应用PIV技术测试涡旋波流场

涡旋波流动作为一种特殊的流动现象,可以使流体在相对较宽的槽道中产生较强的波动和对流混合,从而在小Re数条件下起到强化传质的效果。本文利用PIV流场显示技术,对振荡流在非对称槽道中所形成的涡旋波的产生机理和发展规律进行了实验研究和定量分析,测得了涡旋波流场的速度矢量图,阐明了涡旋波流场周期性变化的特点。分析了Re数和St数对涡旋波流动的影响,并得出了旋涡涡心位置以及涡心处涡量的动态变化规律。     

用PIV测试涡旋波流场的速度和剪应力分布

采用PIV瞬态流场测试技术,对二维槽道中的涡旋波流场不同相位上的速度分布和应力分布进行了测试和计算,本文定量地描述了槽道中涡旋波的形成过程及发展规律。通过调整振荡流的振幅和活塞行程,分析了Re数和Sr数对涡旋波流动的影响,得出了槽道内剪应力的分布状况以及平均剪切应力的周期性变化规律。深入分析了涡旋波流场强化传递现象的本质。     

涡旋波流场的涡量测试与计算及特征参数的影响

从实验和模拟计算两个方面,对涡旋波流场的速度矢量图和涡量进行了定量测试和综合分析,并对涡旋波流动与其特征影响参数之间的关系进行了研究。结果表明:涡旋波流动只在二维层流状态下产生,涡旋波形成后,Re数对旋涡尺寸的影响较小,涡量随Re数的增大而增大,但涡量不随时间的增加而单调增加。随着St数的减小,旋涡尺寸明显增大,涡量却随之减小。本文也对不同槽道内的涡旋波流场进行了数值模拟计算,进而确定了涡旋波流场的形成条件。     

完全发展的非对称槽道湍流的分形维数研究

湍流的分形维数刻画了湍流的统计正则性 ,本文利用正交子波变换对完全发展的非对称槽道湍流脉动速度的实验数据进行了分析研究。文中首先将脉动速度信号分解到各个尺度 ,然后利用正则法和盒子法两种方法计算了不同尺度信号的分形维数 ,着重于考虑分形维数的变化趋势。研究结果表明 :(1 )随着信号分解尺度的增加 ,速度信号的低频部分和高频部分的维数都逐渐减小 ;(2 )逆输运现象对速度信号的分形维数没有本质的影响 ;(3)正则法计算得到的分形维数要略大于盒子法得到的分形维数     

波涡相互作用研究的某些进展(Ⅰ)

波涡相互作用是当代非定常非线性流体力学的一个重要领域.本文评述了迄今人们对微扰纵波(声波,不包括激波)和横波(涡波)与层状和轴状涡相互作用的研究进展,包括涡声理论、锐缘及光滑表面涡层分离以及自由涡层的2维感受性和非定常Kutta条件,波产生时均涡流的非线性Eulcr整流和广义Lagrange整流,波涡共振等课题的进展.还介绍了用非定常激发实施涡控制这一重要应用领域的一些新进展.      

三角翼前缘涡的某些破裂形式及特性研究

基于流动显示和PIV技术测量的实验结果，对三角翼前缘涡破裂的一些形式和破裂特性进行了分析和讨论。通过PIV测量所得到的涡量分布证实了在螺旋破裂的情况下，涡核的螺旋方向与前缘涡的旋转方向相反，及双螺旋破裂形式的存在等。进而对螺旋波的形成机理提出了与有关文献不同的看法。     

均匀流中双色波传播特性的模拟研究

针对双色波浪与均匀流相互作用问题,采用时域高阶边界元方法建立自由水面满足完全非线性边界条件的数学模型。求解中采用混合欧拉-拉格朗日方法追踪流体瞬时水面,运用四阶龙格库塔方法更新下一时间步的波面和速度势。通过与已发表试验结果对比,验证了本模型的准确性。通过数值计算研究了水流参数对各组成波及衍生的高阶波幅值、波浪和水流间能量交换的影响规律。     

均匀来流中旋转圆柱黏性绕流的数值研究

从不可压非定常Ｎ－Ｓ方程出发，首次数值求解了均匀来流中圆柱作周向旋转振荡的黏性绕流问题。探讨了旋转角速度振幅、振荡频率及Ｒｅ数等因素对流场结构及其非定常演化过程的影响，并根据计算结果，给出了在旋转振动频率。速度振幅平面内流场涡结构的分区图。     

旋转浅水系统Rossby孤立涡旋的实验研究

我们建立了具有自由表面的旋转抛物面浅水系统，进行空间流体图样演化的实验研究。利用流动显示和激光散射技术获得相干涡旋的信息。实验结果表明，在纬带区内存在强剪切可能导致形成持续存在的相干涡旋链。在旋转随动坐标系中拍摄的照片以及自相关分析证明，确有大尺度的Ｒｏｓｓｂｙ孤立涡旋的发生、漂移和演化。     

槽道内涡波流场的POD分析

对槽道内涡波流场的瞬态速度矢量场进行了2DPIV测量实验,将2DPIV测量的矢量场数据进行POD分析,根据POD分解的各阶模态的能量比确定了表征涡波流场主导结构的前15阶模态。结果表明,POD分解的前15阶模态发现槽道内涡波流场是由槽道壁面剪切层诱导的涡列以及伴随的波状主流组成;流场中大尺度的涡旋发展为涡对,对波状主流的脉动频率产生影响;根据涡波流场中的驻点和鞍点,获取了流场的大尺度涡对、平均流场以及Helmholtz涡环等明显特征;最后根据POD分解的前15阶模态对槽道内涡波流场进行重组,重组流场表征了槽道内层流状态下波状主流的形态和涡旋共存的涡波结构以及驻点和鞍点的位置处涡旋的变化等主要特征,有效地剔除了PIV测量流场中的随机信息,保留了PIV测量流场的主导特征。     

Recent progress on the study of asymmetric vortex flow over slender bodies

The investigations of forebody vortex flow and its flow control have great importance in both academic field and engineering application areas. A large number of papers and many review papers have been published. However in this research field of forebody asymmetric vortices, three problems such as tip perturbation effect, Reynolds number effect and flow instability are less studied and thus not understood completely. So many researches are still working on the issues in recent years. The present paper attempts to provide a review of recent research progress on first two problems. The first problem is mainly concerned with how the vortex flow evolves after tip perturbation; how to solve the problem of repeatability and reproducibility of wind tunnel testing data; how to develop a conception of active flow control technique with tip perturbation based on the study of vortex flow response to tip perturbation. For the second problem one is mainly concerned that how the asymmetric vortices are developed with the increase of Reynolds number; how to classify the vortex flow patterns in different Reynolds number regimes; how to develop an appropriate boundary layer transition technique to simulate flows at high Reynolds number in the convention wind tunnels. Finally, some important ques- tions that deserve answers are proposed in the concluding remarks.     

Numerical investigation of the mechanism of asymmetric vortex flows

A robust iterative method suitable for the numerical simulation of high angle of-attack vortex flows is established based upon the multiple line vortex model (MLVM). With symmetric or asymmetric positions of separation lines given, the first converged solution at an angle of attack as high as 60 degree is obtained by means of the present method. Numerical experiments for a tangent-ogive forebody indicate the viscous onset mechanism of asymmetric vortex flows over a body of revolution at high angles of attack and zero sideslip.     

反射激波作用重气柱的Richtmyer-Meshkov不稳定性的实验研究

采用高速摄影结合激光片光源技术,研究了反射激波冲击空气环境中重气体(SF₆)气柱的Richtmyer-Meshkov不稳定性。通过在横式激波管试验段采用可移动反射端壁获得不同反射距离,实现了反射激波在不同时刻二次冲击处于演化中后期的气柱界面,得到了不同的界面演化规律。反射距离较小时,斜压机制对气柱界面形态演化的影响显著,界面衍生出二次涡对结构;反射距离较大时,压力扰动机制的影响显著,界面在流向上被明显地压缩,没有形成明显的涡结构。由气柱界面形态的时间演化图像得到了界面位置和整体尺度随时间的变化,对反射激波作用后气柱界面的演化进行了量化分析。     

Self-propulsion of spermatozoa in microcontinua: effect of transverse wave motion of channel walls

Summary This paper presents an analysis for the self-propulsion of spermatozoa through mucus filling a channel with flexible boundaries. The mucus is characterized as a micropolar fluid, and the spermatozoa are modelled as a two-dimensional sheet, sending down lateral waves along its length. The model also considers the motion of flexible walls due to muscular activities. This motion is represented by transverse waves along the channel walls. The analysis has been carried out for inertia-free flow under the assumption that the waves travelling along the channel and the sheet are in synchronization under the steady state. It is observed that the propulsive velocity increases as the departure from the Newtonian theory grows.     

Decay of a potential vortex and propagation of a heat wave in a second grade fluid

The propagation of a heat wave in an incompressible second grade fluid within the context of a potential vortex is studied. The solutions for the Newtonian fluid can be obtained from those for fluids of second grade as a limiting case.