一种改进的旋转湍流亚格子尺度模型及其应用

基于数学物理分析, 发展了一种新型的满足旋转湍流建模规则(即模型的渐近物性坐标不变性条件)的动力学亚格子尺度应力模型, 并针对展向旋转槽道湍流问题, 计算验证了该模型的正确性. 文中采用大涡模拟方法和该动力学亚格子尺度模型, 进一步研究了展向旋转槽道湍流的统计量和大涡Reynolds应力输运方程主要项的变化特性, 分析了旋转槽道近壁区的湍流拟序结构.     

湍流场中涡线单元的结构分析

与描述湍流速度场的流线管单元[Wang L. On properties of fluid turbulence along streamlines. J Fluid Mech,2010, 648:183–203]的思想类似,为了描述湍流涡矢量场的结构,我们提出了一种新的结构分析方法,即涡线单元,可以用单元尺度和极值点涡量差值来表征.涡线单元与常用的涡管结构的不同可以概括为:涡线单元结构可以定量描述,并且是全空间填充的.在理论上这两个条件是保证我们可以将涡线单元的结构分析与全流场统计规律联系起来的必要前提,帮助理解和重构湍流涡量场.根据直接数值模拟数据,我们研究了涡线单元的统计与结构特性,包括尺度与手性等.根据涡线单元结构可以定量表征精细的条件统计,例如发现涡相关的动力学参数(例如拟涡能耗散率和涡拉伸率)强烈依赖于基于涡线单元结构的条件统计.这样一种结构分析方法为深入研究湍流场提供了新的手段.     

壁湍流相干结构猝发过程中雷诺应力的相位平均波形

用IFA300恒温热线风速仪和×形二分量热线探针精细测量了风洞中平板湍流边界层不同法向位置的瞬时流向、法向速度分量的时间序列信号. 用子波变换对瞬时流向、法向速度分量进行多尺度分解. 用子波分析辨识壁湍流相干结构猝发事件的能量最大准则检测壁湍流相干结构猝发事件的上抛和下扫运动; 研究了相干结构猝发过程中流向、法向速度分量及雷诺应力的条件相位平均波形的相位关系; 研究了相干结构猝发的动力学过程及其对壁湍流统计性质的影响.     

关于湍流统计模式局限性的讨论

湍流是极为普遍的流动现象,湍流统计模式是目前预测复杂湍流的唯一工具.本文讨论了Navier Stokes方程与湍流的关系,分析了湍流统计模式的局限性,认为一个好的湍流统计模式应当包含尽可能多的湍流脉动结构信息.     

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.     

周培源——立德树人 孜孜不倦

<正>周培源对湍流理论的研究有两大贡献。一是他在20世纪40年代初期首次提出湍流统计理论需要考虑脉动速度方程。他在1945年发表的“关于速度关联和湍流脉动方程的解”是现代湍流模式理论的基础。周培源早期的工作早在20世纪50年代就已被人公开引用,而真正引起湍流界的重视则是在1968年斯坦福会议上。这次会议被认为是湍流研究的一个转折点。二是他在20世纪50年代初期首次提出“先求解后平均”的湍流动力学途径的想法。     

基于小波及Hilbert-Huang变换提取壁湍流相干结构

为了研究壁湍流中的相干结构,在直流抽吸式低（变）湍流度风洞的实验段中,应用恒温热线风速仪IFA-300精确测量平板湍流边界层不同法向位置的流向速度信号.分析壁湍流脉动速度的概率密度分布,并与高斯分布比较,验证了壁湍流中相干结构引起的猝发现象的统计规律.提出了一种利用小波变换和Hilbert-Huang（HHT）变换相结合来提取相干结构的方法.对壁湍流脉动速度进行HHT变换,通过变换后各模态的能量分析,分离出主要含能模态对应的相干结构.利用小波重构法继续提取未分离的小尺度相干结构.对剩余湍流信号进行概率统计,并比较提取的全部相干结构与原始湍流信号的波形和HHT边际谱,验证了湍流信号既包含非随机的相干结构信号也包含随机的非相干信号.     

竖直槽道中泡状湍流的数值模拟研究

利用直接数值模拟技术计算研究了泡状槽道湍流问题,着重研究了当重力方向和流动方向反向(逆流方向)和同向(顺流方向)时气泡运动和湍流脉动的相互作用.比较了泡状槽道湍流和纯剪切槽道湍流的流场统计特性,分析了气泡在流场中的分布规律,讨论了气泡在湍流流场中的脉动运动特性及其对湍流近壁结构的影响.计算结果表明,逆流泡状槽道湍流中,气泡增强流体运动,湍流的统计特性增强;而在顺流情况下,气泡对流体运动的作用相反.     

湍流问题:如何看待“均匀各向同性湍流”?

在湍流的统计理论中,大气中的晴空湍流,风洞中格栅后面核心工作区的流动状态,都可以看作是均匀各向同性湍流,Kolmogorov的研究指出,能谱函数的惯性副区与均匀各向同性湍流相对应,标度律具有普适性,由此得出能量级串的著名的(?5/3)幂率.但是,在实验中观测到间歇性和拟序结构的情况下,应当对能量级串模型及其相应的各标度律进行比较研究,重点是探讨和研究它们的统计方法的物理机制.由于N-S方程中存在非线性项,特别是不封闭问题,使得理论研究和数值实验的结果具有多样性和复杂性,对此还没有任何有效的数学处理方法.本文以大气湍流为中心议题,论述了与此相关的几个主要问题,即:何为湍流难题,湍流理论与边界层理论,湍流难题的本质,大气湍流,湍流的定义问题,特别论述了3类不同的标度律,并展望了湍流研究的前景.     

湍流的统计动力学

本书全面论述湍流的耗散过程、控制能量扩展的机理和从大尺度到小尺度的湍流输运，并提出了两点校正技术方法。此方法对湍流能给出一些解，是一个很有前景的数学工具。全书分为5章和2个附录。第1章湍流的统计动力学的一些历史回顾；第2章矩的动力学工程，叙述湍流分解、平均流方程、湍流应力方程、高阶矩方程、湍流的涡粘性系数和湍流的各向异性不变量映射等基本概念；第3：章湍流耗散率的动力学。介绍两点校正技术及相关公式；第4章速度-压力梯度的校正，介绍两点校正技术的应用；     

分数维空间中湍流的功率谱分析

根据湍流在统计上的自相似性，推导了分数维空间中湍流功率谱的表达式，探讨了湍流随机性与规则性之间的联系．在此基础上研究了通过分形维数求取湍流功率谱的新方法，并对2英寸水流道中的湍流进行了能谱分析，与已有实验结果的比较证明了该法的可行性和优越性．     

不同下垫面表面层的湍流度统计特征

经出了中性条件下六种不同地形的表面层湍流度的实测统计值。分析表明湍流度和地形特征和地形特征有紧密关系，表现出一定的规律性。说明有可能建立地形特征参数和统计平均湍流参数之间的经验或半经验关系。其中热力性能均匀的平均平坦地形的实测参数可作为类似地区的湍流度的估计值，也可作为对实测资料可靠性的参考判据。海湾地区湍流特征和风向有关，向岸的湍流度和稳定度（陆地气象资料分类）关系不很显著，应和离岸流分开分析。     

周培源湍流统计理论的新发展

将周培源教授于50年代提出的轴对称旋涡结构的湍流统计理论进一步推广到非轴对称旋涡结构的情况,并用周培源-萨夫曼平均方法和张量分析给出了计算方向平均的一般公式,从而大大减少了各种关联函数计算的工作量。     

二维各向同性湍流的Sedov型解及其应用

二维各向同性湍流能量逆级串现象是湍流理论中具挑战性的问题之一,基于二维不可压缩Navier-Stokes方程的统计解,对此问题进行了讨论.研究表明,新的Sedov型解精确解对于二维各向同性湍流能量逆级串现象的刻画与数值模拟和实验结果有较好的一致性.     

Scalar turbulence

The advection of a passive substance by a turbulent flow is important in many natural and engineering settings. The concentration of such a substance can exhibit complex dynamic behaviour that shows many phenomenological parallels with the behaviour of the turbulent velocity field. Yet the statistical properties of this so-called 'passive scalar' turbulence are decoupled from those of the underlying velocity field. Passive scalar turbulence has recently yielded to mathematical analysis, and such progress may ultimately lead to a better understanding of the still intractable problem of fluid turbulence itself.     

风的湍流特性两种分析方法的比较及其应用

风的湍流特性实测研究中常用两种分析方法：矢量法是水平风速风向由二维风速矢量表示，即自然风为纵向分量和横向分量的矢量和；标量法是水平风速用绝对风速和风向两个标量表示．由于对水平分量的定义差别，两种方法对应的湍流脉动特性分析结果（如平均风速、阵风因子、湍流度、功率谱密度和湍流积分长度等）不一致，将两种方法用于分析广东、上海、福建和江苏等地实测的四组脉动风速数据，结果证明不同的分析方法给统计结果带来差异，差异的大小随着风的脉动强度增大而增大．     

拟Lorenz方程在周期扰动下的奇怪吸引子

通过数值模拟研究一类拟Lorenz周期扰动方程,得到3类同宿缠结吸引子：周期汇、似H~non吸引子和秩一吸引子．其中周期汇表示扰动方程出现吸引的周期轨,而似H6non吸引子和秩一吸引子表示扰动方程出现SRB测度意义下的混沌现象．进一步,当扰动参数趋于零时,这3类吸引子重复出现,呈现一定的周期性．所得结果是二维同宿缠结理论在三维空间中的应用和推广．     

关于湍流多尺度统计理论方法的论证

用黑河化音测站的实测风、温脉动资料对一种湍流多尺度统计理论方法进行了分析验证,并应用此方法通过对相关系数、湍流时间尺度、湍谱和扩散参数等湍流特征量的研究,分析了黑河戈壁地区的湍流微结构和扩散特征.结果表明:多尺度分析方法正适合研究具有多尺度特征的大气湍流现象,可以比传统方法提供更多的有关湍流属性的信息,能够更直观地表现出不同尺度湍涡对扩散作用的大小,是发展湍流统计理论的一种有效工具     

构造广义Rssler奇怪吸引子的一种新方法

阐述了计算微分方程组最大Lyapunov指数的技术·利用Lyapunov指数作判据,通过坐标变换,构造了一种新的具有旋转对称性的广义Rssler奇怪吸引子,分析了奇怪吸引子的运动特征并计算了奇怪吸引子的关联维数·研究表明:广义Rssler奇怪吸引子是在相空的一个有限区域内,由无穷多个不稳定点集组成的一个集合体,它的几何结构呈现一定程度的自相似性,这是由于它是由广义Rssler方程的反复迭代所引起的“遗传”效应所造成的