【摘 要】
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首先利用最小槽道湍流的直接数值模拟,再现了流向涡产生条带,条带失稳产生流向的准周期过程.利用DMD方法对这种准周期过程进行了分析,得到了反映特征结构发展的频率和增长率的特征谱.通过对最不稳定模态和最占优模态的分析进一步揭示了湍流发展的相关物理机制,最不稳定的模态所对应的流动结构为离壁面较远的小尺度结构,由较强的涡结构产生;而流场中最占优的模态为近壁面的较大尺度的向流向倾斜的剪切层结构,并且发现利用
【机 构】
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清华大学航天航空学院工程力学系,北京100084
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首先利用最小槽道湍流的直接数值模拟,再现了流向涡产生条带,条带失稳产生流向的准周期过程.利用DMD方法对这种准周期过程进行了分析,得到了反映特征结构发展的频率和增长率的特征谱.通过对最不稳定模态和最占优模态的分析进一步揭示了湍流发展的相关物理机制,最不稳定的模态所对应的流动结构为离壁面较远的小尺度结构,由较强的涡结构产生;而流场中最占优的模态为近壁面的较大尺度的向流向倾斜的剪切层结构,并且发现利用这些最占优模态可以对流场做较好的低阶近似.
其他文献
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.
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