固液两相流中的K－ε双方程湍流模式

建立了固液两相流中更一般的Ｋ－ε双方程湍流模式．模化了固相和液相的连续方程、动量方程及Ｋ方程和ε方程．该湍流模型考虑了固液两相间速度的滑移，颗粒间的作用及相间作用．使用本文所建立的湍流模型，数值预测了一管湍流中的沙水混合流动，其预测结果与实验结果比较一致．     

固液两相流中的K-ε双方程湍流模式*

建立了固液两相流中更一般的K-ε双方程湍流模式。模化了固相和液相的连续方程、动量方程及K方程和ε方程。该湍流模型考虑了固液两相间速度的滑移,颗粒间的作用及相间作用。使用本文所建立的湍流模型,数值预测了一管湍流中的沙水混合流动,其预测结果与实验结果比较一致。     

风沙二相流动的三流体模型

本文来用连续介质观点研究风沙运动，这一工作的关键在于如何正确地模化颗粒相的应力．通过对气－团二相流研究中常用的双流体模型的分析，我们发现此模型在研究风沙运动时有相当的缺陷，即使是研究最简单的风沙流──定常二维充分发展的流场也是如此．基于此，我们提出了将向上、向下运动的颗粒用两种拟流体来表征的三流体模型．相对于双流体模型，三流体模型较好地反映了流场的内部结构及边界状况对流动的影响，而且固相应力的主要部分也可用应变量显式表示．对近似求解相当有利．最后，本文给出了三流体模型的风沙流运动方程组并讨论了相应的边界条件的提法．     

两相流中柱状固粒对流体湍动特性影响的研究

对含柱状固粒的两相流场,建立了包含柱状固粒对流场影响的流体脉动速度方程,在求解脉动速度方程的基础上,经平均得到流体的湍流强度和雷诺应力.将该方法用于槽流湍流场的求解,并与单相流实验结果进行了比较.计算中变化柱状固粒的参数,给出了固粒的体积分数、长径比、松驰时间对流场湍动特性的影响,说明粒子对流场的湍动特性起着抑制作用,其抑制的程度与粒子的体积分数、长径比成正比,与粒子的松弛时间成反比.     

应用谱理论研究压力脉动的湍流模式

本文应用谱分析理论研究了剪切湍流场中的压力脉动,包括功率谱、均方值等.通过对压力脉动Possion方程的Fourier变换,首先将压力脉动谱表示成速度脉动谱的形式.利用Navier-Stokes方程的形式解及准正态分布假设,可以进一步将压力脉动功率谱表达式中所包含的速度脉动的三阶相关与四阶相关表示成速度脉动的二阶相关（功率谱）.最后,引入高雷诺数流的速度脉动功率谱模型,导出了由湍动e₀,耗散ε,雷诺应力-iu_j>及时均速度梯度表示的压力脉动均方值的湍流模式,并同现有数据进行了比较.     

双尺度二阶矩颗粒相湍流模型经验系数的影响

基于将颗粒脉动分成湍流引起的大尺度脉动和颗粒间碰撞产生的小尺度脉动的概念,建立了双尺度二阶矩两相湍流模型．用该模型对下行床内两相流动进行了数值模拟,颗粒体积浓度、平均速度的计算结果和实验数据吻合较好．分析了双尺度二阶矩两相湍流模型经验系数变化对预报结果的影响:在经验系数的一定变化范围内,预报结果并无明显的影响,但是变化范围增大,预报结果会产生较大变化．     

湍流的双流体模型及其改进

双流体模型是八十年代出现的一种湍流模型,它能描述在空间同一位置上流体的不同状态。本文扼要介绍了双流体模型的基本思想,重点阐述本文对两种流体相互作用的新的构想和相应的数学模型,包括:在湍流自由射流中湍流流体经衰变和耗散可转化为非湍流流体;预混燃烧区中已燃气和未燃气之间存在热交换;未燃气温度的上升能激化化学反应。改进的双流体模型在对湍流自由射流间歇性和预混燃烧区的分析中获得了更接近实验数据的数值计算结果。     

近壁湍流脉动的概率分布函数

采用大涡模拟方法,模拟槽道湍流,获得了不同雷诺数情形下的槽道流大涡模拟数据库．在此基础上,获得了流向和垂向脉动速度的概率分布函数,并运用假设检验,分析了其与正态分布的定量差别．进一步计算了流向和垂向脉动速度的偏斜度、平坦度,讨论了二者在粘性子层、过渡区和对数律区的变化．同时,讨论了粘性子层、过渡区和对数律区流向和垂向脉动速度概率分布函数的特点及其与湍流猝发的高速流下扫和低速流喷发事件的关系．最后,分析了雷诺数对流向、垂向脉动速度分布的影响．     

宾汉流体稠密两相湍流流动中的二阶矩模型

建立的Bingham流体稠密两相流动的二阶矩-颗粒动力论湍流模型（USM-theta模型）既体现了两相的作用,又体现了屈服应力所引起的附加项,并提出了USM-theta模型下考虑浓度修正值影响的两相湍流流动的算法．利用该模型对圆管内Bingham流体的单相湍流流动、稠密液固两相的湍流流动进行了计算,并和五方程湍流模型进行了比较,结果表明该模型的预测效果更好．利用USM-theta模型对含颗粒的Bingham流体的两相湍流流动进行了模拟,随着屈服应力的增加,Bingham流体相与颗粒相在管道中心附近的主流速度减小．液固两相湍流和Bingham流体两相湍流的计算结果表明屈服应力引起的附加项对流动有很重要的影响．     

风沙两相流中的跃移运动

从单个跃移沙粒在气流中的运动方程出发 ,导出了风沙两相流中沙粒相速度分布函数的Boltzmann方程 ;并以此将单相颗粒流理论中的广义平衡方程推广到气固两相流的情形 .提出用Grad方法将粒子相速度分布函数展成无穷级数 ,并引入Gauss分布取代单相颗粒流理论中传统的Maxwell分布 .在保留到 3次项的情况下 ,建立了气体 颗粒两相湍流边界层三阶矩封闭理论的动力学方程组 .并在风洞频闪摄影实验的基础上 ,对理论进行简化 ,得到便于工程应用的简化方程     

圆管纤维悬浮湍流场中粒子运动的研究

利用从细长体理论出发得到的三维分段积分法和湍流简化方法模拟了大量纤维粒子在圆管湍流内的运动．统计了不同Re数下计算区域内的纤维的取向分布,计算结果与实验结果基本吻合,结果表明湍流的脉动速度导致纤维取向趋于无序,且随着Re数的增加,纤维取向的分布越来越趋于均匀．其后又考虑了纤维速度和角速度的脉动,二者都充分体现了流体速度脉动的影响,且纤维速度的脉动在流向上的强度大于横向,而其角速度的脉动在流向上的强度小于横向．最后统计了纤维在管道截面上的位置分布,说明Re数的增加加速了纤维在管道截面上的位置扩散．     

纤维悬浮剪切湍流中纤维旋转扩散系数的理论研究

对纤维悬浮剪切湍流中纤维旋转扩散系数进行了理论研究．首先建立了流场不同脉动速度梯度间的相关矩函数,然后推导出了纤维旋转扩散系数的表达式,该表达式依赖于特征长度、时间、速度和一个与壁面作用相关的无量纲参数．得到的纤维旋转扩散系数可以应用于非均匀和非各向同性的湍流场,此外还可以推广到三维湍流场,因而为纤维悬浮湍流场的研究提供了理论基础．     

Navier-Stokes方程的脉动速度方程的最优动力系统建模和动力学分析

研究了基于Navier-Stokes方程的脉动速度方程的最优低维动力系统建模理论.最优目标泛函为脉动速度基函数的不可压缩性和正交性.数值计算了充分发展的并排双方柱绕流问题,并基于双尺度全局最优化方法,建立了它的脉动速度的最优动力系统模型.对其相空间轨道、Poincaré截面、分岔特性、功率谱和Lyapunov指数集等动力学特性进行了分析.随着Reynolds数的增加,双方柱绕流的脉动速度方程最优动力系统具有复杂的类倍周期分岔行为.     

高浓度悬浮固粒对射流界面的粘性稳定性影响

该文首次利用双流体模型和扰动速度势理论,推得含高浓度悬浮固粒的射流界面粘性稳定性方程和对应的固气扰动速度比值方程．通过数值计算,得到了不同雷诺数及固粒属性的射流界面粘性稳定性曲线和对应的固气扰动速度比值曲线．在分析和比较所得的粘性稳定性曲线的基础上,得到了流场雷诺数及固粒特性对射流界面粘性稳定性影响的结论．同时,通过分析所得的固气扰动速度比值曲线,得到了流场雷诺数及固粒等效斯托克斯数对固粒跟随气流的扰动 性能的影响的结论．这些结论是首次在计入气流的粘性的条件下得到的,不同于文献［８］和文献［１０］相关的囿于无粘情形的研究,对于两相射流发展的认识和工程实际中实施对两相射流场的人工控制有重要意义．     

螺旋型旋风分离器两相流场的数值模拟

对螺旋型旋风分离器进行了两相流场的三维数值模拟．气体流场通过求解三维N-S方程得到,湍流模型采用了雷诺应力模型．计算结果表明,旋风分离器内部的流场分为两部分:螺旋通道内比较稳定的流场和筒体中心区域的复合涡结构流场．对颗粒运动轨迹的计算表明,颗粒在入口处的初始位置对颗粒分离有比较显著的影响．同时得到了不同入口速度下颗粒的分级效率曲线,并给出了气体流量对旋风分离器性能的影响,结果显示:气体流量的增加会提高分离效率,但同时导致压力损失的急剧增加．     

常数速度梯度时均匀湍流的二元速度关联函数

在湍流脉动速度比较小的条件下,本文得到了富氏变换过后脉动速度方程的解.它所代表的涡旋,在平均速度梯度为小量时,化为具有常数平均速度梯度的、组成后期均匀各向同性湍流场的涡旋和组成后期各向异性湍流场的涡旋.利用不同时刻的这种涡旋解,组成定常的有常数平均速度梯度的湍流场,这个湍流场可以近似地表达槽流和管流近中心区域的湍流场.我们求得了这种湍流场的二元速度关联函数,包括纵向的关联系数f(γ/λ)和横向的关联系数g(γ/λ).并且和均匀各向同性湍流实验中的前期和后期的f(γ/λ)和g(γ/λ)进行了比较.并且弄清楚了速度梯度对关联系数f(γ/λ)所产生的影响,最后还得到了雷诺应力和涡旋粘性系数的表达式.     

湍流相干结构机理研究(Ⅲ)——湍流拟序结构的统计及动力模型及其对传热影响研究

在文献[1]、[2]的启发下,本文建立一个零压梯度下,考虑局部产生以及外来扰动涡旋的壁湍流边界层大涡拟序结构的统计及动力学模型.在此基础上对充分发展的宽明渠流动中壁面附近的热扩散进行了数值模拟,建立了边界层拟序脉动速度和温度的数据库,发现了与速度快慢条相对应的高低温流条及其随时间在展向的摆动.数值模拟结果与前人的计算和实验结果吻合很好.     

一种适用于非均匀地形的高阶Boussinesq水波模型

推导了适用于变地形情况的高阶Boussinesq波浪模型．该模型采用自由表面边界条件作为时间步进方程,利用势函数满足的Laplace方程的解析解形式建立了自由表面边界速度和底面边界速度之间的关系,使得问题封闭．以0.5倍相对水深处的速度为基本未知量,在对Laplace方程解析解进行级数求逆时保留水深梯度的高阶项,改进了速度场的Taylor展开式．对于线性特性,进行了线性浅化和Booij反射的验证性计算．为了检验有背景流动情况下拓展的Boussinesq模型的性态,对波-流相互作用问题进行了数值模拟．数值计算结果与现有理论解或其他完全势流的数值解吻合良好,表明该模型的应用范围可以扩展到含有非均匀变化地形的问题．     

在两相粘性跨音速喷管流动中薄层方程的一种隐式求解方法

本略去沿流动方向的粘性，将任意曲线坐标系中无量纲化的Ｎ－Ｓ方程简化为薄层方程。采用隐式近似因子分解法求解气相控制方程，采用特征线法跟踪颗粒，然后获得两相跨音速湍流充分耦合的数值方法。其中，颗粒尺寸是分级的，用参考平面中的拟特征线法处理喷管的粘性亚音速进口边界条件，湍流采用代数模型。该计算方法应用于火箭喷管两相粘流计算，并预估了固体火箭发动机的推力和比冲，计算与试验结果吻合很好。中还讨论了不同颗     

完全发展的非对称槽道湍流的标度指数研究

以子波变换为分析工具,研究了完全发展的非对称槽道湍流的局部标度指数和整体标度指数．其中整体标度指数通过正交子波和广义自相似定律得到,其结果表明非对称槽道流动呈现出与对称槽道流极为不同的间歇性,随着壁面距离的增大,横向脉动速度与流向脉动速度呈现出不同的间歇性,而且间歇性并非一直减弱．另外,比较分析了几种不同方法得到的局部标度指数,发现连续子波方法计算局部标度指数并不可靠,对于湍流研究中出现的负局部标度指数的情况需要慎重考虑．