剪切紊流中颗粒运动的数学模型和实验研究

本文利用Lagrangian方法建立了剪切紊流中颗粒运动的脉动频谱随机轨迹模型，其中流体脉动速度采用Fourier级数和湍流脉动能谱来确定。数值计算结果与实验结果的对比分析表明，该模型能够很好地描述颗粒在剪切流中的运动。     

床面颗粒受力的脉动特性

本文试验研究了床面泥沙颗粒受力的脉动特性，单颗粒球体突出于床面的试验结果表明，颗粒所受的时均力与纵向时均流速的平方成线性关系。上举力系数Ｃ１＝０．２９６，拖力系数Ｃ４＝０．３９２，与颗粒在静水中沉降时的阻力系数相近。颗粒受力的脉动强度不到时均值的１０％，脉动上举力系数Ｃ、１＝０．０７８，脉动拖力系数Ｃ４＝０１５１．脉动应力的概率密度为正态分布。梅花开紧密排列的试验结果表明，取球顶以上０．１５Ｄ处实     

水沙流中颗粒脉动特性

作者利用固液两相流中关于颗粒运动的动理论，对恒定均匀流条件下微观的颗粒速度分布函数变 化以及颗粒脉动强度的宏观特性变化进行了分析，得到了水沙流中颗粒沿纵向和垂向脉动强度变化的理论计算结果。经与水平管流中颗粒运动的实验结果比较，二者比较吻合，从而印证了理论的合理性。     

表面活性剂减阻流体热边界层温度脉动及传热特性实验研究

该文针对在水中添加阳离子表面活性剂产生的减阻作用同时降低传热性能的现象,应用相位多普勒激光测量系统和热电偶温度测量系统对二维流道内表面活性剂减阻流体热边界层内的湍流温度脉动以及传热特性进行了实验研究.研究表明,表面活性剂减阻流体平均温度梯度在流动缓冲层很大,热扩散率较低,而水的热阻主要发生在近壁区域的高扩散层.表面活性剂减阻流体温度脉动强度与速度脉动强度有相似的分布趋势,其峰值都向外层移动.在近壁处的高扩散层温度脉动频率很小,而在平均温度梯度很大的低扩散层,减阻流体的温度脉动频率有所增强.而水的温度脉动频率比表面活性剂溶液高且在整个断面上几乎没有变化.对于表面活性剂热流体,湍流温度脉动对轴向热流量的贡献更大,使得轴向热流量的最大值出现在靠近温度脉动强度最大值所在的位置.表面活性剂减阻流体法向湍流热流量分布与雷诺应力分布有相似的趋势.     

含聚合物流体的紊动结构

在牛顿流体中加入少量高分子聚合物后，流体转变为粘弹性流体。文中分析了这种粘弹性流体在层流向紊流过渡状态下的脉动结构，应用窦国仁紊流随机理论。得出了层流、层流向紊流过程呼紊流各流动状态下的时均流速和脉动强度的统一的计算公式，这些公式得到了试验资料的详细验证了公式与试验数据吻合良好。     

床面颗粒临界起动时受力的脉动特性

本文通过试验研究了不同比重的颗粒在临界起动时的受力特性，当颗粒处于临界起动状态时，时均上举力只有颗粒水下重量的０．６４６倍，但需要有６．７％的瞬时上举力大于颗粒的水下重量，说明只有当大于颗粒水下重量的瞬时上举力持续一定的时间时，颗粒才能起动。脉动力的脉动强度与时均力具有相同的数量级，即脉动力对泥沙运动具有重要的作用。脉动力的概率密度近似为正态分布；自相关系数的衰减速度比流速的衰减速度更慢，最大互相     

明渠挟沙水流的颗粒相平均速度及速度滑移

基于颗粒相动理学模型所确立的颗粒相基本方程和本构关系，导出了明渠挟沙水流中固液两相平均速度差的表达式，表明相间速度差与两相的垂向脉动强度、脉动切应力、水下重力、剪切升力、颗粒弛豫时间等有关，与两相沿流向脉动强度无关。运用水流速度的窦国仁公式，计算了颗粒相速度的垂线分布，分析了相间速度差的垂线分布特性，结果与试验资料吻合很好。表明相间速度差呈现出水面小、水底大的分布形式；细小颗粒的速度差近似为零，粗重颗粒的速度差明显、在固壁附近存在明显的极大值。     

悬浮颗粒紊动扩散系数的随机分析

本文分析了紊动流场中无粘性的离散颗粒在重力和流体施加的随机力作用下沿垂向的运动,应用随机过程论研究颗粒的垂向紊动扩散.在一定条件下,令颗粒位移的概率密度所满足的Fo-kker-Planck方程与泥沙扩散方程等价,即可得到颗粒垂向紊动扩散系数表达式.表达式显示出的扩散系数随垂向脉动流速均方根值和颗粒粒径、密度而变化的趋势与实验结果吻合.     

跌坎下游流场的时均流速分布和脉动特性

本文采用颗粒示踪的方法试验研究了跌坎下游主流重新接触床面流区的时均流速分布，流速的脉动强度及各点脉动流速的概率密度分布。试验结果表明，跌坎下游水流分离，具有稳定的漩涡发展，漩涡产生的频率约为每２秒３次。重新接触点离跌坎的距离约在３￣６倍坎高之间。在主流重新接触床面的流区，紊动剪切应力最大，在量测的流区，脉动流速的概率密度接近正态分布。     

紊流中悬浮颗粒跟随性对粒径和密度的依赖性分析

本文以有限的颗粒和流体速度幅值比η和相应差β作为颗粒能很好跟随流体运动的判断依据，确定了不同密度不同粒径的颗粒可跟随流体涡的频率范围。通过对速度幅值比η和相位差β的分析，定量研究了不同密度和粒径的颗粒在各向同性均匀紊流中的跟随运动。结果表明，密度接近于流体的颗粒对流体运动具有良好的跟随性，密度小于或大于流体颗粒超前或滞后于流体运动，且粒径愈大，颗粒密度与流体密度的差别愈大，颗粒对流体运动的跟随性愈     

EFFECT OF NON-SPHERICAL PARTICLES ON THE FLUID TURBULENCE IN A PARTICULATE PIPE FLOW

In the non-spherical particulate turbulent flows,a set of new fluid fluctuating velocity equations with the nonspherical particle source term were derived, then a new method,which treats the slowly varying functions and rapidly varying functions separately, was proposed to solve the equations, and finally the turbulent intensity and the Reynolds stress of the fluid were obtained by calculating the fluctuating velocity statistically. The equations and method were used to a particulate turbulent pipe flow. The results show that the turbulent intensity and the Reynolds stress are decreased almost inverse proportionally to the fluctuating velocity ratio of particle to fluid. Nonspherical particles have a greater suppressing effect on the turbulence than the spherical particles. The particles with short relaxation time reduce the turbulence intensity of fluid, while the particles with long relaxation time increase the turbulence intensity of fluid. For fixed particle and fluid, the small particles suppress the turbulence and the large particles increase the turbulence.     

数字图像处理技术在固-液两相流实验中的应用

本文开发研制了一个能直观描述固体颗粒在流场中的运动轨迹和速度矢量分布的人机交互数字图像处理系统软件，并把它用于固－液两相流的实验研究。结果表明，数字图像处理技术能够很好地用于分析悬浮颗粒在紊流中的跟随运动特征（速度分布、轨迹等），悬浮颗粒在紊流中的跟随运动取决于颗粒的粒径、密度和流体流动状况等因素。     

泥沙对水流紊动影响的进一步分析

泥沙颗粒对水流紊动的影响是水－沙两相流运动的重要问题之一。本文针对这一问题，从水流紊动的起因出发，分析了泥沙影响水流紊动的基本途径和方式，结合实验资料，主要对含沙量和泥沙粒径影响水流紊动强度的机理进行了探讨。从不出现尾涡脱落的至少能响应一部分大尺度涡的基本条件出发，得到了泥沙颗粒抑制或增强紊动的判别条件，并得出结论：因含有沙粒、水流紊动存在着被削弱、增强、或局部削弱、局部增强３种情况，表面在不同的     

数字图像处理技术在固—液两相流实验中的应用

本文开发研制了一种能直观描述固体颗粒在流场中的运动轨迹和速度矢量分布的人机交互数字图像处理系统软件，并把它用于固－液两相流的实验研究。     

浑水紊动强度的探讨

本文根据动量交换理论建立了浑水紊动的数学模型。此模型考虑了含沙量，流速梯度和利查逊数对浑水紊动强度的影响，而且与前人结果相比更接近于试验资料。     

湍流边界层与固粒撞击壁面产生磨损间关系的讨论

本文通过计算到了固体粒子流过平板层流与湍流边界层的运动学特性,比较了这两种情况下固粒对平板的撞击磨损,分析了叶片上加筋的抗磨作用,讨论了气固两相湍流的能耗特性,对耐磨风机的设计具有一定的指导意义。     

A SECOND-ORDER MOMENT TURBULENCE MODEL FOR POWER LAW FLUID WITH PARTICLES

The USM-θ model of power law fluid for dense two-phase turbulent flow was developed, which combines the unified second-order moment model for two-phase turbulence with the particle kinetic theory for the inter-particle collision. This model was used to simulate the turbulent flow of power law fluid single-phase in pipe. It is shown that the USM ? θ model has better prediction result than the k f ? ε f?kp?εp?θ model. The USM ? θ model was then used to simulate the dense two-phase turbulent up flow of power law fluid with particles. With the increase of the flow exponent, the velocities of power law fluid and particles increase near the pipe centre. Comparison between the two-phase flow of power law fluid-particle and of liquid-particle indicates that the axial fluctuation velocity of fluid phase and particle phase in liquid-particle two-phase flow is smaller than that in the power law fluid two-phase flow, but the two-phase velocities of power law fluid-particle and liquid-particle are close to each other.     

粒子相的分类及对紊流场的作用

本文提出了两相流中粒子相颗粒粗、细和含量浓、稀的分类标准，并从两相流紊流基本方程出发，分析了粒子相对紊流场的作用，并导出了粒子相对紊动强度影响的计算式。