修正的PANS模型在云状空化流动计算中的应用评价

将考虑空化流动密度变化的密度函数引入PANS模型,基于实验结果评价了这种修正的PANS模型在云状空化流动计算中的应用.分别采用不同的模型控制参数f_k值,计算了绕Clark-Y型水翼云状空化流动,获得了空穴形态的发展历程、升力系数曲线波动情况,并与实验结果进行了对比.结果表明,修正PANS模型继承了标准PANS模型的特点,即随着f_k值的减小,可以获得流场中越来越丰富的多相湍流流动细节,很好地预测绕翼型云状空化流动的非定常特性;修正PANS模型考虑了空化区域气液混合介质对湍流黏性的影响,可以更全面地描述反向射流作用下空穴的断裂及多尺度空泡团的脱落细节,所得翼型升力系数曲线的波动情况更接近于实验值.      

高超声速流动中双尺度湍流模式的应用

论文研究了双尺度湍流模式,并对其在壁面附的近长度尺度进行了修正,选择四个基准流动－超声速和高超声速二维压缩拐角,锥柱裙组合体绕流和斜激波／平板湍流边界层干扰－进行了数据计算,数值计算和实验结果的比较表明修正双尺度湍流模式对流动分离,摩阻和热流的计算具有更好的效果。     

搅拌槽内三维流动场的RNG k-ε数值模拟

RNG k-ε模型在耗散率方程中通过系数C*1引入描述流场畸变效应的附加源项后,在一定程度上会改善对旋转流、浮力流等较复杂湍流的预报能力.本文应用该模型对六直叶涡轮搅拌桨的三维流动场进行了数值模拟,并将计算结果与实验数据进行了比较.计算结果表明:RNG k-ε模型对桨叶附近速度场的预报较k-ε模型有一定程度改善,但对湍流动能的预报却要比k-ε模型差.若要进一步改进对桨叶附近流动场的预报,必须放弃基于各向同性假设的湍流模型,转而采用能够反映各向异性的模型或采用先进的计算方法.     

Zonal Embedded Grids for LES of Self-Sustaining Structures of Wall Turbulence

<正>Introduction With the development of computation fluid dynamic (CFD) and the need for complicated flow simulation, more and more research has been conducted using com-putational grids. For the multi-block structured grids of large eddy simulation (LES) or direct numerical simu-lation (DNS) frames, the local grid refinement method     

晴空湍流在强天气过程临近预报中的应用研究

为研究强对流天气发生前的先兆信息,利用多普勒天气雷达的径向风场与谱宽数据对大气的湍能耗散率进行了反演。通过对2009年6月3日南京一次强雷暴过程和2009年6月14日南京一次飑线过程的研究发现,天气过程发生前湍能耗散率随时间的变化,可以用来判断湍流运动的剧烈程度。强对流天气发生前往往会有晴空回波的出现;并且湍流运动较正常情况下剧烈。反演得到的边界层湍能耗散率可以用来识别较强的湍流运动。通过两次典型的强天气过程的对比分析还发现,湍流在降水过程发生前2~3 h,会有趋势变化的拐点出现;并且是一个持续的加强阶段。当趋势特征出现后,且湍能耗散率最大量级达到3 000 cm2·s-3以上时,可认为即将有强对流的天气过程出现。根据湍能耗散率的变化可以获得强对流天气出现的先兆信息,这对提高强对流天气的预报水平具有重要意义。     

可压缩湍流封闭模型初探：湍流动能K方程

为解决可压缩流的湍流运动方程组封闭问题，对瞬时值的Ｎａｖｉｅｒ—Ｓｔｏｋｅｓ运动方程进行质量加权平均处理，根据湍流封闭理论对各脉动量关联项进行模化，得到可压缩流动的湍流动能Ｋ方程，完成了建立一个适用于三维可压缩流的湍流封闭模型的第一步工作．     

Cavitation flow simulation for a centrifugal pump at a low flow rate

A computational model on the basis of the combination of the full cavitation model and the modified re-normalization group (RNG) k-ε turbulence model are used to simulate the cavitating flow in a centrifugal pump at a low flow rate. A filter function is introduced for the RNG k-ε turbulence model in order to consider the compressibility in the cavitating flow. The calculated values of the net positive suction head available (H NPSHa ) agree well with the experimental measurements. The cavities in the impeller are obtained and their evolvement with H NPSHa are revealed.     

20mm玻璃球床多孔介质流态演变的研究

通过粒子成像测速(particte image velocimetry,PIV)系统作出了Rep在4.7~326.8的流态特征图,并且针对Rep=128.4同一涡旋进行了追踪观察。使用了Tecplot软件进行了分析,得出了湍流可能始于海螺状漩涡,海螺涡旋在Rep=128.4左右出现;并且同一涡旋的形成与消散可假设视为一个周期过程。     

三角翼的可压缩外部绕流流场数值模拟

据Spalart-Allmaras模型建立了三角翼的可压缩外部绕流流动的数学模型,并考虑了近壁面流动的处理方法。利用Fluent软件模拟某三角翼周围的二维湍流流场,用空气绕流阻力、升力和力矩系数来监测解的收敛性,得到三角翼周围的速度矢量图、壁面切应力图及边界层分离点范围,显示了边界层及尾迹区的复杂流动。结果表明,数值模拟方法能真实反映边界层及尾迹区的复杂流动,为解决边界层分离问题和机翼设计提供理论依据。     

紊流消能与泥沙制紊分析

在一次洪水过程中,各时点含沙量随水流紊动及摩阻比降而正变,紊流消能规律占主导;而对于一个洪水过程整体,间歇性的泥沙与水流的滑脱影响积累起来,显示出泥沙制紊作用。在河流多次洪水记录中,取洪水期平均流量大致相等的几次洪水相比较,可看出泥沙制紊作用并与试验室水槽多次稳定流实验结果一致：洪水期平均含沙量较大的洪水,其加权平均流速较大,而加权平均摩阻比降较小。反之亦然。文中用大量实际资料对紊流消能和泥沙制紊进行了论证。     

利用光学测速技术PIV及LDV研究流场积分尺度的方法

近几十年来,随着激光诊断技术的飞速发展,使得对湍流燃烧中湍流特性的直接测量成为可能。对湍流流场积分尺度的精确测量可以获得对流场湍流特性的准确认识,这不仅是湍流自身研究的重要组成,同时对湍流燃烧研究具有重要的指导意义,对深刻理解湍流与燃烧两者之间相互耦合作用具有重要的学术意义。本文提出了两种利用光学测速技术＿激光粒子图像测速技术(PIV)和激光多普勒技术LDV对湍流积分尺度进行试验研究的方法,阐述了湍流积分尺度的测量原理。     

四种常用湍流模型在二维后向台阶流数值模拟上的性能比较

利用Fluent软件的四种常用湍流模型（k-ε湍流模型、RNGk-ε湍流模型、Realizablek-ε湍流模型、以及k-ω湍流模型）对雷诺数（Re）处于200到6500之间的二维后向台阶流的性能进行比较分析。得到了各种模型下具有不同雷诺数的瞬时平均流场和时均流场的分布特征,得到了回流区长度和涡心位置与Re的关系,并与齐鄂荣等人所作的实验结果进行了对比分析。     

大气边界层湍流积分尺度的分析方法

分析了大气边界层风洞中模拟湍流和实测大气湍流的积分尺度，通过风洞中的模拟湍积分尺度分析，检验了Taylor假设的合理性，并比较了五种常用方法的计算结果，确定出合适的分析方法；利用自相关函数直接积分和自拟合模型（AR模型）的方法分析了实际大气湍流的积分尺度，结果证明自相关函数直接积分的方法最为简便合理。     

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。     

面向光滑粒子流体动力学(SPH)流体的湍流细节模拟

研究基于光滑粒子流体动力学（smoothed particle hydrodynamics,SPH）方法的恢复涡流和湍流细节的方法,缓解因采用人工黏度而产生的数值耗散.根据由黏性力引起的动能损失率对离散点的涡度进行修正.通过流函数将涡度变化恢复到速度场,避免求解Biot-Savart积分这一耗时过程.该方法基于旋度计算,不仅可以增强现有的涡流,还可在潜在位置产生新的湍流,并且其易于集成到现有SPH方法中.实验证明,该方法可以逼真地模拟湍流细节,并实现不同强度水平的增强效果.      

紊流脉动对生物反应器运行影响的数值模拟

为研究紊流脉动对生物反应器运行的影响,针对时均速度为零的振动格栅反应器,构建气-液两相流模型并对其进行验证。借助Fluent软件对反应器中气和水的流动进行数值模拟,得出10种工况下紊流脉动强度与气含率、氧转移系数和雷诺应力的关系。结合实验测得的生物膜理化数据,分析紊流脉动强度对生物膜生长的影响。结果表明,增大紊流脉动可有效提高反应器内的气含率和氧转移系数,促进气液两相进行高效传质。对于本研究所用振动格栅生物反应器,当紊流强度q<2.7 cm/s时,生物膜厚度和密度随着紊流强度的增加而增加。当q>2.7 cm/s时,雷诺应力的作用显著,生物膜逐渐变薄变密。紊流强度q=3.4~4.8 cm/s时,生物膜生长和污染物去除效果最佳。     

部分相干平顶光束通过大气湍流的传输特性

基于广义惠更斯菲涅尔理论和矩阵光学方法研究部分相干平顶光束在大气湍流中的传输特性.得到部分相干平顶光束交叉谱密度函数的矩阵解析表达式,通过分析交叉谱密度强度和相干度的变化得到部分相干平顶光对湍流的敏感性与距离传输、阶数的关系,可以看到低阶及远距离传输后的光束敏感性较低,而光束的光源阶数、自身相干特性和传输距离对其相干度的变化影响由于湍流的存在而变小.     

海洋大气环境下运动平台上湍流通量和光学湍流测量问题探析

给出了船体上开展湍流通量和光学湍流测量的几种方法,即用惯性耗散法估算湍流通量,用超声风速计测量光学湍流强度,用常规气象参数估算湍流强度.并给出了初步实验结果.     

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.     

高超声速钝头体表面热流的数值模拟

高超声速飞行器表面热流的精确预测对于飞行器的安全至关重要。传统的模拟方法在预测热流中主要包括两个难点,一是传统的计算格式数值粘性太大;二是熵修正函数的引进限制了热流分辨率。为了解决上述两个问题,通过设计一可调参数,引进了可调数值粘性格式。为了使该格式适用于高超声速流动模拟,通过反扩散方法,将格式一致提升至二阶精度,并引进了与之相适应的熵修正函数。对三维球头和钝锥绕流进行了数值实验,结果表明,相对于传统格式,修正后的可调数值粘性格式可以显著降低热流计算对网格的依赖性,提高计算精度。