分层流研究是环境水力学的一个重要研究分支，本书介绍了温差剪切分层流运动特性试验及数值模拟方面的研究成果。内容涉及直段水槽、不同弯段水槽温差剪切分层流流速、温度、湍流动能和雷诺应力的变化规律，分析了弯段温差剪切分层流的横断面环流结构、掺混特性和稳定性等。同时也介绍了直段水槽、弯段分层流的数值模拟，以及针对实际天然河道不规则边界情形的正交曲线坐标下的三维代数应力数学模型。

本书可供从事水利、环境保护、市政、能源等领域的科研与设计人员阅读，亦可作为大专院校、相关专业的高校教师、研究生的参考用书。

本书共分为6章。第1章：绪论，总结和回顾了分层流前人研究的成果；第2章：采用直道水槽温差剪切分层流物理模型试验系统，研究直道分层流时均特性和紊动特性，分析了垂向热扩散系数和摩阻系数的变化规律，并与断面掺混强度和断面总体Richardson数建立了经验关系，提出新的直道分层流稳定性判据。第3章：分别建立45度、90度和180度不同弯段水槽温差剪切分层流物理模型试验系统，研究不同弯段分层流时均特性和紊动特性，探寻了弯段对分层流掺混的影响，获得了弯段分层流横断面二次环流的变化规律，揭示了明显分层与强混合两种不同流态下横断面三个环流结构区别。试验中捕捉到弯段分层流横断面4环流现象；提出各弯段水槽分层流的稳定性判据，并与水槽弯角建立经验关系。第4章：分别建立了基于矩形网格的浮力修正k-ε各向异性立面二维有限体积计算模式和基于矩形网格的二阶矩Reynolds应力三维有限体积计算模式，模拟了直道水槽温差剪切分层流，并通过数值试验的方式，进一步细化地分析直道分层流交界面紊动特性。第5章：建立基于无结构网格的代数应力三维有限体积计算模式，对180度弯段水槽温差剪切分层流进行数值模拟计算。第6章：针对天然实际不规则河道分层流问题，建立了正交曲线坐标系下的三维代数应力通量数学模型，以拟合天然河道不规则边界情形和体现分层流的各向异性，并进行了实例计算。

前言

第1章 绪论

 1．1 分层流及其研究意义

 1．2 分层流前人研究成果的回顾

1．2．1 稳定性分析

1．2．2 界面摩阻

1．2．3 界面掺混

1．2．4 垂向紊动扩散

1．2．5 分层流的数值模拟

 1．3 本书的主要研究工作

 参考文献

第2章 直道明渠温差剪切分层流运动特性试验研究

 2．1 引言

 2．2 试验设备及试验量测

2．2．1 试验设备

2．2．2 测量断面及测点位置分布

2．2．3 量测仪器

2．2．4 试验过程

2．2．5 试验参数与工况选择

 2．3 试验结果分析

2．3．1 流速、温度与密度的沿程变化规律

2．3．2 紊动强度和雷诺应力强度的沿程变化规律

2．3．3 掺混强度分析

2．3．4 交界面垂向热扩散系数分析

2．3．5 界面摩阻分析

2．3．6 稳定性分析

 参考文献

第3章 弯段明渠温差剪切分层流运动特性试验研究

 3．1 引言

 3．2 试验弯段水槽及试验工况

3．2．1 试验弯段水槽

3．2．2 试验参数与工况选择

 3．3 试验结果分析

3．3．1 流速、温度与密度的沿程变化规律

3．3．2 紊动强度和雷诺应力的沿程变化规律

3．3．3 弯段横断面二次环流

3．3．4 横断面温度等值线分布

3．3．5 掺混强度分析

3．3．6 稳定性分析

参考文献

第4章 直道明渠温差剪切分层流数学模型

 4．1 引言

 4．2 描述分层流运动的基本方程

 4．3 浮力修正k-ε各向异性立面二维模型模拟直道分层流

4．3．1 湍流模型

4．3．2 方程离散及数值求解

4．3．3 边界条件

4．3．4 试验水流计算

 4．4 二阶矩Reynolds应力三维模型(RSM)模拟直道分层流

4．4．1 湍流模型

4．4．2 方程离散及数值求解

4．4．3 边界条件

4．4．4 试验水流计算

4．4．5 分层流其他实例数值模拟

4．4．6 分层流交界面紊动特性研究

参考文献：

第5章 弯段明渠温差剪切分层流三维数学模型研究

 5．1 引言

 5．2 控制方程

 5．3 方程离散及边界条件

5．3．1 通用方程离散

5．3．2 压力校正方程

5．3．3 边界条件

 5．4 试验水流计算

5．4．1 计算网格剖分

5．4．2 计算结果分析

参考文献

第6章 不规则边界河道分层流数值模拟

 6．1 引言

 6．2 数学模型

6．2．1 曲线坐标系统的建立

6．2．2 水流运动及物质输运控制方程

 6．3 数值计算方法

 6．4 边界条件

6．4．1入口边界Υ1

6．4．2出口边界Υ2

6．4．3固壁边界Υ3

6．4．4水面边界Υ4

 6．5实例计算

 参考文献

附录Ⅰ 正交曲线坐标与笛卡儿坐标下变量间的转换关系

附录Ⅱ 任意正交曲线坐标下的三维代数应力通量模型的导出