迎风条件下速度梯度对地面涡气动特性影响数值模拟

以缩比的近地面短舱进气道为研究对象,通过数值计算模拟的方法得出在迎风来流条件下速度梯度对地面涡流场的结构及气动特性曲线的影响。研究表明,速度梯度是影响地面涡的主要因素。在不同的速度梯度下地面涡结构明显不同。在Y方向速度梯度下近地截面形成的地面涡是一对涡,旋转方向相反。速度梯度越大,地面涡强度,总压畸变指数明显变大。且峰值会出现滞后现象。在Z方向速度梯度下,近地截面形成的地面涡是一个单涡结构,在进气道上方也会形成一个涡体。地面涡强度、总压畸变指数会先增大后减小,峰值不会出现滞后现象。     

叶尖小翼对涡轮转子性能的影响

该文采用数值模拟方法,对不同叶尖处理构型的涡轮转子流场进行数值计算,获得了平顶叶尖(模型A)、带有2 mm叶尖小翼(模型B)、3 mm叶尖小翼(模型C)的涡轮转子的间隙流动特性,以及对涡轮转子效率的影响.计算结果表明:模型B的转子性能最好,其次为模型A,最差为模型C.分析间隙涡流动特性后发现,模型C的间隙涡沿叶高方向分布区域较大,强度较强,其间隙涡区域的轴向速度最小.其次为模型A,而模型B的间隙涡强度较弱,其间隙损失最小.     

均匀各向同性湍流中标量耗散的动力学特性

采用直接数值模拟方法,对具有平均标量梯度的被动标量场在稳定均匀各向同性湍流中耗散的动力学特性进行了研究(计算Reλ为25和48,Pr数从0.3-4.0).结果表明,标量耗散的形成主要是由于标量梯度同流场的应变张量压缩主轴耦合的结果,而涡量对标量梯度的形成只有较弱的影响,然而它可以产生与平均标量梯度方向相反的标量梯度,来抵消在大尺度上施加的平均标量梯度的影响,同时通过破坏标量梯度与应变张量之间的耦合来抑制大强度标量耗散的产生.借助于不变量理论发现,高强度的标量耗散主要产生在拓扑结构为unstable node/saddle/saddle流形区域,其对应的应变张量的特征值两个为正,一个为负;由于涡管的感生作用,也有少许中等强度的标量耗散位于流形为stable focus/stretching的区域.     

离心泵叶轮内部清水湍流的动态大涡模拟

提出旋转坐标下的单相液体湍流的二阶双系数动态亚格子应力大涡模拟模型并加以验证。考虑亚格子应力的对称性和量纲一致性 ,在基于应变率张量和旋转率张量的不可约量及 Smagorinsky模型和亥姆霍兹定理的基础上 ,提出亚格子应力应表示为可解的应变率张量和旋转率张量的函数。在贴体坐标系下 ,利用交错网格系统和有限体积法离散湍流控制方程 ,采用 SIMPL EC方法求解方程。水泵叶轮中湍流的流速分布规律和压力分布等计算结果都与试验结果基本吻合 ,从而证明了此模型的可行性 ,以及计算方法和程序的可靠性     

绕任意轴旋转的矩形截面弯管流动特性

为了探讨绕任意轴旋转的矩形截面弯管流动规律,利用数值计算的方法研究了绕任意轴旋转的矩形截面弯管内的粘性流动情况,分析了在不同入口距离处离心力和科氏力共同作用下的二次流动、轴向主流的发展变化情况。计算结果表明：对于宽高比λ≤1．0的矩形截面弯管,在距入口的不同距离上,依次有2涡-4涡-8涡-4涡流动结构的变化,最多有四个速度极值区并且都靠近管道的外侧;大曲率、大上Dn数时,F=0轴向速度的极值点靠近管道外侧,F=-1的轴向速度的极值点靠近管道内侧。     

基于大涡模拟的平屋盖锥形涡数值分析研究

采用大涡模拟(LES)对平屋盖建筑受45°风向角作用下的表面风荷载问题进行了非稳态数值模拟分析.通过与风洞试验结果的对比得出,大涡模拟能较好地捕捉到建筑物顶面出现的锥形涡及其特性.在此基础上,研究了锥形涡作用下建筑物顶面平均风压与脉动风压的分布,以及加设分隔挡板和不同高度的女儿墙对屋面风压分布和旋涡强度的影响.研究结果表明,基于Q准则的旋涡判别法可以较好地识别斜风向下屋面形成的锥形旋涡;在背风区锥形涡与侧面脱体涡相互作用并脱落,其影响将反馈至屋面旋涡上导致屋盖两个锥形涡强度以屋面对角线为轴交替波动,此消彼长;屋面女儿墙的存在使得两个锥形涡之间的间隙变窄,旋涡足迹变阔,且屋面峰值吸力随女儿墙高度的增加而迅速减小.     

载体平动条件下的磁梯度张量定位方法

针对现有磁场梯度张量定位方法存在的问题,提出载体平动条件下的磁场梯度张量定位方法.用目标磁矩替换目标的磁场值,通过2点的张量测量,构建关于位置参量的非线性定位方程组,通过遗传算法对方程未知数进行优化,解算得到位置参数.仿真结果证明:载体平动条件下的张量定位方法有效克服了现有张量定位算法的不足,定位精度高,可以在地磁背景环境下对隐蔽目标进行定位.     

四元数张量方程A*NX=B=B超对称极小范数最小二乘解

本文研究一种实张量和向量的乘积,并讨论四元数张量方程A*NX=B的最小二乘超对称问题,其中*N为张量A与X的Einstein积.我们的主要研究是求出此张量方程的超对称极小范数最小二乘解,并提供求解的数值算法和数值例子.     

絮凝搅拌器内部流场特性数值模拟

在气液交界面形态对比和LDV试验验证基础上,基于CFX 侵入式实体模型,应用标准k-ε湍流模型对容积为1 L的絮凝搅拌器内部流场特性进行了数值研究.结果表明:下循环区的流体运动速度和速度梯度较大;搅拌强度增加,速度梯度增大;转速对叶轮附近切向速度梯度影响最大,该区域切向速度梯度值与其他区域最大相差两个数量级;下循环区湍流耗散率、湍流动能和涡流黏度较高;在研究转速范围内,转子转速对湍流动能影响相对较大,对涡流黏度影响相对较小.     

单方柱绕流的直接数值模拟

为了揭示柱体绕流的湍流流动机理,采用直接数值模拟方法对雷诺数为1 200的单方柱绕流工况进行研究。首先通过对斯特劳哈尔数、平均流速和表面压强系数等统计量进行对比分析,验证数值方法的可靠性;其次采用本征正交分解方法系统地提取流场中的相干结构,结果表明:对于速度场的模态分解,第一阶模态代表平均速度场的特征;第二、三阶模态提取的是流场中的低频大尺度旋涡特征,第四、第五阶模态提取的是流场中的高频小尺度旋涡特征。最后基于联合概率密度函数分析速度梯度张量第二、第三不变量,发现方柱下游大致可分为两个流动阶段:发展阶段,流场以涡流层结构和耗散作用为主,涡流管结构逐渐生成;成熟阶段,流场中湍流结构伴随着高涡量拟能和高能量耗散率。     

单方柱绕流的直接数值模拟研究

为了揭示柱体绕流的湍流流动机理,采用直接数值模拟方法对雷诺数为1200的单方柱绕流工况进行研究。首先通过与文献中斯特劳哈尔数、平均流速和表面压强系数等统计量进行对比,验证了数值方法的可靠性。其次采用本征正交分解方法系统地提取流场中的相干结构,结果表明：对于速度场的模态分解,第一阶模态代表平均速度场的特征,第二、三阶模态提取的是流场中的低频大尺度旋涡特征,第四、第五阶模态提取的是流场中的高频小尺度旋涡特征。最后基于联合概率密度函数分析速度梯度张量第二、第三不变量,发现方柱下游大致可分为两个流动阶段：发展阶段,流场以涡流层结构和耗散作用为主,涡流管结构逐渐生成;成熟阶段,流场中湍流结构伴随着高涡量拟能和高能量耗散率。     

关于CopositivePlus张量及其互补问题的研究

近年来,关于张量(超矩阵)的研究得到了越来越多的关注.相应的互补问题——张量互补问题(TCP),也得到了广泛研究.本文延伸CopositivePlus矩阵的概念到高阶张量的情形,定义了一类新的结构张量,称为CopositivePlus张量,并对其性质进行了研究;并且证明,当所涉及的张量是Q张量和CopositivePlus时,对应的张量互补问题的解集是有界的.     

Taylor-Couette波状涡的周期性特征研究

采用大涡模拟(LES)方法对Taylor-Couette涡流场进行瞬态数值模拟,研究了波状涡流场中不同旋转雷诺数下环隙子午面上涡流场特征随时间的变化情况,分析了波状涡流场的周期性变化规律．结果表明：Taylor-Couette波状涡流场内的涡旋大小、形态及涡心位置存在周期性变化规律,相邻涡旋的形态与特征呈现相反的变化趋势;涡旋、涡核的变化周期几乎完全相同,当转速为20 r/min时,涡旋和涡核的周期变化时间分别为6.80 s和6.83 s,当转速为40 r/min时,涡旋和涡核的周期变化时间分别为1.49 s和1.50 s,但涡核的变化趋势在周期变化过程中处于主导地位;随着旋转雷诺数的增大,波状涡的变化周期逐渐减小,说明周期的数值变化一定程度上可以反映并衡量Taylor-Couette涡流场形态的转变过程．     

基于层析PIV的湍流边界层涡结构统计研究

本文运用层析PIV技术测量了Re?=1768的平板湍流边界层,得到了250个瞬时三维三分量(3D3C)速度场.测量体位于边界层对数区,其大小为80 mm×16 mm×45 mm.旋涡强度ci?准则用来进行涡识别,以ci?在各个方向的投影作为该方向上的旋涡强度.本文通过线性随机估计、预乘功率谱等技术对湍流边界层中的涡结构进行了统计分析.结合高低流速区域,发现强剪切区域存在周期性分布的涡结构.最后用本征正交分解对流场进行尺度分离,发现大尺度结构对应的速度分布接近原始流场,而小尺度流场的涡量分布和频谱特性与原始涡量分布高度吻合.     

一类张量方程的可解性及其最佳逼近问题

研究了张量方程A*nX=B具有Hermitian解X的可解性问题,其中*n表示张量的Einstein积.利用张量Moore-Penrose广义逆的性质,得到了该方程具有Hermitian解的充要条件及其通解表达式.同时,在张量的Frobenius范数意义下,考虑了对于任意给定张量的最佳逼近问题,得到了它的唯一解表达式....     

张量具有线性收敛速度的迭代算法

基于计算非负张量谱半径的高阶幂法, 给出一种新的迭代算法判定强H张量. 结合不等式的放缩技巧和非负张量的Perron-Frobenius定理证明所给算法在有限步内停止, 且其收敛速度是线性收敛的. 数值算例表明, 该算法能判定任意给定的张量是否为强H张量, 且在某些情形下比经典的强H张量判定算法所需迭代步数更少.     

判定强H-张量具有线性收敛速度的迭代算法

基于计算非负张量谱半径的高阶幂法,给出一种新的迭代算法判定强H-张量.结合不等式的放缩技巧和非负张量的Perron-Frobenius定理证明所给算法在有限步内停止,且其收敛速度是线性收敛的.数值算例表明,该算法能判定任意给定的张量是否为强H-张量,且在某些情形下比经典的强H-张量判定算法所需迭代步数更少.     

张量具有线性收敛速度的迭代算法

基于计算非负张量谱半径的高阶幂法, 给出一种新的迭代算法判定强H张量. 结合不等式的放缩技巧和非负张量的Perron-Frobenius定理证明所给算法在有限步内停止, 且其收敛速度是线性收敛的. 数值算例表明, 该算法能判定任意给定的张量是否为强H张量, 且在某些情形下比经典的强H张量判定算法所需迭代步数更少.     

DT-MRI张量值图像的一种加权方向距离滤波方法

为了正则化扩散张量磁共振成像所产生的扩散张量场,提出了一种非线性张量值加权方向距离滤波方法.首先通过张量间的二次点积定义了张量值图像的方向滤波,然后结合张量中值滤波引入了一个联合最小化准则,在此准则的基础上给出张量值方向距离滤波器的一般结构,并使用权重矢量在距离和方向域上控制滤波器输出,获得更加稳健的处理结果.在合成二阶张量场和真实扩散张量数据集上进行了实验.客观结果比较和滤波图像的主观评估表明:该滤波方法可在保持张量场细节不变的同时有效地消除噪声,是磁共振扩散张量场的一种有价值的滤波工具.     

均匀各向同性湍流中标量耗散的动力学特性

采用直接数值模拟方法，对具有平均标量梯度的被动标量场在稳定均匀各向同性湍流中耗散的动力学特性进行了研究(计算Reλ 为25和48, Pr数从0.3—4.0).结果表明，标量耗散的形成主要是由于标量梯度同流场的应变张量压缩主轴耦合的结果，而涡量对标量梯度的形成只有较弱的影响，然而它可以产生与平均标量梯度方向相反的标量梯度，来抵消在大尺度上施加的平均标量梯度的影响，同时通过破坏标量梯度与应变张量之间的耦合来抑制大强度标量耗散的产生. 借助于不变量理论发现，高强度的标量耗散主要产生在拓扑结构为unstable nodesaddlesaddle流形区域，其对应的应变张量的特征值两个为正,一个为负；由于涡管的感生作用,也有少许中等强度的标量耗散位于流形为stable focusstretching的区域.