【摘 要】
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湍流是自然界和工程中普遍存在的现象.该文主要研究含自由表面的湍流以及湍流扩散现象.在雷诺平均的N-S方程和κ-ε湍流模型、RSM湍流模型基础上,采用VOF方法和大涡模拟方法,
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湍流是自然界和工程中普遍存在的现象.该文主要研究含自由表面的湍流以及湍流扩散现象.在雷诺平均的N-S方程和κ-ε湍流模型、RSM湍流模型基础上,采用VOF方法和大涡模拟方法,数值研究了非对称槽流的逆梯度输运现象和底部有结构明渠流的湍流特性.通过对五个具体算例的数值计算,得到了以下研究结果：1、通过对非对称槽流的流动特性和湍流特性的数值研究,验证了实验的结果,得到在靠近光滑壁的区域存在着一个约为槽高度6﹪的逆梯度输运区域.并且发现在靠近粗糙壁的附近,在两个方形的障碍物之间存在更加明显的逆梯度输运现象.为进一步研究湍流的逆梯输运现象的机理提供了基础.2、通过对底部有结构的明渠流动的数值研究,在自由表面处存在变形,可以看到表面波的存在,波动的幅度主要受到弗劳德数的影响.3、通过对底部有结构的明渠流动的数值研究,在速度的矢量图中,可以看到在底部障碍物的下游,存在明显的涡旋,这就是回流区域.4、从自由表面问题的计算结果中,我们还可以发现,在自由表面附近,湍流场要比半深度区域强,但要比底部附近的湍流场弱,这可能是由于在自由表面处,水和空气存在一定的相互作用,从而形成弱的湍流场.5、通过对底部波浪结构的明渠流动的数值研究,我们可以从RSM模型和大涡模拟的结果中发现,在底部靠近壁面的回流区域附近,发现有一个小区域内存在着湍流梯度输运现象.6、通过对带自由表面水坝绕流的数值研究,我们发现半圆障碍物后面涡旋的形态与两半圆之间的距离、水深和来流速度都有关系.
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