现代水力学工程湍流数值模拟及其应用

序

前言

符号说明

第一篇流动与传热

第一章浮力回流湍流模式及其在冷却水工程中的应用

一、引言

二、湍流流动的随机瞬时值方程和湍流模拟的原则

三、湍流分析中的平均概念

四、k-ε双方程模式

五、reynolds应力方程模式（dsm）

六、代数应力模式（asm）

参考文献

第二章湍浮力回流的双流体模式

一、导论

二、数学物理模式

三、模式方程组的简化途径与数值方法

四、模式的检验与结果分析

五、评价

附录近海水域深度平均两相非恒定湍流双流体全场数值模拟

参考文献

第三章有蒸发的气-水湍流流动模式

一、引言

二、水面蒸发的机理及stefan流

三、数学模式的建立

四、方程的离散化

五、差分方程的求解

六、simple算法

七、解题步骤

八、计算结果分析

九、结束语

附录水面石油蒸发过程的数值模拟

参考文献

第四章深度平均的湍流全场水环境新模式及其在大水域冷却池中的应用

一、引言

二、全场模式

三、数值计算方法及隔离区处理

四、计算结果分析

五、结语

参考文献

第五章深度平均的代数应力／热流全场湍流

一、概述

二、浅水回流流动的代数应力数学模型

三、水深平均的热能输运的数学模型

四、湍流模型

五、深度平均湍动动量方程、能量方程及浓度方程的封闭

六、最终采用的统一形式的数学模型

七、潮汐水域中污水侧向排放的实例计算

八、计算结果与讨论

九、结论

参考文献

第六章明渠弯道中三维浮力湍流流动的数值模拟

一、引言

二、模式与基本方程

三、计算对象和数值解法

四、计算结果分析

五、结语

附录明渠弯道环境流体力学的几种改进湍流模式

参考文献

第七章河口悬沙冲淤问题的湍流液一固两相流动的数值模拟

一、概述

二、挟沙水流的湍流液一固两相流动理论

三、某工程码头附近水域悬沙冲淤问题的湍流液一固两相流动的数值模拟

四、数值模拟结果及分析

五、结语

附录悬沙冲淤问题的湍流两相模型

参考文献

第二篇流动与传质

第八章近海环境三维湍流流动和水质的精细模拟

一、引言

二、数学模式

三、数值计算及结果分析

四、结语

参考文献

第九章近海水域污染物迁移转化的水质动力学模型

一、数学模型

二、计算及结果讨论

三、结语

参考文献

第十章湍流基本方程组在拟合坐标系中的转换及其三维生态水力学模型的建立

一、概述

二、控制方程在拟合坐标系中的守恒方程

三、k-ε控制方程的转换与其离散

四、代数应力控制方程转换及其离散

五、关于湍流模型转换几点说明

六、水力学与生态子模型相结合的描述

七、结语

附录水环境水污染中生物化学时均反应率的研究

参考文献

第三篇高速水流与空化空蚀、掺气、脉动、振动、消能、磨损

第十一章三峡永久船闸输水廊道第一分流口体形研究

一、引言

二、第一分流口附近水流流态的三维数值模拟

三、分流口体形对水流流态的影响

四、结论

参考文献

第十二章高水头岸边泄洪洞水力特性的数值模拟

一、物理模型

二、数学模型及网格划分

三、计算结果及与试验结果的比较

四、结论

参考文献

第十三章扩展的k-ε模型在平面闸槽区的数值模拟计算

一、概述

二、扩展的k-ε模型

三、数值方法基础

四、结束语

参考文献

第十四章多级消能孔板流场的数值模拟

一、引言

二、基本方程及边界处理

三、求解方法

四、计算结果与分析

五、结语

参考文献

第十五章洞塞消能的数值模拟

一、数值计算原理

二、其他一些相关的公式

三、数模计算结果的试验验证

四、洞塞间距和断面收缩比对水头损失系数的影响

五、结论

参考文献

第十六章排沙漏斗三维涡流流场脉动特性研究

一、测试方法

二、测试结果与分析

三、结论

参考文献

第十七章用两相流模型模拟混流式水轮机内空化流动

一、三维空化湍流场的两相流数值模拟

二、二维文透里管算例

三、三维空化湍流场的计算结果

四、结论

参考文献

第十八章用大涡模拟方法计算尾水管内非定常周期性湍流

一、大涡模拟一双方程模型

二、计算网格结构的研究

三、周期运动进口速度模型

四、周期运动的进出口条件设置

五、计算结果的分析

六、结论

参考文献

第十九章水轮机转轮固液两相三维湍流计算及磨损

一、基本方程

二、数值方法和边界条件

三、计算结果

四、结论

参考文献

跋

　　本书是作者在中国水利水电科学研究院水力所30多年来在研究火、核电厂的冷却水工程、水环境工程及水利水电工程等专业的基础上，对工程湍流流动、传热及传质进行了一系列模拟计算，特别是对深度平均的k-ε和深度平均的代数应力全场湍流模式、简化的代数应力湍流模式、浮回流的双流体模式及液固两相流模式紧密结合工程作了探讨，获得了成功。作者所提出的扩展的k-ε双方程模式也大都已付诸实施。　　本书详细讨论了冷却水工程、水环境工程和水利水电工程的湍流流动、传热、传质问题，特别是对湍浮力回流、湍浮力环流、湍浮力旋流及湍浮力分离流，单流体流、双流体流和单相流、两相流进行了近代的精细湍流模拟计算，为工程的优化布置、工程水环境改善、电厂效率提供了定量设计的有力工具。　　本书共分三篇，第一篇介绍了流体运动基本方程及由本书作者提出的深度平均的k-ε和深度平均的代数应力全场湍流模式，三维弯道湍流模式。通过这些模式，进行了工程湍流数值模拟计算，取得了受纳水域热污染环境的改善和热、核电厂冷却效应的效率的提高。第二篇主要研究污染物质在水流中的湍动输送，污染物质在水流中的湍动扩散与输送不仅可以稀释污染物质浓度，由于生物化学作用，还可起到污染物质的降解作用，因此，水流具有自净的能力。本篇着重应用合理的水质动力学模型对水质进行精细的模拟，对水环境水质作出预报，更好地保护水环境，保护水资源。第三篇主要提出了高速水流与空化空蚀、掺气、脉动、振动消能、磨损关系的湍动模拟方法，用工程湍流数值模拟方法，取得了很大成功，获得了一大批可喜成果，为水工泄水建筑物的安全预报作出了贡献。　　本书内容新颖、概念清晰、论述详细，可供从事水环境、火电厂电冷却水、石油、核电、工程热物理、流体力学、水力学、热能工程、航空航天、冶金、化工等领域的研究与设计人员、高级教师及研究生参考使用。