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。     

逆转捩过程中混沌特征的实验研究

利用逆转捩过程中的瞬时速度时间序列计算了逆转捩过程中反映系统无序运动程度的非线性动力学参数,即相关维数、最大Lyapunov指数和关联熵。计算结果表明,在逆转捩过程中存在混沌现象;逆转捩过程与转捩过程相反,流动形态经历了湍流－混沌－层流的演化过程。     

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。     

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.     

非等温边界层中相间相互作用实验研究

应用三维粒子动态分析仪(PDA),测量了水平流动非等温边界层中气固两相间相互作用的特性.结果表明,颗粒使气流温度边界层变薄,强化了壁面与气流间的传热;颗粒质量流率对相间作用有较大影响,随颗粒流率的增加,颗粒对气流平均速度和湍流的影响增大.颗粒和气流相互作用在不同方向上呈各向异性;颗粒对气流垂直方向的脉动影响较大;颗粒改变了气流雷诺应力在壁面附近的分布,对湍流的拟序结构产生了较大的影响.     

水轮机通流部件表面磨损波纹与湍流边界层中的不稳定波

应用小扰动理论对近壁湍流粘性子层中的流动进行了稳定性分析，通过讨论其与湍流核心区相干结构的关系，提出一个简化的湍流相干结构模式即小扰动作用下近似连续分布的Ｋｅｌｖｉｎ－Ｈｅｌｍｈｏｌｔｚ涡层的不稳定波状运动结构；运用此模式简要分析了稀疏颗粒在湍流边界层中的运动。结果表明，相干结构对颗粒的运动及磨损波纹的形成起了支配性的作用。     

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。     

平板边界层湍流的数值分析

对于不可压缩平板边界层的时间模式的直接数值模拟(DNS)而言,在转捩后继续计算,就可以得到湍流直接数值模拟结果.分析计算结果发现,当湍流充分发展后,其平均流剖面、各种量的脉动均方根值和雷诺应力等沿平板法向的分布都具有相似性.不过,从转捩完成至湍流充分发展之间有一过渡过程,其间上述相似性不成立.这一结果为简化但又较准确地计算工程技术问题中的湍流提供了一种可能性.此外,还分析了其他一些湍流特征,如形状因子和位移排移厚度随时间的演化规律.为了观察到相干结构,须将展向的计算域缩小一半,以增加分辨率,研究结果表明,湍流边界层近壁区存在相干结构,其主要表现是准流向涡或涡对.     

稳定温度分层流的数值模拟与实验研究

温度分层流是一种常见的自然现象,准确模拟海洋环境中的稳定温度分层流动具有重要的理论和实际应用价值。建立了描述温度分层流运动的质量、动量和能量守恒方程,采用改进型的k-ε湍流模型模拟分层流运动的流动与传热强耦合过程。运用有限体积法,使用滑移壁面、给定壁面温度函数与来流温度函数相结合的方法,对现有温度分层模拟方法进行了改进,实现了垂直方向上任意温度曲线的分层流温度场的稳定数值模拟。采用辐射加热灯加热水槽流体表面,形成了流体的温度分层。通过与分层流水槽模型试验的对比,证明了该方法的可行性与准确性。     

溢流反弧段紊流过渡区的边界层特性

利用高速水力学国家重．或实验室的激光测速仪对三种不同粗糙度、两种反弧半径的溢流反弧段的水流流速进行了测量，对边界居特性进行了分析研究。试验分析表明，水流流态、壁面粗糙度和壁面曲率对边界居特性有明显的影响。     

微气泡降阻研究进展

该文介绍了微气泡降阻机理、研究方法和重要结论,理论分析提出微气泡降阻机理在于其引起湍流边界层结构的变化;实验证明了微气泡对湍流边界层的降阻作用以及气泡尺度、主流速度等对降阻作用的影响;数值方法利用适当的流场模型、湍流模型和差分格式,模拟边界层和气泡数等对降阻的影响,这些研究得到了较为了一致的结论,为未来微气泡降阻的工程应用研究奠定基础。     

圆柱面上微小后向台阶紊流绕流场的数值分析

利用分块联合求解的思维,在贴体正交曲线网格上,用ｋ－∈双方程模型和简化的ＳＯＬＡ方法对圆柱面上微小后向台阶的紊流绕流场进行了数值研究,探讨了台阶几何高度、安装位置、绕流雷诺数对流场的影响及圆柱上微上后向台阶扰流减阻的物理机制。     

离心式压缩机无叶扩压器内三元紊流附面层的计算

提出了一种计算无叶扩压器两壁面上不可压缩三元紊流附面层的方法。分析中假设径向速度剖面为二阶梯形,且附面层内的速度分布采用能明显表示主流流线偏转角影响的Johns ton的三角形模型。将附面层的动量积分方程与主流的关系式联立起来求解。计算出的无叶扩压器的气动特性与作者的试验结果吻合良好。     

Gao-Yong湍流模型对边界层转捩的适用性研究

准确预测边界层转捩对深入理解湍流边界层发展和飞行器翼型优化工业应用等具有重要意义。为提升Gao-Yong (G-Y)湍流模型对平板边界层发展及转捩特性预测的准确性与适用性,该文提出了采用G-Y漂移位矢Reynolds数(Re_T)表征当地湍流脉动强度的方法,建立实度系数(Cs)与Re_T间的函数关系,解决G-Y湍流模型中Cs取值间断、分布离散的问题。基于开源OpenFOAM软件开发了改进G-Y湍流模型的求解器,对经典平板边界层和转捩实验开展计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)数值模拟并验证。研究结果表明,相比k-ω等传统雷诺平均(Reynolds averaged Naviers-Stokes,RANS)模型,改进后的G-Y湍流模型不仅能准确模拟边界层流动特征,还能合理预测边界层发展过程及转捩位置,准确性较高。结果表明,经过改进的G-Y湍流模型可进一步用于对边界层转捩特性的研究。     

求解边界层计算离心风机叶道内的摩擦损失

提出一种计算离心通风机叶轮流道内不可压湍流边界层内摩擦损失的方法。该方法考虑了旋转、弯曲及二次流的影响,其特点是不采用卡门动量积分方程,而是将速度剖面直接代入运动微分方程进行积分,得到以壁面摩擦系数λ和横向相关系数ζ为未知量的方程组。以5-42型离心通风机叶轮为例,用该方法计算出的包括叶轮出口混合损失在内的叶轮总损失与实测值很接近。     

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.