現(xiàn)代水力學(xué)工程湍流數(shù)值模擬及其應(yīng)用

前言

本書是倪浩清教授在中國水利水電科學(xué)研究院水力學(xué)所30多年來在冷卻水工程、水環(huán)境工程和水利水電工程方面開展現(xiàn)代水力學(xué)的工程湍流數(shù)值模擬及其應(yīng)用研究的成果。倪浩清教授在國內(nèi)外學(xué)術(shù)刊物和會議上先后發(fā)表了60余篇論文，得到了國內(nèi)外學(xué)術(shù)界的肯定和好評，曾榮獲國家科學(xué)技術(shù)進步二等獎一次，能源部科學(xué)技術(shù)進步一等獎一次，電力工業(yè)部科學(xué)技術(shù)進步一等獎一次，能源部科學(xué)技術(shù)進步二等獎一次，水利電力部科學(xué)技術(shù)進步三等獎三次，為水利水電科學(xué)技術(shù)的發(fā)展作出了重大貢獻。作者積多年研究經(jīng)驗，寫成了《現(xiàn)代水力學(xué)工程湍流數(shù)值模擬及其應(yīng)用》一書。這是一本好書，愿在此推薦給廣大讀者。

內(nèi)容概要

　　本書詳細討論了冷卻水工程、水環(huán)境工程和水利水電工程的湍流流動、傳熱、傳質(zhì)問題，特別是對湍浮力回流、湍浮力環(huán)流、湍浮力旋流及湍浮力分離流，單流體流、雙流體流和單相流、兩相流進行了近代的精細湍流模擬計算，為工程的優(yōu)化布置、工程水環(huán)境改善、電廠效率提供了定量設(shè)計的有力工具?！　”緯卜秩?，第一篇介紹了流體運動基本方程及由本書作者提出的深度平均的k-e和深度平均的代數(shù)應(yīng)力全場湍流模式，三維彎道湍流模式。通過這些模式，進行了工程湍流數(shù)值模擬計算，取得了受納水域熱污染環(huán)境的改善和熱、核電廠冷卻效應(yīng)的效率的提高。第二篇主要研究污染物質(zhì)在水流中的湍動輸送，污染物質(zhì)在水流中的湍動擴散與輸送不僅可以稀釋污染物質(zhì)濃度，由于生物化學(xué)作用，還可起到污染物質(zhì)的降解作用，因此，水流具有自凈的能力。本篇著重應(yīng)用合理的水質(zhì)動力學(xué)模型對水質(zhì)進行精細的模擬，對水環(huán)境水質(zhì)作出預(yù)報，更好地保護水環(huán)境，保護水資源。第三篇主要提出了高速水流與空化空蝕、摻氣、脈動、振動消能、磨損關(guān)系的湍動模擬方法，用工程湍流數(shù)值模擬方法，取得了很大成功，獲得了一大批可喜成果，為水工泄水建筑物的安全預(yù)報作出了貢獻?！　”緯鴥?nèi)容新穎、概念清晰、論述詳細，可供從事水環(huán)境、火電廠電冷卻水、石油、核電、工程熱物理、流體力學(xué)、水力學(xué)、熱能工程、航空航天、冶金、化工等領(lǐng)域的研究與設(shè)計人員、高級教師及研究生參考使用。

書籍目錄

序前言符號說明第一篇　流動與傳熱　第一章　浮力回流湍流模式及其在冷卻水工程中的應(yīng)用　　一、引言　　二、湍流流動的隨機瞬時值方程和湍流模擬的原則　　三、湍流分析中的平均概念　　四、k-e雙方程模式　　五、Reynolds應(yīng)力方程模式(DSM)　　六、代數(shù)應(yīng)力模式(ASM)　　參考文獻　第二章　湍浮力回流的雙流體模式　　一、導(dǎo)論　　二、數(shù)學(xué)物理模式　　三、模式方程組的簡化途徑與數(shù)值方法　　四、模式的檢驗與結(jié)果分析　　五、評價　　附錄近海水域深度平均兩相非恒定湍流雙流體全場數(shù)值模擬　　參考文獻　第三章　有蒸發(fā)的氣-水湍流流動模式　　一、引言　　二、水面蒸發(fā)的機理及Stefan流　　三、數(shù)學(xué)模式的建立　　四、方程的離散化　　五、差分方程的求解　　六、SIMPLE算法　　七、解題步驟　　八、計算結(jié)果分析　　九、結(jié)束語　　附錄水面石油蒸發(fā)過程的數(shù)值模擬　　參考文獻　第四章　深度平均的湍流全場水環(huán)境新模式及其在大水域冷卻池中的應(yīng)用　　一、引言　　二、全場模式　　三、數(shù)值計算方法及隔離區(qū)處理　　四、計算結(jié)果分析　　五、結(jié)語　　參考文獻　第五章　深度平均的代數(shù)應(yīng)力／熱流全場湍流　　一、概述　　二、淺水回流流動的代數(shù)應(yīng)力數(shù)學(xué)模型　　三、水深平均的熱能輸運的數(shù)學(xué)模型　　四、湍流模型　　五、深度平均湍動動量方程、能量方程及濃度方程的封閉　　六、最終采用的統(tǒng)一形式的數(shù)學(xué)模型　　七、潮汐水域中污水側(cè)向排放的實例計算　　八、計算結(jié)果與討論　　九、結(jié)論　　參考文獻　第六章　明渠彎道中三維浮力湍流流動的數(shù)值模擬　　一、引言　　二、模式與基本方程　　三、計算對象和數(shù)值解法　　四、計算結(jié)果分析　　五、結(jié)語　　附錄明渠彎道環(huán)境流體力學(xué)的幾種改進湍流模式　　參考文獻　第七章　河口懸沙沖淤問題的湍流液一固兩相流動的數(shù)值模擬　　一、概述　　二、挾沙水流的湍流液一固兩相流動理論　　三、某工程碼頭附近水域懸沙沖淤問題的湍流液一固兩相流動的數(shù)值模擬　　四、數(shù)值模擬結(jié)果及分析　　五、結(jié)語　　附錄懸沙沖淤問題的湍流兩相模型　　參考文獻第二篇　流動與傳質(zhì)第三篇　高速水流與空化空蝕、摻氣、脈動、振動、消能、磨損參考文獻跋

章節(jié)摘錄

插圖：（2）顆粒軌道模式。這種模式完整地考慮了顆粒相與流體間的相互作用，其基本假定是：①顆粒為與流體有滑移的離散群（即顆粒與流體可有不同的速度、溫度）；②在最初的軌道模式中不考慮顆粒的湍流擴散、黏性及導(dǎo)熱；③顆粒按初始尺寸分組，各組有其自身的質(zhì)量變化，互不相干，相同的尺寸組的顆粒在尺寸不斷減小的過程中任何時刻具有相同的速度及溫度；④各組顆粒由一定的初始位置出發(fā)沿各自的軌道運動，互不相干，沿軌道可以追蹤顆粒的質(zhì)量、溫度及速度的變化；⑤顆粒作用于流體的質(zhì)量、動量和能量源或匯按等價地散布于流體單元來考慮，此模式在拉氏坐標中考察顆粒的行為。為了考慮顆粒擴散和影響，出現(xiàn)了修正的軌道模式，其中采用漂移速度或漂移力來修正軌道位置，例如人為地認為顆粒的運動速度由“對流”運動速度和顆粒擴散漂移速度組成，這種修正方法仍無法給出顆粒的速度和濃度的空間分布。近年來，不少研究者采用一種徹底的拉格朗日處理法，稱為隨機軌道法，這種方法由顆粒的瞬時動量方程出發(fā)，隨機地給定氣體的瞬時速度，用Monte-Carlo法計算此隨機瞬時流場中顆粒的隨機軌道，來考察顆粒湍流彌散。軌道模式的優(yōu)點是便于處理流體與顆粒間的滑移，顆粒相計算中無偽擴散，且易于考慮顆粒的復(fù)雜經(jīng)歷，適合于顆粒相有質(zhì)量變化的情況，但軌道模式難以完整地考慮顆粒的各種湍流輸運，而且要達到給出空間顆粒濃度和速度分布的程度，計算量極大。（3）多連續(xù)介質(zhì)模式。多連續(xù)介質(zhì)模式是把顆?？闯膳c流體占據(jù)同一空間而且相互滲透的擬流體，空間各點流體與顆粒都有各自不同的速度、溫度和體積分數(shù)，相間有滑移，顆粒群有自身的質(zhì)量、動量和能量的湍流輸運，顆粒相可按初始和當?shù)爻叽绶纸M。多連續(xù)介質(zhì)模式中顆粒相湍流的封閉是重要問題，目前大部分采用以追隨理論為基礎(chǔ)的}tinze一’rchen代數(shù)模式，其結(jié)果是顆粒脈動始終小于流體脈動；而且顆粒越大，脈動越弱，文獻[15]提出較符合實際的顆粒湍動能輸運模式，即k，輸運模式，用k-e-k。模式模擬二維閉式射流和三維回流流動，所給出的顆粒湍流脈動的預(yù)報結(jié)果與實測者定性相符。文獻又進一步提出了適用于各向異性情況的湍流兩相流動的統(tǒng)一關(guān)聯(lián)矩封閉模式。  多連續(xù)介質(zhì)模式可以較完整而嚴格地考慮顆粒相的各種湍流輸運過程，可以用統(tǒng)一的數(shù)值解法處理兩相問題，模擬結(jié)果可以給出顆粒相空間分布的詳盡信息，易于與實測結(jié)果對照。

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《現(xiàn)代水力學(xué)工程湍流數(shù)值模擬及其應(yīng)用》是由中國水利水電出版社出版的。

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