利用PIV技术对平板湍流边界层的实验研究

利用在线式ＰＩＶ系统,在低速风洞中对零压力梯度的光滑平板湍流边界层进行了实验研究。观察到了湍流边界层外层拟序结构的一些典型流动结构;横向大涡,海湍流边界层外缘的凸块和涡破碎等,并给出了这些结构所对应的瞬时涡量场和剪切应变变化率,同时还观察到湍流边界层外层的大尺度横向我表现为拱形结构。     

湍流边界层逆转捩机制的实验研究

实验研究了板面向下的平板边界层中的逆转捩现象,测量了加热前后湍能生成项,耗散项和吸收项的变化规律,初步解释了逆转捩发生的物理机制。实验结果表明,通过加热,形成稳定的密度分层结构,在距离平板前缘 400—1000 mm 范围内,湍能生成项变为负值,成为实际上的湍能集中吸收区,使得边界层内层的湍流能量被迅速吸收;近壁区的小尺度涡对于湍能的耗散作用进一步增强;同时浮力引起的湍能吸收项对湍能输运也起到了很好的抑制作用。外层流动失去了能量来源,从而使得流动逐渐从湍流演变为层流。     

应用于激波/边界层相互作用的非线性与多尺度湍流模式

论文选择近年来有代表性的两个非线性湍流模式和两个双尺度湍流模式，研究二维管道突起跨声速激波/边界层相互作用问题。通过数值计算与实验结果的比较，对有关的非线性湍流模式和双尺度湍流模式进行评估和分析。计算结果表明，非线性模式较好地反映了湍流的各向异性，结果明显优于线性模式；双尺度模式在一定程度上反映了湍流能谱输运的非平衡特征，相对于单尺度线性模式有所改善，但不能反映湍流的各向异性。     

对流槽模拟对流边界层实验研究

叙述了利用对流槽（长＊宽＊高为２００ｃｍ＊４０ｃｍ＊４５ｃｍ）模拟对边界层（ＣＢＬ）的温度场结构特征的实验研究了工作,包括平均温度、垂直热通量、温度脉动、温度谱等,以及混合层顶部夹卷特征,模拟实验结果表明,对流槽能很好地模拟对流边界层发展过程中边界层结构特征和湍流特征,并且细致观测到混合层顶部夹卷过程,为揭示卷机制提供实验依据。     

边界层内低阶结构函数标度律的实验研究

利用PIV系统对平板湍流边界层在Reθ=2?167下流向(u′)和法向脉动速度(v′)进行了测量,研究结果显示,当脉动增量的结构函数的阶数为 正分数时,实验所得的标度指数和K41及SL标度指数较为接近;当结构函数的阶数为分数且由0趋向于-1时,实验的标度指数明显偏离K41和SL标度指数,出现奇异标度律。这也说明了用低阶结构函数的标度指 数也能说明标度律的奇异性及边界层内存在间歇性。     

地表非均匀加热条件下边界层湍流特征的实验研究

在下垫面非均匀加热条件下进行对流边界层的水槽模拟实验,并与下垫面均匀加热条件下的情形对比,研究地表热力非均匀性对边界层湍流特征的影响．结果表明,地表的非均匀加热使得混合层湍流的组织性得到加强,湍流涡旋结构的空间分布比较稳定,湍流强度也有明显的增强．进一步分析表明,对流边界层的发展受到下垫面热力非均匀尺度的影响,在对流边界层的发展过程中,当边界层高度为下垫面非均匀尺度的1．3～1．4倍时,夹卷速度（即边界层高度的抬升速度）最小．     

二维高超声速进气道内激波-边界层相互作用

在多级压缩二维高超声速进气道中,激波边界层相互作用在前后两级压缩面交界的折角处会诱发壁面流动的分离,导致分离泡的产生.压缩面折角位置产生的激波与唇口处边界层相互作用,同样会诱发明显的壁面流动分离.这些分离现象均存在较为明显的动态特征和空间结构上的不稳定性,对进气道内流场及起动性能存在一定的影响.这里主要利用改进的高速纹影系统对二维二级压缩进气道内的流动结构进行观测及分析,揭示了分离流动的细节结构以及演化过程.在此基础上,采用改变壁面粗糙度以促进边界层转捩、壁面添加扰流器促进边界层内掺混流动等措施改变边界层流动状况,观察边界层控制对分离流动的影响,并取得了初步的结果.     

边界层流动中湍流斑形成机制的数值研究

边界层流动中层流向湍流的转捩是一个古老但仍没有解决的问题.虽然对转捩过程的探索已付出了艰苦的努力,但依然有一个重要的物理过程还没有弄清楚,即转捩过程中湍流斑形成的原因以及湍流斑的运动特征是什么,这些问题正有待于人们做进一步的研究.文中提出以壁面局部脉冲形式的小扰动来模拟边界层流动中湍流斑的初始扰动场,采用紧致有限差分的方法,数值模拟了边界层流动中湍流斑的生成和演化规律;结果显示,它们在好多方面反映出湍流斑的基本特征.     

边界层流动中湍流斑形成机制的数值研究

边界层流动中层流向湍流的转捩是一个古老但仍没有解决的问题．虽然对转捩过程的探索已付出了艰苦的努力,但依然有一个重要的物理过程还没有弄清楚,即转捩过程中湍流斑形成的原因以及湍流斑的运动特征是什么,这些问题正有待于人们做进一步的研究．文中提出以壁面局部脉冲形式的小扰动来模拟边界层流动中湍流斑的初始扰动场,采用紧致有限差分的方法,数值模拟了边界层流动中湍流斑的生成和演化规律;结果显示,它们在好多方面反映出湍流斑的基本特征．     

地表非均匀加热影响对流边界层湍流特征大涡模拟研究

本文运用大涡模拟方法研究了地表非均匀加热对边界层湍流特征的影响.共进行五个算例的数值模拟,其中一个算例为地表均匀加热,四个非均匀算例的地表加热方式均采用“马赛克”分布,非均匀尺度分别为1.2km、2.5km、5.0km和10.0 km,其平均地表热通量与地表均匀加热算例相同.模拟结果表明:地表非均匀加热激发出有组织湍流...     

激波卷扬可燃粉尘的理论模型

本文描述了激波卷扬可燃粉尘床形成燃烧反应边界层的理论模型,由此揭示出该反应边界层的基本结构由诱导区、反应区、扩散区构成.另外,燃烧粉尘云轮廓及颗粒点火时间的理论值与实验结果较一致,说明此模型能很好地描述上述流动特征.     

Hierarchical similarity in the atmospheric boundary layer turbulence

The S-L (She and Leveque) scaling law, also named the hierarchical similarity theory, has been extensively tested for the turbulence made in the laboratory, but seldom been tested for the turbulence in the atmospheric boundary layer (ABL). In this paper, the S-L scaling law is applied to the turbulence in the ABL observed under unstably stratified conditions and over different types of underlying surfaces. The results of analyses show that over this type of homogeneous and flat underlying surface, such as the underlying surface in HUBEX (Huaihe River Basin Energy and Water Cycle Experiment), vertical speed and temperature fields well satisfy the S-L scaling law. For the turbulence over the homogeneous but rather rough underlying surface of forest and under unstably stratified conditions in PFRD (Park Falls Ranger District of the Chequamegon National Forest, Wisconsin, USA), the analyses show that the vertical speed and temperature fields sometimes conform sometimes do not conform to the S-L scaling law. However, at a time, either both of the vertical speed and temperature fields conform to the S-L scaling law, or both of them do not. Horizontal speed fields in both of the field experiments do not satisfy the S-L scaling law. The new explanation of the above-mentioned phenomena is given.     

边界层抽吸模型比较和验证

本文采用自行开发CFD程序验证了四种典型的边界层抽吸模型在有激波与边界层相互作用的复杂流动条件下的表现,并详细分析了各种模型在不同工况下的优缺点。     

对流边界层高度预报方案的改进

基于对流边界层“一阶模型”,并考虑机械湍流和夹卷过程对对流边界层发展的贡献,提出了对流边界层顶部夹卷速度参数化的改进方案.理论分析表明,在对流边界层受热力湍流和机械湍流共同驱动的情况下,夹卷速度的参数化方案中应该包括机械湍流、热力湍流、夹卷过程和边界层顶上自由大气的逆温强度.用1979年7月美国CIRCE试验的边界层观测资料对改进后的参数化方案进行了对比验证,结果表明新方案能很好地预报对流边界层高度的演变过程.这一改进不仅使物理意义更加合理,也使夹卷速度参数化方案与实际大气状况符合得更好.     

船体三维厚边界层理论计算

将描述船体粘性绕流的完整的Ｎａｖｉｅｒ－Ｓｔｏｋｅｓ方程简化为部分抛物线模式，辅以Ｃｏｌｅｓ速度剖面和Ｈｅａｄ渗入方程，应用流线坐标系中的积分－差分算法，求解绕船体三维边界层的流动参数。对于船模ＳＳＰＡ ７２０的考核计算表明，自船首９０％的船长范围内，有关边界层参数的计算结果同相应测试值符合得令人满意。本文为船体粘压阻力与近尾流场计算提供了一个有效的数值方法。     

Visualization of coherent structures in a supersonic flat-plate boundary layer

Flow in a flat-plate zero-pressure-gradient boundary layer at Mach 3 was visualized via nanoparticle-based planar laser scattering (NPLS). Coherent structures such as an individual hairpin vortex and hairpin packet were identified in the streamwise-wall-normal plane on the basis of the now accepted hairpin model. Λ-shaped vortices were found in a staggered pattern in the stream-wise-spanwise plane, which indicated H-type transition in the present experiments. This is the direct evidence (in the form of flow...     

湍流边界层中单颗粒的运动方程

由任意流场中颗粒的运动规律出发,详细分析了颗粒在边界层内的受力,并结合边界层内特有的流动规律,推导出了湍流边界层中单颗粒的运动模型.其数值计算的结果与实测值进行比较,结果吻合的很好.     

气固两相流能耗特性的试验研究

为了研究柱塞式气力输送气固两相流的能耗特性,对实际的工业气力输送系统进行1:1实验台改造,首先,确定影响能耗的几个关键因素为主进气阀流量、补气阀流量、助吹阀的流量及气源压力;然后,根据工程经验设计孔板大小范围,利用正交实验确立定量、定长和定物料的气力输送能耗的实验方法,分析了各因素对能耗影响的主次及各个因素下的最优解;最后,对实验结果进行了实际生产验证,得出了1 m3仓泵输送平均粒径为23 μm,松散堆积密度为800 kg/m3的粉煤灰,输送距离为315 m气力能耗的最小值为1263.58 kN·m,最佳气源压力为0.35 Mpa,进气流量孔板为DN15,补气流量孔板为DN5.助吹流量孔板为DN10.研究结果对柱塞式气力输送系统的工程设计、运行和理论研究提供重要依据.     

高速轿车二维风沙流边界层方程的解

对于高速轿车风沙流边界层动量积分,在确定的边界条件的控制下,采用四次多项式结构来近似边界层内的速度分布,获得含有固相对边界层扰动因素的形状因子。通过对动量积分的相关变换和对因子函数的讨论及其对曲线的分析,在引用了边界层厚度系数的条件下,得到风沙流边界层方程的解的表达式并给出其边界层计算的有限次逼近算法。通过对边界层方程的解的分析,确定了解的存在性和唯一性。     

边界层控制方程的研究

对Prandtl边界层方程进行了分析，探讨了它的不足之处，提出了ap/ay=μa^2v/ay^2的新假设，并对过渡区方程进行了假设，同时提出了适合绕平板流动及传热全过程的控制方程，文中采用数值分析方法，用控制方程对烧光滑平板流动及传热加以研究，计算结果表明，本文的控制方程解相对于Prandtl边界层方程，与实验更为接近，从而验证了西文假设的合理性。