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内容大纲
湍流是由Navier-Stokes方程（简称N-S方程）所描述的黏性流体，当流体实测雷诺数超过临界雷诺数后，流体从规则流动状态转换为在时空中紊乱复杂的多尺度涡旋运动形态。湍流猝发现象是引起湍流大尺度结构和间歇现象及其他湍流现象的主要原因。固液气多相场涉及流固耦合力学问题，具有强烈的剪切和非线性特性，尤其在宏观尺度上的明渠、水闸、泵站等水工建筑物泄流消能过程中，微观尺度上的絮凝沉降过程中，均出现典型的固液气多相剪切环境场，均存在复杂的湍流现象及湍流问题。本书基于湍流脉动方程的不封闭、非线性、流态多样性及复杂性，探索运用极点对称模态分解方法，结合物理试验和计算模拟，研究上述宏观和微观条件下的Reynolds方程、闭合问题的模式理论、Kolmogorov理论，以进一步分析湍流的间歇性和拟序结构、标度律和猝发现象，从而解决工程实践中的设计优化、安全运行、效能提升的问题。 -
作者介绍
史志鹏 山西阳泉人，1982年10月生，工学博士，江苏建筑职业技术学院副教授、高级工程师，建造师、监理工程师、香港理工大学访问学者，全国水利职教教学新星、江苏高校“青蓝工程”中青年学术带头人、江苏省“双师型”教师认定专业分委会委员，主要从事河网水动力学模拟及水环境分析研究工作。在Taiwan Water Conservancy、Journal of Chemistry、Mathematical Problems in Engineering、《水力发电学报》等国内外权威期刊发表科技论文44篇；主编的《工程水文与水利计算》行业新形态一体化教材获评江苏省“十四五”首批职业教育规划教材、“十三五”江苏省高等学校重点教材；主编的《生态水工建筑物》教材为国内首部适应生态水利行业发展的数字教材；曾获江苏省建设优秀科技成果二等奖1项。 -
目录
第一部分 湍流猝发现象及相关研究方法
第1章 湍流猝发现象
1.1 初识湍流
1.2 Navier Stokes方程
1.2.1 质量、动量守恒方程
1.2.2 Navier Stokes方程
1.2.3 平均场和脉动场
1.2.4 流场能量的动态平衡
1.3 谱方法
1.3.1 方程的闭合
1.3.2 Taylor涡量输运模式
1.3.3 Karman Howarth方程
1.3.4 Kolmogorov理论
1.4 实验发现
1.4.1 转换
1.4.2 间歇性
1.4.3 拟序结构
1.4.4 标度律
1.4.5 湍涡能量耗散
第2章 极点对称模态分解方法
2.1 随机数据分析方法
2.1.1 傅里叶变换方法
2.1.2 小波变换方法
2.1.3 希尔伯特 黄变换方法
2.1.4 局部均值分解
2.2 ESMD方法
第二部分 低水头水工建筑物泄流湍流猝发研究
第3章 明渠水槽中的湍流猝发研究
3.1 试验量测技术
3.1.1 声学多普勒流速仪(ADV)
3.1.2 场发射电子扫描显微镜(FESEM)
3.2 明渠水槽中的湍流结构分析
3.2.1 水槽试验设计
3.2.2 ADV数据预处理
3.2.3 湍流结构特征值
3.3 基于ESMD方法的固液两相流的脉动流速分析
第4章 水闸泄流中的湍流猝发研究
4.1 巨亭水电站工程泄水湍流计算
4.1.1 工程概况
4.1.2 数值计算结果
4.2 横丹水电站工程泄水湍流计算
4.2.1 工程概况
4.2.2 数值计算结果
4.3 辅助消能工水力特性比较
4.3.1 体型设计与计算区域网格划分
4.3.2 计算结果分析
4.4 多相流中VOF模型及双流体模型应用
4.4.1 VOF模型应用一
4.4.2 VOF模型应用二
4.4.3 双流体模型应用
第5章 泵站吸水中的湍流猝发现象
5.1 城镇排水泵站开敞式进水池防涡计算
5.1.1 泵站开敞式进水池内流动机理
5.1.2 泵站开敞式进水池体型模型建立
5.1.3 泵站开敞式进水池防涡计算结果
5.2 南迪普泵站吸水室防涡效能分析
5.2.1 工程概况
5.2.2 数值计算结果
第三部分 絮凝沉降过程中的湍流猝发研究
第6章 絮凝沉降过程湍流模型构建
6.1 絮凝体(团)沉降中的湍流剪切因素
6.1.1 絮凝体沉降研究现状
6.1.2 随机数据处理的方法
6.1.3 湍流剪切对絮凝沉降的影响
6.2 絮凝体分形维数计算
6.2.1 聚丙烯酰胺(PAM)简介
6.2.2 NPAM絮凝沉降试验
6.2.3 絮凝体分形维数计算
6.3 絮凝体形态特征及絮凝机理论证
6.3.1 絮凝体形态特征
6.3.2 絮凝体能谱分析
6.3.3 NPAM絮凝机理论证
6.4 絮凝体沉速公式及沉速模型
6.4.1 Stokes定律
6.4.2 絮凝体沉速计算
6.4.3 絮凝体沉速模型
第7章 絮凝沉降过程湍流模型计算
7.1 群体平衡模型理论
7.1.1 PBM概述
7.1.2 絮凝沉降计算模型
7.2 絮凝沉降过程模拟
7.2.1 算例建模
7.2.2 计算结果
7.3 絮凝沉降过程频谱分析
7.3.1 ESMD方法概述
7.3.2 希尔伯特 黄变换方法
7.3.3 ESMD算法思路
7.3.4 模态分解
7.3.5 时 频分析
7.3.6 能量分析
7.4 本章小结及本研究创新点
7.4.1 本章小结
7.4.2 本研究创新点
参考文献
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