确定湍流的涡输运系数的新方法

本文发展了一种从基本运动方程确定湍流的涡粘度、涡扩散率和湍流Prandtl数的理论方法,区别于唯象方法,不需要借助经验参数;应用于均匀湍流,得到与实验结果一致的湍流Prandtl数;并且能计算Boussinesq模型的误差,评估各种方法的优劣.     

模型燃烧室冷态流场的数值研究

本文采用α-ε湍流模型对模型燃烧室内湍流冷态流场进行了数值分析.采用混合差分格式和SNIP方法进行数值求解.得到了燃烧室内回流区再附长度及速度分布的数值解.计算结果与有关文献的实验数据吻合较好.本文的工作可以作为建立突扩型燃烧室计算模型的基础.     

线性密度分层流体中垂向湍流扩散的势能模型

本文研究在线性密度分层流体系统中垂向密度界面的无平均剪切湍流扩散规律,从分析湍流动能方程出发,提出一种湍流扩散的势能模型,得到湍流扩散距离随时间的变化以及无量纲扩散速率与当地Richardson数的关系.同时进行了实验检验,其结果与理论预测符合良好.     

分层剪切湍流大涡模拟的一种动力学亚格子尺度模型

基于Yoshizawa涡粘性模型提出了一种适用于热分层剪切湍流大涡模拟的动力学亚格子尺度 (SGS)模型 ,包括SGS湍流应力和湍流热通量模型 ,计算验证了该模型的正确性 .进一步采用大涡模拟方法和该动力学SGS模型研究了稳定分层和不稳定分层槽道湍流的湍流特性 ,以及湍流主要变量关联量的变化规律 .同时 ,根据计算结果 ,预测了热分层槽道湍流的临界Richardson数 ,与理论分析结果基本相符 .     

一种各向异性多重尺度的湍流模型

本文给出了一种适用于复杂湍流流动计算的各向异性、多重尺度的湍流模型(MS/ASM).这种模型对雷诺应力进行直接的模拟,并可模拟湍流流动的多重尺度影响.对自由应力流动、旋转流动和回流的湍流流动的计算表明,它比常用的单重尺度的k-ε模型有明显的改进.由于计算机工作量增加得不多,所以它在工程计算中,具有广泛的应用前景.     

一种改进的分层剪切湍流亚格子尺度模型及其应用

提出了一种新型的分层剪切湍流应力和湍流热通量的动力学亚格子尺度(SGS)模型,并就热分层槽道湍流问题,计算验证了该模型的正确性.采用大涡模拟方法和该动力学亚格子尺度模型,数值研究了在浮力和剪切双重作用下的稳定分层和不稳定分层槽道热剪切湍流,探讨了某些湍流特性随Richardson数的变化规律,并分析了相关的流动物理机制.     

两层流体系统中含有悬浮粒子无平均剪切湍流混合层的增长

本文对两层流体系统中含有粒子的无平均剪切湍流混合层的增长(扩散)行为,进行了实验研究和理论分析,并提出一个估计湍流混合层扩散速率的理论方法,即势能模型。这种模型还包含了纯两层流体的湍流扩散的结果。实验结果与该模型符合很好。混合层中含有粒子时扩散距离D随时间t的变化、无因次扩散速率E与Richardson数及Ri₁的关系均与纯两层流体的相同,但还与初始体积浓度(?)₀有关,D和E分别以的负1/5和负1次幂变化。     

非轴对称模型Hagen-Poiseuille流的不稳定性

本文讨论流体通过圆管的运动不稳定性问题.作为流体运动所受的扰动波,我们考虑一个三维非线性模型.它的相关振幅函数满足扩散方程,当流体的雷诺数增大时,由于复杂的分子扩散和流体粘性的相互作用.该方程的扩散系数会出现负值.在"负扩散"现象出现时.在流体运动中出现的"湍流段"内部会引起能量的集中和使流体的阻尼减少.文中所得结果对说明圆管流中出现湍流段的实验现象是有价值的.     

CML模型和湍流的非线性

本文在现有耦合映射格点(CML)动力系统模型的基础上,提出了能够同时模拟对流项和扩散项的强弱耦合系统的CML模型,分析了这类模型的特点和结构.数值试验表明,这类CML模型能够有效地研究时空复杂性,利用数值模拟的结果对湍流的物理机制作了初步的阐释.     

近壁区Reynolds应力及湍能耗散率输运特性的理论模型 *

提出在湍流边界层的近壁区采用三维不稳定波来描述湍流相干结构 ,然后根据理论模型对Reynolds应力及湍能耗散率的输运特性进行系统的计算和定量的分析 ,并计算了平均速度分布 .所得理论结果与直接数值模拟结果符合较好 ,表明本文方法正确地体现了湍流边界层近壁区的物理实质 .这不仅有益于对湍流机制的了解 ,而且可能为湍流的近壁模型化开辟一条新的途径 .     

宾汉流体稠密两相湍流流动中的二阶矩模型

建立的Bingham流体稠密两相流动的二阶矩-颗粒动力论湍流模型（USM-theta模型）既体现了两相的作用,又体现了屈服应力所引起的附加项,并提出了USM-theta模型下考虑浓度修正值影响的两相湍流流动的算法．利用该模型对圆管内Bingham流体的单相湍流流动、稠密液固两相的湍流流动进行了计算,并和五方程湍流模型进行了比较,结果表明该模型的预测效果更好．利用USM-theta模型对含颗粒的Bingham流体的两相湍流流动进行了模拟,随着屈服应力的增加,Bingham流体相与颗粒相在管道中心附近的主流速度减小．液固两相湍流和Bingham流体两相湍流的计算结果表明屈服应力引起的附加项对流动有很重要的影响．     

基于Gauss羽流模型低阶预估旋流燃烧室中守恒标量的空间分布北大核心CSCD

混合分数是表征燃料-空气混合的守恒标量,是湍流燃烧建模的关键参考标量.其空间分布通常通过三维数值模拟获得,然而对于几何形状复杂的燃烧器,三维数值模拟耗时长、成本高,导致燃烧器迭代设计过程效率低.该研究发展了基于Gauss羽流(Gaussian plume)模型的低阶模型来计算旋流燃烧室中的混合分数场,以加速燃料-空气混合策略的评估和参数化设计过程.相比传统的构型,新推导的Gauss羽流模型包含了径向对流的影响和针对旋流来流的修正.进一步发展了镜像反射模型来模拟壁面-羽流的相互作用,并引入相关修正来确保质量守恒.将新推导的Gauss羽流模型应用于甲烷旋流燃烧室混合分数场的低阶预测.基于数值收敛的三维数值模拟生成的数据库,首先采用最小二乘法对模型参数进行优化,然后在宽范围条件下验证了模型的预测精度.该研究不仅为旋流燃烧器内混合分数的快速预测提供了一种新方法,而且为Gauss羽流模型的进一步发展和应用提供了实例.     

三维非定常/定常不可压缩流动N-S方程基于人工压缩性方法的数值模拟

基于人工压缩性方法提出—中心与迎风混合的算法,以数值模拟N-S方程的定常/非定常解．对半离散方程的左端采用中心差分, 方程右端数值流量采用迎风Roe近似算法,其精度可达三阶．湍流模式利用Baldwin-Lomax代数模式．计算例子包括二维平板、机翼剖面、扁椭球、颅动脉瘤等．计算结果表明,压力和摩擦系数与实验符合,在分离涡旋区计算值与实验有差别,这或许是由于湍流模式不够精确的缘故．     

超声速、高超声速粘性气体分离流动的显隐式差分解法

本文利用反扩散的两步显、隐式差分方法,求解了超声速、高超声速粘性气体绕二维、三维压缩拐角的层流和湍流分离运动.结果表明,它既能获得很好的精度,又能大大缩短计算机时.     

二维剪切流的粘性-无粘湍流干扰理论

对二维不可压缩近壁剪切湍流,本文提出一个粘性-无粘湍流干扰理论.主要内容有:从分子粘性考虑出发确定干扰湍流的流动结构及其物理尺度,导出空间为小尺度的局部流动结构随顺流距离的演变规律,导出支配干扰湍流流动的简化Reyno-lds(SR)方程和扩散抛物化K-ε方程.该SR方程是作者早先提出的简化Navier-Stokes(SNS)方程的湍流形式,它的重要性质是“简化运算”和时间Reynolds平均运算的顺序可以交换.关于最大湍流剪应力、本理论计算值与实验测量值很好相符.经典湍流边界层理论、Clauser平衡湍流边界层以及湍流分离Triple-deck理论均是本文理论的特例.证实了顺流方向长度尺度随干扰增强而显著减小的实验结论.     

悬浮固粒和密度界面上粒子覆盖层对湍流扩散的影响

本文实验研究了两层流体之间的密度界面上的粒子覆盖层和上层湍流混合层中的悬浮粒子对湍流扩散的影响。实验结果表明,其影响是显著的。湍流扩散距离D以时间t的k次幂变化:D=Bt^k,其中k与覆盖层的相对厚度(?)_p有关即(?)=0.200—0.130(?)_p;对于上层有悬浮粒子和纯两层流体,(?)_p为零,k为0.200,两者D的变化规律一样,只是有悬浮粒子的k值较纯两层流体的小。湍流的无量纲扩散速率可归结为E=KR_il^-n,这里n=1.5+0.93(?)_p,(?)_p越大E值下降越快。这说明覆盖层改变了扩散速率的指数变化律,对湍流扩散有较大的阻碍作用。悬浮粒子的作用只是减小K值,其E的变化规律同纯两层流体的一样。本文还对湍流混合和扩散机制作了讨论。     

大雷诺数平稳湍流的Markov过程描述

湍流扩散是湍流理论中的一个重要问题,并对大气污染等问题具有重要的实际意义。自从Taylor的文章起,五十多年来,许多作者运用拉格朗日观点处理平稳湍流中的扩散问题,取得了不少进展.但至今尚未从理论上解决湍流扩散的概率分布问题,只有解决了这一问题,才箅得到湍流扩散的完整的统计描述。 本文对大雷诺数平稳湍流这一情况,解决了概率分布问题。通过物理分析,文中阐明了大雷诺数平稳湍流可用Markov过程描述;论证了Fokker-Planck方程应采用本文的系数,得到了单粒子运动与二粒子相对运动的转移概率函数,从而得到平稳湍流中单粒子运动及二粒子弥散的完整的统计描述。由此作为特例,证明了单粒子扩散规律与二粒子弥散规律均满足正态性,从而证明了Batchelor的正态假设。此外,作为本文结果的推论,从理论上证明了脉动速度服从正态分布这一著名的实验事实。 关于二粒子相对速度与距离的弥散规律,以及Richardson定律的适用范围,本文与林家翘和W.H.Reid以及E.Krasnoff和R.L.Peskin的结果一致。本文公式当βt<<1时的渐近式与Obukhov一致,从而指明了Obukhov所给方程的局限性。     

颗粒的有限尺寸对颗粒在均匀各向同性湍流中扩散的影响

本文指出固体颗粒对流体湍流运动的响应有不同的机理,颗粒受大涡的粘性拖动,但受小涡的随机碰撞.基于这种原理,本文计算了有限尺寸的固体颗粒在均匀各向同性湍流中的扩散.结果显示存在着二种相互抵消的效应:颗粒的惯性使颗粒长期扩散系数上升,而颗粒尺寸使颗粒的长期扩散系数下降.     

弯曲扩压管道中三维不可压粘性流的数值计算及湍流模型的研究

为了便于复杂形状管道中粘性流动的数值计算,本文在任意曲线坐标系下导出了控制方程的Favre质量加权平均形式,导出了一种考虑曲率影响的湍流模型.采用抛物化方法对弯曲扩压管道内的层流和湍流流动进行了数值计算.根据计算结果对压气机静叶流道内的气动性能进行了初步的分析.     

固液两相流中的K-ε双方程湍流模式*

建立了固液两相流中更一般的K-ε双方程湍流模式。模化了固相和液相的连续方程、动量方程及K方程和ε方程。该湍流模型考虑了固液两相间速度的滑移,颗粒间的作用及相间作用。使用本文所建立的湍流模型,数值预测了一管湍流中的沙水混合流动,其预测结果与实验结果比较一致。