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.     

微通道周期流动电位势及电粘性效应

求解了双电层的Poisson-Boltzmann方程和流体运动的Navier-Stokes方程,得到在周期压差作用下,二维微通道的周期流动电位势,流动诱导电场和液体流动速度的解析解．量纲分析表明,流体电粘性力与以下3个参数有关:1) 电粘性数,它表示定常流动时,通道最大电粘性力与压力梯度的比;2) 形状函数,它表示电粘性力在通道横截面的分布形态; 3) 耦合系数,它表示电粘性力的振幅衰减特征和相位差．分析结果表明,微通道周期流动诱导电场、流动速度与频率Reynolds数有关．在频率Reynolds数小于1时,流动诱导电场随频率Reynolds数变化很慢．在频率Reynolds数大于1时,流动诱导电场随频率Reynolds数的增加快速衰减．在通道宽度与双电层厚度比值较小情况下,电粘性效应对周期流动速度和流动诱导电场有重要影响．     

简化Navier-Stokes方程的层次结构及其力学内涵和应用

本文在文献[1]的基础上,按照流场中长度尺度分布,惯性项与粘性项相对大小及数量级简化基本方程和划分流动区域的原则,给出:(1)可压缩绕球粘性流和射流的简化Navier-Stokes(NS)方程的层次结构和诸简化NS方程(SNSE),表明从边界层方程到NS方程和从Euler方程到NS方程的层次结构均包含十多种SNSE,但就SNSE的数学特征而言证明只有椭圆型,扩散抛物化和抛物型三类;(2)扩散抛物化方程(DPE)的数学特征与Euler方程一致,力学上表示扰动通过“压力梯度项”向上游传播,高阶扩散项“规定的”椭圆型下游效应可以忽略,故判断诸DPE优劣的标准应看能否准确计算压力场。(3)提出粘性流的多层结构模型,对绕固壁附近的流动为三层,即粘性层、过渡层和无粘层,给出了分层的准则;适用于三层的最简单和最重要的SNSE分别为边界层方程、诸层匹配(LsM)-SNSE和Euler方程;LsM-SNSE同时适用于三层、即适用于全流场,并可准确计算压力场。LsM-SNSE把两层、即内外层匹配SNSE推广为多层。(4)对平板绕流,给出附着流及分离流的新的三层结构,阐明了附着流三层向分离流三层过渡的力学特征。     

两个非同心旋转圆柱间粘性流动的广义雷诺方程及其基本流

运用张量分析方法及修正双极坐标系,建立了轴承润滑流动所应满足的广义Reynolds方程.应用薄流层中的Navier-Stokes方程的渐近分析方法和张量分析工具,得到了两个非同心旋转圆柱之间粘性流动的基本流所应满足的方程.这个基本流可以表示为两个同心旋转圆柱之间的Taylor流加上一个扰动项,并且给出了数值计算例子.     

用CT-VOF法在数值波试验槽中生成线性和非线性波

为渡水槽中波的模拟和传播提出了二维的数值模型．假设流动的流体为粘性、不可压缩的,并将Navier-Stokes方程和连续性方程作为控制方程．用标准的k-ε模型来模拟紊流流动;用交错网格的有限差分法,离散化Navier-Stokes方程;并用简化的标识和单元(SMAC)方法进行求解．使用活塞型波发生器生成并传播波;数值渡水槽的端部采用敞开式的边界条件．为了证明模型的有效性,进行了一些标准的试验,如顶盖驱动的方腔测试试验、单向的常速度场试验以及干燥河床上的溃坝试验．为了论证方法的性能及其精度,将所生成波的结果与已有波理论的结果进行比较．最后,采用群集技术(CT)生成网格,并提出最佳的网格生成条件．     

论简化Navier-Stokes方程组(SNSE)

本文论述简化 Navier-Stokes 方程组(SNSE),利用十种 SNSE分析Jeffery-Hamel流动并简要分析已知完全 Navier-Stokes 方程组(CNSE)精确解的八类流动。表明:不同SNSE结果之间的实际差异能够大大超出O(Re^-1/2)量级的理论误差范围,甚至给出不同的流动图案。因此,SNSE 的粘性项如何取舍值得重视。内外层匹配SNSE和薄层二阶SNSE的解在八类流动情况下均与CNSE的精确解完全一致;而所有其它SNSE 的解则与CNSE的精确解不完全一致,它们的解在不少情况下实际就是经典边界层理论的解。内外层匹配SNSE包含了法向轴相对流向轴剪切的剪应力项和法向轴伸缩的法应力项以及与该法应力项同量级的粘性项,且对惯性项和粘性-惯性项相互关系的处理较合理,故在力学上和数学上都比较可取。     

高维广义Kuramoto-Sivashinsky型方程Fourier拟谱方法的大时间误差估计

在很多物理问题中出现如下方程:Kuramoto在研究反应扩散系统耗散结构时导出了上述方程,Sivashinsky在模拟火焰传播时也得到了它.此外,它还出现在粘性层流和Navier-Stokes方程的分枝解中.在[5-8]中,作者研究了一维情形下周期初值问题的整体吸引子和分枝解;[9]提出了广义KS型方程;[10-14]中研究了它的光滑解的存在性和t→+∞时的渐近性     

求解不定常圆柱绕流的区域分裂法

本文把区域分裂法与涡点格法相结合,以此构造一类并行算法,数值模拟不定常圆柱绕流在高Reynolds数情况下的初期流动. §1.基本问题 假设有一个半径为a的圆柱体,在静止的不可压粘性流体中,以速度U突然起动,此流动满足二维不定常Navier-Stokes无量纲化方程:     

基于线性化Navier-Stokes方程二维水槽内单涡到双涡的数值模拟

建立了Navier-Stokes方程的预估-校正有限差分方法,在此基础上求得了二维水槽内部单涡到双涡的数值解,所得结果与前人的数值结果和解析解吻合很好.数值模拟结果表明,自由振动运动中自由面波高因粘性作用会发生衰减,且Reynolds数越大衰减越缓慢.在短时间内倾斜加速度激励下对于不同Reynolds数会出现一定周期的单涡.经过长时间的倾斜激励,水槽内涡场由单涡变化成双涡,而且只在较低的Reynolds数条件下出现双涡.     

在两相粘性跨音速喷管流动中簿层方程的一种隐式求解方法*

本文略去沿流动方向的粘性,将任意曲线坐标系中无量纲化的N-S方程简化为薄层方程.采用隐式近似因子分解法求解气相控制方程,采用特征线法跟踪颗粒,然后获得两相跨音速湍流充分耦合的数值方法.其中,颗粒尺寸是分级的,用参考平面中的拟特征线法处理喷管的粘性亚音速进口边界条件,湍流采用代数模型.该计算方法应用于火箭喷管两相粘流计算,并预估了固体火箭发动机的推力和比冲,计算与试验结果吻合很好.文中还讨论了不同颗粒尺寸、不同颗粒质量百分数和颗粒尺寸分级等对流场的影响,分析了颗粒、二维径向分速和粘性对发动机比冲的影响.本文的方法具有节省机时的优点,尤其是对颗粒尺寸分级的计算,效果更为显着.     

初值间断的可压缩Navier-Stokes方程弱解的存在性

本文研究了粘性系数依赖密度的一维可压缩Navier-Stokes方程的初值间断问题.当初始密度间断任意大时,证明了一维可压缩Navier-Stokes方程固定边界问题整体弱解的存在唯一性,分段正则性,并给出了弱解的大时间行为等.     

微通道液体流动双电层阻力效应

采用数值方法求解双电层的Poisson-Boltzmann方程和液体运动的Navier-Stokes方程,研究微通道双电层对压强梯度液体流动的阻力效应． 量纲分析表明,双电层阻力大小可以用一个无量纲的电阻力数表示．它与液体的介电系数、固体表面的zeta电位平方成正比,与液体的动力粘性系数、电导率以及微通道的宽度平方成反比．在计算流动诱导的流动电位势和电阻力时,提出电流密度平衡条件,可以消除传统电流平衡条件导致的固壁附近产生局部回流的不合理物理现象．还给出不同电阻力数的微通道流量、流量损失率、速度剖面的数值结果,合理解释了双电层对微通道液体流动的阻力效应．     

Navier-Stokes方程的精确解——Dirac-Pauli表象的复变函数理论及其在流体力学中的应用(Ⅱ)

本文是文[1]的继续。在文[1]中我们应用Dirac-Pauli表象的复变函数理论并引入Kaluza“鬼”坐标,将不可压缩粘流动力学的Navier-Stokes方程化成只有一对复未知函数的非线性方程。在本文中,我们将除时间之外的复自变量进行重新组合,从而成对地减少了复自变量的数目。最后,我们将Navier-Stokes方程化成经典的Burgers方程。联结Burgers方程与扩散方程的Cole-Hopf变换实际上是B?cklund变换,而扩散方程众所周知是具有通解的。于是,我们利用B?cklund变换求得了Navier-Stokes方程的精确解。     

具有正弦粗糙度的环形微管道中脉冲流动

研究了具有正弦粗糙度的环形微管道中脉冲流动,其中壁面粗糙度用小振幅的正弦波表示,不可压缩粘性脉冲流动由周期振荡的压力梯度驱动,运用摄动展开法求解了柱坐标系下的动量方程,获得了环形微管道内脉冲流动的近似解析速度及其体积流率.在此基础上,研究了相关无量纲参数,如Reynolds(雷诺)数Re、压力梯度振幅A、正弦波状粗糙的小振幅ε、内外半径之比α、相位差β及其波数λ对速度u及平均体积流率Φ_m的影响.结果表明,剖面速度随A的增大而增大,随Re的增大而减小,相位滞后χ随振荡Reynolds数Re的增大而增大.     

求解Burgers方程的两层隐式紧致差分格式

<正>1引言Burgers方程是流体力学中扩散波最简单的非线性模型方程,它出现在许多物理问题当中,包括气体动力学问题、交通流问题和流体力学问题等.同时Burgers方程也可以作为流体动力学Navier-Stokes方程的简化模型方程.近年来,求解一维Burgers方程的计算方法受到科研工作者的广泛关注,有关的文献报道已有很多,如文献[1-5].这些方法在空间     

非特征边界的MHD方程的边界层

考查了小粘性时非特征边界情况下MHD方程在边界附近的性质,说明速度在边界上不为零.源于之前非特征边界条件下不可压缩Navier-Stokes方程边界层的工作,证明了边界层的存在性,并得到了当粘性收敛于零时,MHD方程的解收敛于理想MHD方程的解.     

带有非局部扩散的反应流动扩散方程的行波解

本文主要考虑带有非局部扩散项的反应流动扩散方程行波解的存在性问题.首先,利用Schauder不动点定理和上下解原理得到带有非局部扩散项的反应流动扩散方程行波解的存在性,再将所得的结论应用到带有流动项的Lotka-Volterra竞争模型上,最后,考虑了流动项对繁殖速度的影响.同时,本文得到的存在性结论可以应用到一般的反应流动扩散方程中.     

在两相粘性跨音速喷管流动中薄层方程的一种隐式求解方法

本略去沿流动方向的粘性，将任意曲线坐标系中无量纲化的Ｎ－Ｓ方程简化为薄层方程。采用隐式近似因子分解法求解气相控制方程，采用特征线法跟踪颗粒，然后获得两相跨音速湍流充分耦合的数值方法。其中，颗粒尺寸是分级的，用参考平面中的拟特征线法处理喷管的粘性亚音速进口边界条件，湍流采用代数模型。该计算方法应用于火箭喷管两相粘流计算，并预估了固体火箭发动机的推力和比冲，计算与试验结果吻合很好。中还讨论了不同颗     

Navier-Stokes方程的一类粘性分离算法

本文提出了一类求解Navier-Stokes方程的粘性分离算法,在每一时间层内,将原方程分解为线性 Euler方程和非定常Stokes方程,证明了空间连续格式和完全离散格式的收敛性,并给出了最优阶误差估计。     

一维粘性守恒律初边值问题粘性激波解的渐近稳定性

本文考虑一维可压缩Navier-Stokes方程有关初边值问题粘性激波解的渐近稳定性,通过L~2-能量估计,证明了在小扰动情况下,粘性激波是稳定的。