磁力强度和振荡频率对湍流猝发事件以及壁面减阻率的影响.结果表明,电磁力强度或振荡频率变化时,湍流猝发频率和猝发强度的变化趋势是相反的,所以存在最优参数使得减阻效果最好.等价壁面展向速度可以很好地描述电磁力强度和振荡频率的变化对减阻效果的综合效应。

珠江河口底边界层湍流事件研究

该文通过座底式支架的ADV,对珠江河口底边界层的湍流进行了一个全潮25 h的观测,并利用该资料对湍流事件进行了研究,探讨了湍流事件特征量在潮内的变化。研究结果表明:(1)河口湍流事件受潮汐过程的影响,各特征量变化带有明显的半日分潮特征,且急流和憩流时刻差异显著。(2)对于动量事件,憩流时刻事件发生的次数多,但持续时间短,贡献率低,而急流时刻次数少,持续时间长,贡献率高;对于泥沙事件,憩流时刻次数少,但持续时间长且强度高,急流时刻次数多,但持续时间短且强度低。(3)湍流事件发生的时间约占总时间的40%,事件的平均持续时间分别为0.07 s(动量事件)和0.05 s(泥沙事件)。

粗糙床面风廓线的转折特征及其物理意义

为了进一步认识粗糙床面空气动力学粗糙度的物理意义,理解空气动力学粗糙度对动量传递和跃移起动的影响机制,从风洞试验测定的粗糙床面风廓线转折特征入手,分析了粗糙床面的空气动力学性质并提出了内边界层动量传递及近壁区沙粒起动的可能机制。结果表明,细高粗糙元(方向比率在4～20之间)和孔隙粗糙元(孔隙度在0.15～0.75)风廓线呈现4个转折段,对应的湍流垂直分层为近壁区-尾涡层(Z≤0.15H～0.5H)、内边界层-尾涡层过渡层(0.15H≤Z≤0.75H)、内边界层(0.3H～0.75H≤Z≤1.2H～6H)和内边界层与外边界层过渡层等。粗矮粗糙元(粗糙元的方向比率在0.4～1.25之间)风廓线存在几个转折段,对应气流垂直分层为近壁区-尾涡层(Z≤1H～1.5H)和内边界层(1H～1.5H≤Z≤7H～35H)等。细高粗糙元和孔隙粗糙元覆盖21组床面(侧影盖度在0.007～0.50,粗糙元的高度在10～100mm)的内边界层内空气动力学粗糙度在0.07～30.74mm之间,比内边界层以上或以下过渡层的空气动力学粗糙度高几个数量级到数倍;内边界层摩阻风速的0.50～1.66m.s-1之间,是内边界层以下过渡层的1.5～10倍、内边界层以上过渡层的摩阻风速的1.1～2.8倍。内边界层的空气动力学粗糙度和摩阻风速分别代表了粗糙床面对气流阻力特征和湍流切应力。内边界层以下过渡层湍流切应力与粗糙元之间光滑地表所受切应力关系不大,而近壁层切应力与光滑地表所受切应力直接相关。近壁层猝发过程上抛运动和内边界层湍流猝发过程下扫运动耦合关系是内边界层的一部分动量传递到近壁区并导致沙粒起动的可能机制。