【摘 要】
：
基于Reτ=1000的槽道湍流直接数值模拟的结果,对雷诺应力输运进行了分尺度分析.首先计算了流场平均量,大小尺度的脉动能量和脉动涡量等基本统计量,分析并验证了已有的一些结论.详细讨论了分尺度雷诺应力输运方程中的各项,给出了大小尺度各自的运动对于雷诺应力输运过程的贡献,结合瞬时流场相干结构的分析,研究了大小尺度相干结构的相互作用机理.
【机 构】
：
清华大学航天航空学院工程力学系,北京100084
论文部分内容阅读
基于Reτ=1000的槽道湍流直接数值模拟的结果,对雷诺应力输运进行了分尺度分析.首先计算了流场平均量,大小尺度的脉动能量和脉动涡量等基本统计量,分析并验证了已有的一些结论.详细讨论了分尺度雷诺应力输运方程中的各项,给出了大小尺度各自的运动对于雷诺应力输运过程的贡献,结合瞬时流场相干结构的分析,研究了大小尺度相干结构的相互作用机理.
其他文献
使用Hilbert-Huang变换方法研究二维湍流涡量场小尺度脉动行为.结果表明涡量场存在关于拟涡能形式的正级串与逆级串两个标度区间.在逆级串区间内,相应的标度指数和q呈线性关系,因而不具有间歇性;而在正级串区间内标度指数关于阶数呈非线性变化,因而具有间歇性.采用log-Poisson模型,对标度律函数进行拟合,得到了方程.
采用Hilbert-Huang变换方法对拉格朗日湍流中单个颗粒的速度展开多尺度分析.分析结果表明在频率区间内存在明确的惯性子区.在不使用扩展自相似律方法的前提下,直接从该惯性子区内提取到了标度律函数.相应的标度指数与Biferale等提出的多分形模型结果相一致.
采用大涡数值模拟方法对有板厚混合层进行模拟,研究了平板厚度h=0,5,10mm3种不同工况下,平板厚度对混合层发展的影响,重点分析了板后回流区产生的脱落涡以及压缩激波的影响,验证了平板对混合层的发展起主导作用.
以亚声速,低雷诺数的混合层为物理模型,通过直接数值模拟方法研究时间发展混合层近场动力学和部分远场噪声的演化,考察流动和噪声对初始扰动的敏感性.为了降低离散,人工截断边界等带来的数值误差淹没初始时刻的物理扰动,计算中采用了高分辨率的谱方法和DRP离散格式,以及无反射边界条件和海绵层技术;基本流为可压缩边界层方程的数值解,初始扰动为基本流对应的不稳定模态(失稳波).
采用含作用力项的D3Q19格子模型对槽道湍流进行了直接数值模拟,得到了雷诺数时充分发展剪切湍流的流场速度平均量和脉动量以及近壁区流场和涡量场的瞬时结构.通过与Navier-Stokes方程直接模拟结果的比较,验证了格子Boltzmann方法(LBM)对计算此类湍流问题的有效性,表明格子Boltzmann方法能够发挥大规模高效并行计算的优势,准确模拟如壁湍流等复杂流动现象,从而为工程中流动控制和减阻
基于PSE方程推导出了双站位特征值问题的方程,并且提出了一种新的范数约束条件以进行特征值的迭代求解.利用该种方法,可以将两相邻站位处的特征值同时解出.
探索壁湍流的普适对称性,基于的是描写流体微元守恒律的Navier-Stokes方程,和描写宏观系统整体有序性的Landau平均场方程.前者提供李群对称性分析的基础,推演出混合长函数所存在的多层结构拉伸不变解(备选).后者提供了湍流哈密顿量的一个表达,基于变分原理给出了序函数——混合长函数的分析解,并且展示出流场的分层对称破缺,刻画了湍流中心各向同性态向壁面剪切态的转变.
依据多个工况(来流马赫数和折角)的压缩拐角的直接数值模拟,在结构系综动力学思想的指导下开展了速度平均场定量理论的建构.为定量研究压缩拐角流动中的统计平均量和构建复杂流动的工程RANS模型奠定了基础.
采用直接数值模拟方法对壁面法向旋转槽道内黏弹性流体湍流特性进行研究.根据数值模拟结果,分析流动摩擦阻力系数相关项及雷诺应力输运方程,讨论旋转对黏弹性流体槽道湍流减阻效果及流体流动状态的影响.
在湍流模型研究方面,根据Roy和Celic等的研究结果,采用WCNS-E-5格式对综合性能表现较优的SA一方程模型和SST两方程模型进行了评估.还利用WCNS-E-5格式对文献中常见的可压缩修正方案进行了评估,考虑了密度梯度修正,压力膨胀修正和湍流马赫数修正等方法,初步了解这些可压缩性修正的影响特性.