最小能耗率原理的数值水槽模拟验证

最小能耗率原理发展至今,已有严密的理论证明,但缺少实测数据和数值模拟的验证。本文采用Flow3D中RNG k-ε紊流模型结合GMO法对顺直矩形水槽内的水流运动进行了数值模拟研究,通过选取不同断面之间的水流为研究系统,计算了各个时刻系统的单位体积水流能耗率变化。结果表明,矩形水槽内的水流运动确实遵循最小能耗率原理。

最小能耗率理论在分汊河段的应用

运用最小能耗率理论,研究了分汊河流的河相关系,得到了冲积河流支汊在自由发展或受制状况下的河流各几何要素和水动力要素之间的函数关系。这为进一步理解河道发展规律,制定航道整治工程方案提供了有用参考,也可与其它理论的数模计算相互验证。

河流调整中的熵、熵产生和能耗率的变化

河流是一个真正的开放系统,而不是孤立系统或封闭系统。运用经典热力学和非平衡态热力学基本原理,分析研究了河流调整中的熵、熵产生和能耗率的变化。指出:熵和熵产生是两个不同的概念;最小熵产生原理等价于最小能耗率原理;冲积河流在调整过程中遵循最小熵产生原理或最小能耗率原理,而不是最大熵原理。

流体最小熵产生原理与最小能耗率原理(Ⅰ)

最小能耗率的研究已有100多年的历史了,至今最有代表性和影响力的研究成果要数美籍华裔学者杨志达(YangC.T.)等人提出的最小能耗率原理。作者通过分析研究,指出杨志达提出的最小能耗率原理存在着某些缺陷,并基于非平衡态热力学的最小熵产生原理重新推导了流体最小能耗率原理的数学表达式。论文分Ⅰ、Ⅱ两篇,这是第Ⅰ篇。本篇一是对最小能耗率原理的研究进行了简要回顾,着重指出杨志达的最小能耗率原理存在的缺陷;二是介绍了最小熵产生原理,目的是为推导流体最小能耗率原理的数学表达式提供理论基础。

基于最小可用能耗率原理的河流水沙数学模型

本文把河流视为具有能量紊动黏性热耗散结构的开放系统,根据耗散结构的熵和能耗理论,提出了保持冲积河流稳定的最小可用能耗率原理和公式。该原理全面地反映了河道输水输沙的能耗特性,在数学上完整地表达了冲积河流河床演变的基本原理———自动调整作用原理。应用该原理的公式封闭河床演变方程组,建立了冲积河流河道输水输沙优化的数学模型,根据该模型的计算结果分析了黄河下游河道输水输沙的规律,并解释了河床演变的各种现象。应用该模型计算了黄河下游各河段输水输沙优化的临界指标,并提出了有利于改善小浪底水库调水调沙运用的建议,为小浪底水库调水调沙提供参考。

河流最小可用能耗率原理和统计熵理论研究

河流是一个具有能量紊动粘性热耗散结构的开放系统 ,依照热力学熵差和统计熵定义了河流水力熵差和统计熵 ,根据耗散结构动平衡稳定的熵和能耗理论 ,建立明渠流和冲积河流的水力熵和统计熵理论 ,提出了明渠流和冲积河流稳定的最小可用能耗率原理和公式 ,该原理全面地反映了河道输水输沙的能耗特性 ,不仅在数学上完整地表达了冲积河流河床演变的基本原理———自动调整作用原理 ,而且还反映了床沙质和冲泻质的划分标准、高含沙水流和挟沙力等特性 ,并用该理论解释了冲积河流水沙运动和河床演变的各种现象。

基于广义流和广义力的河流能耗率推导

基于非平衡态热力学理论中局域熵产生和能耗函数的关系,以及能耗函数可以写作不可逆过程中每个广义流与其相应的广义力的乘积之和,构造了河流的广义力和广义流,推导出河流的能耗函数数学表达式.通过对能耗函数做体积分,进而推导出河流的能耗率.从而避开使用众多复杂的非平衡态热力学和高等流体力学公式,过程简便且易于理解.

流体最小熵产生原理与最小能耗率原理(Ⅱ)

本文是“流体最小熵产生原理与最小能耗率原理”的第Ⅱ篇。在这篇中 ,一是阐明了最小熵产生原理等价于最小能耗率原理 ;二是基于最小熵产生原理 ,利用流体力学的 3个基本方程 ,即连续方程、运动方程和能量方程以及热力学的吉布斯公式 ,推导出了流体最小能耗率原理数学表达式。该式适用于 :(1)具有稳定边界的任何开放的流体系统 ,如河流 ;(2 )恒定非均匀流或均匀流 ;(3 )层流或紊流。

网状河流的构型、流量—宽深比关系和能耗率

网状河流作为一类新河型 ,已经受到研究者的关注 ,但对其研究还不充分。该研究基于目前已经报道过的资料及新近取得的研究成果 ,从河流构型、河道过水断面宽深比与流量关系及能耗率等方面对该河型展开论述 ,期望引起大家对该河型的兴趣。网状河流在许多方面表现出了独有的特色。从平面构型来看 ,它以相互连通的多河道围绕非常稳定的泛滥盆地为特征 ,其中泛滥盆地上植被发育、沼泽湖泊可见。从河道纵、横剖面来看 ,它具有非常小的河道比降和一般小于 4 0的河道宽深比 ,总体上属于各类河型中最小的。从沉积体系的剖面构型来看 ,它以多个孤立的河道砂体“漂浮”在细粒泥质沉积物中为特征。在河道过水断面宽深比与流量的半对数图中可见 ,其宽深比随流量的增大而减小 ,并且其散点位于各类河流的最下部。由于其河道比降一般很小 ,多河道体系中的单个河道的流量相对于其决口前的老河道显然较小 ,从而其能耗率就相对很小。文中所讨论到的长江三口分流网状河道 :东松滋河、西松滋河、虎渡河、藕池河、北藕池河和松澧合流 ,其能耗率分别为 3.0W /m2 ,5 .5W /m2 ,2 .8W/m2 ,6 .4W /m2 ,3.7W /m2 和 2 .7W /m2 ,显然都小于 10W /m2 ,这与长江主河道在枝江附近的 14 0W /m2 相比 ,差两个数量级。

流体最小能耗率原理的热力学基础

针对学术界一直存在争议的流体在运动过程中到底是遵循最大熵原理还是遵循最小能耗率原理或最小熵产生原理问题,以热力学理论为基础,分析最小熵产生原理和最小能耗率原理,同时澄清一些容易混淆的问题,指出:热力学中的基本原理、基本概念同样适用于流体运动;流体在运动过程中遵循最小能耗率原理或最小熵产生原理。

运用能耗率极值原理对几个半经验紊流模式的分析

紊流运动极其复杂。为了将问题简化和封闭,人们已提出了许多半经验的紊流模式,然而这些模式中的有关待定参数(包括变数和常数)却无法从理论上加以确定。为此,本文运用能耗率极值原理对几个常用的模式作了分析,从理论上确定了这些模式中的未知参数的函数表达式,并进一步导得了考虑粘性剪力项及忽略粘性项时的流速分布公式。这一分析有助于对一些参数的物理意义的深入认识,也有助于帮助检验现行紊流模式具有多大的合理性及应该选取什么样的紊流模式更好些。紊流模式的不同直接影响着分析结果,因此,尽管能耗率极值原理在理论上提供了一个新的有效的独立方程,但它仅解决方程的封闭性问题,即它仅仅保证了能够从理论上给出方程中各未知量之解,要得到与实际情况相符的理论解,还取决于合理的紊流模式(亦即能耗率取极值时所需的限制条件)的建立。

应用最小能耗率原理优化设计不冲不淤渠道

最小能耗率原理认为,河流系统在某些约束条件下维持稳定平衡状态时其能耗率应为最小值。本文根据最小能耗率原理,以能耗率极小为目标函数,以渠道不冲不淤流速作为约束条件,利用优化计算方法对不冲不淤稳定渠道进行优化设计,并用泾惠渠、洛惠渠和渭惠渠三个灌区部分实测稳定渠道资料对计算结果进行了验证。验证结果表明,优化计算值与实测值符合较好。

基于最小能耗率原理的河床稳定性判据

为了解决河床稳定走势问题,基于最小能耗率、雷诺平均法以及变分原理,提出了河床稳定性判据.通过与文献资料数据、纵断面稳定系数进行比对,验证了此河床稳定性判据.同时,结合黄河下游自花园口至利津等7个水文站所形成的6个河段,在1972,1973,1975—1980,1982,1985,1987,1988和1991—2000年等21年的水文资料,对黄河下游不同河型进行了稳定性分析.结果表明:黄河下游河床稳定性逐渐降低,孙-艾和艾-泺河段稳定性最差,需要对河岸进行加固;黄河是地上悬河,高含沙水流中的泥沙在中下游逐渐淤积抬高了河床,从而导致河床稳定性降低.

流体平面运动与最小能耗率原理

最小能耗率原理在流体运动中是否是一个普适原理,一直存在着不同的观点。本文以恒定不可压缩流体平面运动为研究对象,利用流体力学的运动方程、连续方程和能耗率方程,通过引入流函数,得到了最小能耗率原理成立的充分和必要条件,并由该条件得出最小能耗率原理在流体运动中并不是一个普适原理。

紊流模式中的耗散相关和能耗率

在前人研究的成果———将耗散相关εｉｊ 和能耗率ε分解为非均匀部分和均匀部分———的基础上，进一步将均匀部分分解为主要部分即各向同性部分和剩余部分．分析了各向同性部分εｈ 与脉动能ｋ 、横向微比尺λｇ 的关系，指出εｈ 随着脉动能ｋ 的取值，落在阻力平方区、过渡区和阻力线性区等范围，提出了可以代替紊流模式中并不精确的能耗率简化方程的算式．

多级次地下水流系统的最小能耗率原理初探

20世纪60年代初期,Tóth基于定水头上边界条件推导出解析解,得出多级次地下水流系统,是水文地质学里程碑式的突破,成功地解决了一系列理论和实际问题。但Tóth解析解存在的缺陷也长期沿袭:单纯重视数学模拟而忽视物理机制;将地形控制地下水位看成是普适性规律;忽视给定水头上边界数学模拟的失真。这些缺陷,尤其是忽视物理机制探究,不仅妨碍Tóth理论自身发展,而且导致地下水流系统理论尚未被国际水文地质界普遍接受。参照河流动力学中应用的最小能耗率原理,类比提出地下水流最小能耗率的表达式。基于已有的通量上边界地下水流模式数值模拟结果,进一步探究物理机制,归纳得出地下水流系统遵循最小能耗率原理的结论。

最小能耗率原理及在河流动力学中的运用

缓慢黏性流体的最小能耗率原理在1868年提出后受到了人们的高度关注。最小能耗率原理在不断发展和完善的同时,在河流动力学领域的应用中出现的问题也越来越多,受到水利界的高度重视。分析了最小能耗率的原理和其在河流动力学中的运用,希望能为此研究工作提供参考。

基于洁净煤燃烧技术的燃煤锅炉运行能耗率调试方法研究

针对燃煤锅炉运行能耗率传统调试方法存在能耗率损失分析性能较差导致锅炉热效率波动较大且运行成本较高的问题,提出基于洁净煤燃烧技术的燃煤锅炉运行能耗率调试方法。设定燃煤锅炉运行能耗率测试内容及仪器,完成燃煤锅炉运行能耗率损失的测试分析工作;利用小波变换技术对数据预处理,并设定燃煤锅炉清洁因子;根据清洁因子取值范围以及能耗率损失分析结果,引入多目标优化算法,对锅炉运行能耗率损失完成多目标寻优,实现锅炉运行能耗率调试过程。试验结果表明,应用所提方法下的锅炉热效率稳定,锅炉运行成本较低,可实现对锅炉运行能耗率的调试。

最小能耗率原理及其在河流动力学中的应用

本文系统地介绍了最小能耗率原理及其在河流动力学中的应用概况，以期引起更多人们的关注，使该理论研究进一步深入完善．

单元式热力发电机组能耗率评价方法研究

常规热力机组性能计算方法采集数据量庞大、计算过程繁杂,往往不同单位试验得出的经济指标相差比较大,对机组经济指标准确度判断误导性比较大。采用单元式能量平衡评价方法进行机组性能核算时,可以大幅减少数据采集量和计算步骤,更贴近实际的机组经济指标。