明渠湍流涡运动尺度分布特性

为了解明渠湍流涡运动尺度沿水深的分布特征,使用高精度粒子图像测速法水槽试验系统测量充分发展的明渠湍流,利用改进后的功率谱分析方法,对明渠湍流涡运动尺度沿水深分布、上升流、下扫流和平均涡量等进行了分析。结果表明:明渠湍流涡运动尺度大小沿水深增加呈先增大后减小;沿水深增加下扫流比上升流更容易发生;各自水深的顺向涡涡量大于逆向涡涡量,在近壁区平均涡量最大;明渠湍流近壁区产生涡量大、尺度小的涡结构,沿水深增加,涡尺度发展变大,但受水面区下扫流抑制,涡尺度又变小。     

用Gao-Yong湍流方程组数值模拟高雷诺数顶盖驱动方腔流

基于有限元方法中的虚位移原理,写出了不可压流Gao-Yong湍流方程组弱形式的微分方程表达式,利用有限元程序自动生成系统(FEPG)得到了全部有限元计算程序。对二维顶盖驱动方腔流进行了数值模拟,得到了方腔内的涡量分布和中心线上的速度变化曲线,并且成功地模拟出了高雷诺数时方腔内的双涡结构,计算结果与文献提供基准解符合良好。进一步证实了Gao-Yong湍流方程组能够准确模拟复杂湍流粘性场,并且为Gao-Yong湍流方程组的工程应用奠定了基础。     

几种紊流模型在底坎紊流分离流计算中的对比

利用标准模型κ-ε、重整群κ-ε模型和v2f三种不同的紊流模型,在同位网格系统基础上,采用了有限控制体积离散方程,数值模拟了底坎所形成紊流分离流。计算结果表明,所选用的3种模型虽大致都能模拟出底坎分离流的流动特性,如前后角涡、回流型态等,但在主涡心位置、回流长度、水头损失和流速分布等方面3种模型计算结果有所差异,其中v2f模型所计算的结果同试验和大涡模拟的结果值更趋一致。结果表明,v2f模型具有更精确模拟底坎所形成的紊流分离流方面的优势。     

线性剪切来流下串列双方柱绕流特性的数值模拟

为揭示线性剪切来流对串列双方柱绕流特性的影响,基于多步格式的特征线算子分裂有限元法,在计算域出口处采用对流边界条件,建立线性剪切来流的方柱绕流数值模型。对剪切参数为0~0.4的不同间距比下串列双方柱绕流数值模拟,结果表明:剪切来流可以抑制涡漩脱落,降低斯特劳哈数;上游方柱驻点随剪切参数的增加向高速侧移动,当剪切参数大于0.3时驻点的位置不再发生变化。进一步通过对比剪切参数分别为0和0.1的模拟结果发现:串列双方柱间隙内流场有无涡脱产生与该区域内水平方向时均速度场为负的区域是否连续有关;间距比和剪切参数通过改变方柱周围的速度场对作用于方柱表面的压力产生较大影响,迎流面与背流面的压力差剧增导致方柱平均阻力系数剧增。     

振荡流底层悬沙运动的数值研究

建立了平底振荡流底层立面二维水沙数值模型,利用Smagrionsky(SGS)格子涡模型封闭二维Navier Storkes方程水流运动方程组,控制方程采用SMAC法求解。该模型能较精确地模拟振荡流底层水流流动特性,以及含沙量沿垂线分布和随相位变化的情况,且与水槽实验的实测资料基本吻合。     

复合流沉积特征的谱系研究现状及其理论框架

复合流由单向流和振荡流叠加而成,属于不同流体相互作用范畴,其研究起源于水槽实验中对复合流波痕的观察,一开始便和沉积学结合在一起.复合流沉积对于复杂水动力条件下的沉积学研究具有非常重要的意义,是目前确定沉积岩沉积时流体相互作用的主要依据.以现有复合流文献为基础,从复合流底床形态与垂向序列谱系、沉积效应与层理构造谱系和泥质底床上的层面构造谱系等3个方面进行了总结.复合流沉积特征受单向流速度和振荡流速度的双重控制,各底床形态及相关的纹层构造均表现出从对称到不对称的连续变化,其不对称程度随单向流速度的增大而增加.垂向序列介于单向衰弱流悬浮沉积和双向振荡流悬浮沉积之间,鲍玛序列和风暴序列是其两个端元类型.复合流沉积虽然以粉砂和细砂颗粒为主,但是在较粗的颗粒中(如扁平砾屑)也可以形成特殊的颗粒组构.在层面构造中,由于单向流和振荡流速度的变化(包括大小和叠加方向)在泥质底床上也会形成不同的底痕谱系.因此,对复合流沉积的研究,将是注重振荡流与单向流相互作用的沉积过程研究,从而有别于传统沉积学在不同沉积环境下的模式研究.     

南海南部海洋环流研究的新进展

综合近期南海南部环流研究的主要成果,描述南海南部的主要流系及其变化。指出研究海区环流主要由季风所驱动。东北季风期,其西部主要由气旋式环流所控制,东部则受较弱的反气旋式环流控制,在二者结合部形成强的逆风海流。西南季风期,海区大部分受反气旋式环流控制,其北侧为一气旋式环流,二者结合部形成强的东向离岸流。还讨论了环流的演变特性和流涡的形成机制。     

深水重力流与底流交互作用研究进展

重力流和底流是深水环境下的两大基本流动体制,对二者交互作用的研究是当前沉积学研究的前缘和薄弱环节.底流及底流改造沉积物在岩芯上具有上部侵蚀面、双泥层、牵引流成因的各种层理等识别标志;底流成因的漂积体在剖面上呈现透镜状单元、迁移性特征及波状发射等地震反射特征.本文通过综述重力流与底流交互作用的研究成果,认为依据某段地质时期内深水盆地中主导沉积机制的不同,将重力流与底流的交互作用分为以下4种表现形式:①底流对前期重力流沉积进行改造;②重力流对前期底流沉积进行改造;③重力流与底流交互主导同一地区的沉积以及④底流与重力流同时作用于沉积物.相对海平面变化、气候(冰期～间冰期)变化、构造活动、地形地貌等因素,主要通过影响重力流与底流机制的相对强度大小,控制深水重力流与底流交互作用的进行.中国南海具有重力流与底流交互沉积的优越地质条件,发育有单向迁移水道、沉积物波等特色沉积记录.加强现今海流观测,对于南海底流循环格架的建立意义重大.     

波浪作用下沙纹床面底层流动特性研究

涡动沙纹很大程度决定着床面阻力和波浪衰减,针对涡动沙纹作用下的绕流结构具有强二维特性,建立了立面二维曲线坐标下的数值模型.利用国外公开发表的试验数据进行验证,表明模型能模拟波浪作用下底层分离涡随时间、空间变化的动力特性,对底层流动的紊动特性、床面剪切应力的随时间、空间的变化以及涡动结构的尺度分别进行了讨论.     

海相深水沉积研究现状及展望

深水沉积根据沉积物来源可以分为深水异地沉积和深水原地沉积.深水异地沉积是指海洋深水区经横向搬运而形成的沉积,它是相对于垂直降落沉积作用形成的原地沉积而言的.通常前者形成的沉积物比后者的粒度粗.深水异地沉积主要包括重力流沉积和深水牵引流沉积两大类;深水原地沉积主要包括深水泥页岩沉积.重力流沉积还可以按其发育的沉积环境而划分为扇状沉积体系(海底扇或湖底扇)、沟道或槽谷沉积体系、层状或带状沉积体系等.深水牵引流沉积是20世纪60年代以来沉积学迅速发展的一个新的研究领域.目前深水牵引流沉积的研究主要集中于等深流沉积和内潮汐、内波沉积.深水牵引流沉积的储集性能优于浊流沉积,故具有非常重要的含油气潜能.     

重力流的运动特点和类型

作者以鄂尔多斯地区奥陶系丰富的重力流沉积为例,借助非牛顿流体力学的基本原理,对重力流运动的特点和类型作了进一步的探讨,重力流运动的特点是:具层移(流)运动、有旋性、挤压性、涡旋性、惯性、颗粒上浮性、颗粒下沉、颗粒碰撞、剪切作用和下切作用。重力流可分为:滑动流、混合流、碎石(屑)流、颗粒流、液化流和浊流。     

应用PIV系统研究横流中近壁水平圆柱绕流旋涡特性

应用粒子图像测速(PIV)系统对横流中近壁水平圆柱绕流进行了试验研究。介绍了试验原理及装置,讨论了试验参数的选取和粒子的跟随性问题。分析了上游来流的流动特性,显示了亚临界雷诺数下间隙比为0.5时圆柱后尾流区旋涡产生、发展和消亡的动态过程,比较了时均流场和瞬时流场旋涡结构。对圆柱尾迹的旋涡脱落特性进行了分析,得出在试验条件下斯特劳哈尔数保持为常数0.2的结论。     

非定常不稳定液固两相流动中旋涡对颗粒运动影响的数值研究

构建起双向耦合的液固两相流动旋涡动力学模型与数值方法;应用离散涡方法,计算非定常不稳定水流场;采用Lagrange方法模拟颗粒运动,颗粒对流体的反作用通过修正涡泡运动速度来实现。利用所建模型,计算了两种St数的泥沙粒子在圆柱绕流场中的运动。结果证明了液固两相流动中颗粒运动与旋涡存在着明确的相关结构:(1)当水沙混合物中的泥沙颗粒碰上旋涡时,泥沙颗粒被卷入旋涡中,被卷入旋涡中的泥沙颗粒在运动过程中始终分布于旋涡区;(2)均匀水沙混合物绕圆柱流动,由于流体流过圆柱时产生剧烈分离流动,使得在尾迹流内中等St数 (St～o (1))的泥沙颗粒从均匀水沙混合物中分离出来而往旋涡区聚集。     

低坝影响下的流场与淤积形态特性试验研究

为研究径流式低坝影响下的水流流动与泥沙淤积特性,开展水槽试验,基于图像测量技术,获取并解析坝附近区域流场信息及典型淤积形态。结果表明：坝前附近流段纵向流速在垂线上出现衰减区,减幅随水流强度增大而减小;坝顶断面纵向和垂向流速沿垂线的分布均呈现显著的分区特性,分区界限几乎不受水流强度的影响;随坝顶水深增加,坝下游漩涡涡心向下游及河底移动,面积和强度皆增大;坝上游淤积形态特性对水流强度的变化非常敏感,在较低强度来流下,呈接近坝体的稳定曲面斜坡,而在高强度来流下,不形成稳定淤积体;坝下游形成动态稳定的淤积斜坡,纵剖表面线呈抛物线规律,随来流强度变异程度小。     

带横隔板圆柱绕流特性数值模拟

为揭示尾迹区添加横隔板对圆柱绕流流场特性影响,把多步格式引入到特征线算子分裂有限元法中,建立了基于多步格式的特征线算子分裂有限元法:在每个时间步内将Navier-Stokes方程分裂成对流项和扩散项,对流项时间离散采用多步格式,在每一子时间步内沿特征线展开并显式求解。方腔流数值模拟结果表明该算法既可降低对整体时间步长的要求又可提高计算精度。对比有无横隔板圆柱绕流流场和圆柱表面压力变化表明,横隔板可以有效地抑制绕流尾迹区涡旋脱落,提高圆柱背流面压力,减少圆柱上下表面的压力差。     

Wind tunnel experiments of air flow patterns over nabkhas modeled after those from the Hotan River basin, Xinjiang, China (I): non-vegetated

A nabkha is a vegetated sand mound, which is typical of the aeolian landforms found in the Hotan River basin in Xinjiang, China. This paper compares the results of a series of wind tunnel experiments with an on-site field survey of nabkhas in the Hotan River basin of Xinjiang. Wind tunnel experiments were conducted on semi-spherical and conical sand mounds without vegetation or shadow dunes. Field mounds were 40 times as large as the size of the wind tunnel models. In the wind tunnel experiments, five different velocities from 6 to 14 m/s were selected and used to model the wind flow pattern over individual sand mound using clean air without additional sand. Changes in the flow pattern at different wind speeds resulted in changes to the characteristic structure of the nabkha surface. The results of the experiments for the semi-spherical sand mound at all wind velocities show the formation of a vortex at the bottom of the upwind side of the mound that resulted in scouring and deposition of a crescentic dune upwind of the main mound. The top part of the sand mound is strongly eroded. In the field, these dunes exhibited the same scouring and crescentic dune formation and the eroded upper surface was often topped by a layer of peat within the mound suggesting destroyed vegetation due to river channel migration or by possible anthropogenic forces such as fuel gathering, etc. Experiments for the conical mounds exhibit only a small increase in velocity on the upwind side of the mound and no formation of a vortex at the bottom of the upwind side. Instead, a vortex formed on the leeward side of the mound and overall, no change occurred in the shape of the conical mound. In the field, conical mounds have no crescentic dunes on the upwind side and no erosion at the top exposed below peat beds. Therefore, the field and laboratory experiments show that semi-spherical and conical sand mounds respond differently to similar wind conditions with different surface configuration and development of crescent-shaped upwind deposits when using air devoid of additional sediment. __________ Translated from Journal of Desert Research, 2007, 27(1): 9–14 [译自:中国沙漠]     

下平板滑移对后台阶流的影响

采用混合有限分析解法对后台阶流在下平板滑移作用下的流动状况进行了数值模拟,并在与典型后台阶流进行比较的基础上分析了下平板滑移对流动结构所产生的影响。计算结果表明,这种情况下的后台阶流动涡漩结构更为复杂,流动区域内生成三个漩涡,两个小漩涡位于下部漩涡区,其长度主要随着下平板滑移速度的增大而减小;一个大漩涡位于上部漩涡区,其长度随着下平板滑移速度和雷诺数的增大而增大,但雷诺数的影响更为显著。     

高海拔冻土地区公路路基风流场特征研究

风流场对于局地条件下地-气能量交换过程与强度影响显著,同时也是多年冻土区对流调控类冷却路基的关键环境边界。结合现场监测与数值模拟,对高海拔冻土路基周边风流场进行特征区划研究并考察路基高度的影响。结果表明：坡前扰动区为低风速区,3 m路基高度条件下迎风坡坡脚0.5~2.0 m高度范围内风速约为环境风速的30%。路基上部为高风速区,迎风坡路肩风速明显大于环境、路面中部及背风坡风速。背风坡坡后扰动区为低风速区,靠近坡脚区域受气流辐散效应作用形成涡旋区,整体风速仅为环境风速的30%。涡旋区水平范围随路基高度增加呈线性增加,3 m路基高度条件下涡旋区水平范围约为12 m。分离式路基即两幅路基并行条件下,受前幅路基影响后幅路基坡前风速下降明显,以两幅路基坡前风速差值不超过环境风速的10%（0.35 m·s^-1）为标准,3 m路基高度条件下两幅路基最小间距为60 m。因此,在路基工程的修建过程中为减少路基间的遮挡所造成的两幅路基间的对流换热强度差异,分离式对流换热类冷却路基的现场修建间距应不低于60 m。