湍流的压缩性效应及其数值模拟

综述了可压缩流体中湍流流动的研究现状,重点针对快速大变形情况下湍流的特性进行论述。讨论了可压缩湍流扰动的三种模态和能量的转换与平衡关系,对快速畸变理论和可压缩湍流的数值模拟方法作了简要介绍。     

牛顿流体在圆管内湍流流动剪切率的近似计算

根据剪切率的定义导出了描述湍流流动剪切率与时均流剪切率和脉动流剪切率关系的基本方程,该关系式与流体的流变性类型无关,适用于牛顿流体和非牛顿流体.根据不可压缩牛顿流体湍流剪切率与能量耗散率的关系和湍流能量耗散率的近似算法,得出了不可压缩牛顿流体在圆管内湍流流动剪切率及脉动流剪切率的实用算式,计算所得湍流剪切率及脉动流剪切率的分布特征与已知实验规律相符.     

牛顿流体在圆管内湍流流动剪切率的近似计算

根据剪切率的定义导出了描述湍流流动剪切率与时均流剪切率和脉动流剪切率关系的基本方程 ,该关系式与流体的流变性类型无关 ,适用于牛顿流体和非牛顿流体。根据不可压缩牛顿流体湍流剪切率与能量耗散率的关系和湍流能量耗散率的近似算法 ,得出了不可压缩牛顿流体在圆管内湍流流动剪切率及脉动流剪切率的实用算式 ,计算所得湍流剪切率及脉动流剪切率的分布特征与已知实验规律相符。     

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．     

高精度气体动理学格式与湍流模拟

本文介绍了多维高阶精度气体动理学格式的构造原理及其在可压缩湍流直接数值模拟中的初步应用.通过对初始分布函数和平衡态分布的多维高阶展开,利用BGK方程的通解可以得到单元界面上随时间演化的分布函数,从而建立具有真正多维特性的高阶精度气体动理学有限体积格式.应用建立的格式对可压缩各向同性衰减湍流和槽道湍流进行了数值模拟,得到的流场结果与已有研究相吻合.研究表明,相比于已有二阶气体动理学方法,高阶动理学格式具有更高的求解精度.     

非线性湍流模型可压缩性修正研究

以非线性的二阶SZL和三阶CLS湍流模型为基础,对低雷诺数k-ε模型引入膨胀可压缩性和激波不稳定性修正来模化可压缩效应,发展了可压缩性修正的非线性SZL和CLS湍流模型.膨胀可压缩性修正采用广泛使用的Sarkar修正模型,激波不稳定性修正通过抑制湍流动能产生项得到.应用修正的非线性模型数值研究了经典的二维轴对称凸轴结构的跨音速流动,将预测的壁面压力、激波产生位置、近壁面流速、雷诺切应力、分离区长度等与实验结果进行对比,结果表明两种修正的非线性模型都有明显改进.预测的分离区位置、大小以及之后的再附着位置均有较大的改进,与实验符合较好.     

沿岸海域三维斜压场的数值模拟：Ⅱ.渤海湍流能量数值计算

研究建立渤海海域三维斜压场的流能量模型。对计算网格无法分辩的湍流运动，引入湍流能量得垂向动量、质量及能量交换系统，从而形成封闭的湍流运动方程组。     

非柯尔莫哥洛夫湍流大气信道中的高斯脉冲型量子光束偏振度

利用湍流系综平均量子偏振度模型,研究了斜程非柯尔莫哥洛夫信道中传播的高斯脉冲量子光束的量子偏振度起伏,并且得到了线性偏振量子光束偏振度的解析方程。由数值研究得出,地面湍流强度越弱和单脉冲光子数越高,传输量子场的偏振度受大气湍流的扰动就越小;脉冲持续时间较长的高斯脉冲光束的偏振度的空间均匀性较小,且受湍流干扰较大;非柯尔莫哥洛夫谱幂律参数越大,量子场偏振度受干扰越小。     

计算三维可压缩湍流边界层大横向流的一个积分反方法

本文研究三维可压缩湍流边界层在比较大的横向流下的反方法计算。将改进的Mager剖面推广到可压缩情形。在极限流线角直到45度的大横向流情况下得到与实验符合的结果,显示出本方法好的应用前景。     

磁螺度以及在太阳物理上的应用

磁螺度应用到天体物理尤其是太阳物理上,从而变为一个热门的领域.螺度用以描述磁场的复杂结构,例如磁场的扭曲、缠绕、连结、编辫,作为一个物理量,与能量不同,在完全理想的磁流体力学(MHD)中,它是一个守恒量.在磁重联过程中,螺度近似守恒,应用到太阳大气上,可以计算磁螺度的传输.最近的观测发现在太阳上螺度存在南北半球的不对称性,北半球主要为负螺度,南半球正螺度占优势;阐述了在太阳大气不同层次这种不对称性的表现形式,并介绍了对这种规律的有代表性的解释;介绍了国际国内螺度研究的最新进展,指出了有待于解决的一些关键问题.     

文丘里管反应器空化泡的动力学特性

应用四阶Runge-Kutta法,对空泡径向非线性方程进行数值模拟,分析了文丘里管反应器内空泡的成长与溃灭特性以及湍流作用、空化泡初始半径、入口压力对空化泡运动特性与形成压力脉冲的影响规律.结果表明:在湍流作用下,气泡崩溃时压力脉冲远大于非湍流的效果,初始半径越小,压力脉冲越大,入口压力变化对压力脉冲影响有一最佳值.     

混沌动力学和湍流的统计理论

湍流是一个非线性复杂大系统,精细地研究其奇异吸引子的几何结构和动力学行为是不可能和不必要的,必须进行统计研究。湍流具有结构这一发现并不否定统计研究的必要性和合理性。混沌动力学为在更高层次上发展湍流统计理论奠定了基础。     

Multiscales and cascading in isotropic turbulence

The explicit mapping method is used to analyze the nonlinear dynamical behavior for cascade in isotropic turbulence. This deductive scale analysis is shown to provide the first visual evidence of the celebrated Richardson-Kolmogorv cascade, and reveals in particular its multiscale character based on the statistical solutions of Navier-Stokes equations. The results also indicate that the energy cascading process has remarkable similarities with the deterministic construction rules of the logistic map. Cascade of period-doubling bifurcations have been seen in this isotropic turbulent system that exhibit chaotic behavior. The "cascade" appears as an infinite sequence of period-doubling bifurcations.     

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。     

号称经典物理留下的世纪难题“湍流问题”的实质是什么？

一直以来,湍流都被认为是经典物理留下的世纪难题,因而也被认为是一个重大的基础科学问题.本文简单回顾湍流研究历史,分析了均匀各向同性湍流的研究和真实湍流的研究间为何存在鸿沟.为何前者不能解决真实湍流问题,而后者则是今后应重点开展的湍流基础研究,和如何逐步解决真实的湍流问题.在结论中提出了今后湍流研究中值得注意的几个方面.     

等离子体非线性手性:有螺统计及可积结构

在等离子体湍流,如太阳风中产生的螺旋现象和谐振现象具有典型的非线性行为特征.等离子湍流在不同条件下可以有不同的动力学特征,容许存在各种非线性结构.本文主要讨论了等离子湍流中由单手性主导的湍动涡模态和(近)可积结构(如呼吸子):前者可以通过扩展磁流体统计模型的某种统计解来说明;而对于等离子湍流中是否存在可积结构,本文通过对水波、等离子体和玻色-爱因斯坦凝聚的类比分析来加以推断.本文以呼吸子可能有贡献为例说明,将采样频谱中有限频率部分视为线性波的分析不一定准确.     

Multiscale coupling:challenges and opportunities

Multiscale coupling is ubiquitous in nature and attracts broad interests of scientists from mathematicians, physicists, machinists, chemists to biologists. However, much less attention has been paid to its intrinsic implication. In this paper, multiscale coupling is introduced by studying two typical examples in classic mechanics: fluid turbulence and solid failure. The nature of multiscale coupling in the two examples lies in their physical diversities and strong coupling over wide-range scales. The theories of dynamical system and statistical mechanics provide fundamental methods for the multiscale coupling problems. The diverse multiscale couplings call for unified approaches and might expedite new concepts, theories and disciplines.     

对《号称经典物理留下的世纪难题“湍流问题”的实质是什么？》一文的讨论

湍流问题的研究长期以来一直是科技工作者非常关心的一个难题．一百多年来一直没有一个普遍认同的共识．每隔若干年就会引起人们的争论．当然，每次争论都会促使人们去进一步思考，湍流问题的研究进展如何？下一步的研究应该如何进行等等．为此，我们谈谈自己的一些看法，仅供大家参考．     

一个含地形的二阶矩湍流闭合的大气中尺度数值模式

建立了一个包含地形作用的二阶矩湍流闭合的二维大气中尺度数值模式，该模式不仅具有描述大气边界层及其内湍流结构的能力，而且还能很好地模拟非线性地形波、波破碎观象以及波破碎区内的湍流结构．     

城市地区近地强风特性实测研究

对北京气象塔47 m高度处超声风速仪测得的强风样本进行了分析.结果表明:近地强风的湍流度和阵风因子较大,顺风向湍流度实测值大都在0.3以上,3个方向的湍流度有随着风速增大而减小的趋势.实测湍流积分尺度之比与Solari和Piccardo总结的经验公式有一定差别,顺风向湍流积分尺度与日本结构工程规范给定的结果相符.实测得到湍流功率谱密度与冯·卡门经验谱基本吻合,说明冯·卡门谱能够较好地描述北京城市地区近地强风的脉动风速谱特性.