CBY桨搅拌槽内湍流结构的研究

在槽径为0.192m的CBY桨搅拌槽内,采用时间解析粒子图像测速仪(tim e-resolved PIV,TRPIV)和常规二维粒子图像测速仪(2DPIV)对搅拌槽中速度场进行了测量。分别用小波分析法和角度解析法将搅拌槽中周期性脉动和湍流脉动分开,发现两种方法所得的结果具有较好的一致性,说明了小波分析方法能够提取湍流动能。进一步研究表明,小波分析能将脉动速度分解到各个尺度上,频率越低的尺度所含的能量越大,且各尺度能量有着相似的分布规律。此外,随着雷诺数的增大,无因次化后的周期性脉动动能和真实湍流动能基本不变。     

壁湍流中喷发和扫掠对颗粒离散的影响

近壁湍流中的拟序结构:喷发(ejection)和扫掠(sweep),对壁附近颗粒的扩散输运起着重要作用。本文首先采用直接数值模拟(DNS)方法得到槽道湍流（雷诺数ReT = Uδ/γ = 80)的速度场,然后追踪颗粒群中每个颗粒的轨迹,最后详细分析喷发/扫掠事件对颗粒群离散行为的统计特征。模拟结果表明,流向和展向的粒子离散,在扩散初期来自于扫掠事件中的粒子离散大于来自于喷发事件中的粒子离散。当扩散时间超过数倍拉格朗日积分尺度后,开始时刻处于喷发或扫掠的粒子运动规律没有明显的不同,也就是说这些粒子几乎已经失去初始记忆。     

湍流相干结构与壁压强脉动关联的小波分析

在风洞中同时测量平板湍流边界层的速度和壁面脉动压强,用小波分析法结合能量最大判别准则确定湍流边界层相干结构的时间尺度和壁压强脉动的时间尺度之间的关系．结果表明：压强脉动信号的小波能谱最大值对应的时间尺度与湍流边界层相干结构的特征尺度接近,可以利用壁面压强脉动信号的分析结果间接反映经过边界层的相干结构的时间特征．本研究选择复数Morlet小波作为小波母函数,有较好的分辨率．     

加热平板表面温度分层产生的湍流逆转捩现象

针对加热平板表面密度分层结构中的逆转捩现象,在二元风洞中进行了系统的实验研究。对局部加热的水平平板下表面边界层内的时均速度的演化规律进行了详细的测量,同时对速度脉动信号以及速度能谱进行了分析,并对边界层内的波动特性进行了研究。这些参数体现了边界层逆转捩过程中流动特性的变化规律,揭示了密度分层结构中逆转捩现象发生的机制。在实验中对比了局部加热平板表面的边界层与无温度梯度情况下自然形成的湍流边界层的特性。发现在加热的情况下,边界层的形状因子由1.5上升至2.6;时均速度廓线中的平衡湍流层消失;以及速度能谱中惯性子区消失等变化。在实验中还发现加热平板表面速度信号中出现了间歇现象。实验结果表明板面附近的流动已由湍流流动转变为层流流动,同时平板表面的摩擦系数较没有温度梯度时有大幅度下降,不仅证明了边界层逆转捩现象的存在,也说明了这种条件起到了减阻的效果。     

周期性扰动对湍流边界层层次结构的影响

在开口式循环水槽底部湍流边界层外区中引入周期性扰动,对湍流场的速度脉动时间序列信号进行了统计分析,研究了湍流边界层中周期性人工扰动对湍流结构的影响,结果表明高频扰动的湍流中She-Leveque（简称SL）湍流层次相似律成立。     

轴流泵内部流动数值模拟中湍流模式可用性的研究

轴流泵内部流动是复杂的湍流流动.基于RANS方程,采用Standard k ε、RNGk ε和Realizable k ε 3种湍流模型,对ns=1000的模型轴流泵在不同工况下的内部流动进行了三维湍流数值模拟.计算了水泵的扬程和效率,并与试验值进行了对比和分析.计算结果表明,在水泵运行的高效段,3种湍流模型计算扬程的相对误差不大于4%,偏离最优工况时不同湍流模式表现出不同的特性.     

青藏高原当雄地区湍流脉动耗散率特征研究

利用1998年第2次青藏高原气象科学实验（TIPEX）当雄地区观测站的湍流资料,分析了青藏高原中部地区湍流动能、温度脉动和湿度脉动耗散率的特征规律。结果表明,无量纲湍能耗散率φ_ε、无量纲温度脉动耗散率φ_N和无量纲湿度脉动耗散率φ_γ分别比风速梯度产生的能量、温度和湿度梯度产生的脉动约小20%,且随稳定度参数的绝对值的增加而呈增加的趋势;湍流输送和压力脉动项的影响贯穿于整个稳定度区间, 数值与z/L相联系。青藏高原中部地区湍流动能、温度脉动和湿度脉动耗散率的方程中系数与前人结果的差异,反映其对下垫面特征的依赖性。     

基于雷诺平均方法的高超音速边界层转捩模拟

基于雷诺平均方法,建立了一种合理反映扰动模态和可压缩性影响的新型k-ω-γ湍流／转捩模式,它由关于间歇因子γ、脉动动能k及其单位耗散率ω的3个输运方程组成．其主要特点为：（i）k包含湍流脉动部分和非湍流脉动部分,且对后者的模化应用了稳定性分析的结果;（ii）γ方程的源项中构造了具有“自动判断转捩起始位置”功能的函数;（iii）构造的新型物面法向长度尺度使该模式的所有表达式均由当地变量构成,可以方便地应用于现代CFD程序之中;（iv）该模式在完全湍流区还原为标准的SST湍流模式．模式在亚音速、超音速和高超音速条件下的边界层流动中进行了验证．计算结果表明,该模式可应用于较宽马赫数范围,所具有的捕捉流动转捩的性能优于国际上的现有模式．     

激波反射对扰动界面湍流混合区影响的数值分析

发展三维可压缩多介质黏性流动和湍流流动的大涡数值模拟方法MVFT3D,对Poggi等人进行的重流体冲击加载轻流体激波管界面不稳定性实验进行数值模拟,通过Vreman SGS应力模型模拟小尺度运动对大尺度运动的影响,运用统计方法分析湍动能特征。计算结果显示,激波多次加载下扰动界面不稳定性及其诱发的湍流混合是一个非常复杂的发展演化过程,在反射激波第一次加载前湍流混合区宽度增长缓慢,湍动能按时间和空间的1.3次幂指数规律衰减,再加载后湍流混合区宽度非线性增长加快,湍动能强度迅速增强后再逐渐递减,而后期的流场则出现明显的气泡竞争现象。计算给出两次再加载的湍流混合区宽度与实验测试结果吻合,第一次再加载前湍动能随时间和空间1.3次幂指数衰减规律与Mohamed和Larue的研究结论一致。数值模拟再现了实验观察到的激波多次加载过程并描述了湍流混合区发展演化的基本物理特征,检验了数值方法和计算程序。     

曲线坐标系下考虑植被影响的k-ε-A_p固液两相双流体湍流模型

该文建立了曲线坐标系下考虑植被影响的三维k-ε-Ap固液两相双流体湍流模型,模拟弯曲渠道内布置水生植被后水流和泥沙的运动结构以及弯道内的河床变形.通过模拟试验室60°弯道内流经植被的水流流速平面结构和断面分布,验证了模型中液相模块的准确性.通过模拟60°弯道内不同植被布置情况对水流泥沙运动和床面变形的影响,验证了模型中床面变形模块的准确性.数值结果较好地再现了试验规律.计算结果表明在弯道内布置植被改变了水流流速分布,植被覆盖区域的水流流速明显降低,泥沙运动减弱;非植被覆盖区域的水流流速增大,泥沙运动加剧;合理布置植被可以减缓弯道凹岸的泥沙侵蚀;数值计算结果和试验结果之间的比较表明三维k-ε-Ap固液两相双流体湍流模型处理推移质运动的方法比三维单流体模型更加合理.