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 .     

三角翼大迎角流场结构和气动力特性的计算分析研究

采用数值计算方法对亚音速三角翼纵向及带有小侧滑和横侧小扰动情况下的流场结构进行了计算,利用数值计算所得到的大迎角流动流场数据,结合相关的实验研究结果,建立了对大迎角旋涡流场结构进行定量分析的方法·　给出了三角翼大迎角情况下相应的气动力、力矩系数,以及机翼前缘分离涡轴线位置和旋涡破裂位置随迎角的变化规律,并对带有小侧滑和横侧小扰动情况下对横侧力矩的影响进行了计算与分析·　计算结果表明,在前缘分离涡破裂前的上游旋涡区内,前缘分离涡轴线基本保持为直线,且随着迎角增加,前缘分离涡轴线位置愈靠近翼根,并远离翼面;在前缘分离涡破裂的初始阶段,于旋涡轴线处,压力系数会迅速增加,沿涡轴线方向速度迅速减小,在垂直于流向的截面内,愈靠近涡轴线处,沿涡轴线方向速度愈小,甚至出现负值,说明沿涡轴线方向出现回流·　当绕机翼上表面前缘分离涡破裂后,将会导致横侧运动不稳定,如果受到小扰动,将产生横侧力矩发散·     

二维无界自由衰减流的数值研究

无界区域上的流体运动是流体力学中的热点和难点问题.采用传统的扩大计算区域算法和新发展的基于无界区域的Hermite基函数算法对二维无界区域的自由衰减流动进行研究.结果发现,对于只存在相同符号涡的初始流场而言,两种方法都可以得出正确的结果;而对于正负涡都存在的初始流场,传统方法即便利用非常大的计算区域也无法进行正确的长时间模拟,但是新方法却能高效求解.对算例的Hermite算法数值模拟验证了理论解Oseen涡的存在.     

稳定分层流动中湍流统计特性和输运特性的数值研究

采用大涡模拟方法研究了上下两层温度不同的稳定分层湍流,主要对其中的湍流尺度特性、统计特性和湍流输运特性,以及标量场的时空演化进行了分析研究.研究结果表明:浮力尺度沿流动方向先增加然后趋于某个稳定值,剪切越强,浮力尺度越大;翻转尺度沿流向也是逐渐增大,剪切越强,翻转尺度越大;统计特性的分析发现,在较大的区域内温度脉动的平坦因子都偏离Gauss分布,强分层条件下温度脉动的统计特性与速度脉动的统计特性有较明显差别;湍流混合的过程开始于小尺度运动,最后扩展到大尺度运动.     

可压混合层流动转捩到湍流的直接数值模拟

采用五阶精度迎风紧致格式和六阶对称紧致格式 ,结合三阶R-K方法求解可压缩三维Navier Stokes方程 ,直接数值模拟了时间发展平面混合层流 .给出了对流Mach数Mc =0 .8,Reynolds数Re=2 0 0时流动从初始扰动为一对相等且相反的斜波开始 ,经过失稳发展形成∧涡、马蹄涡和蘑菇云等拟序结构 ,然后破碎为小尺度、再破碎为更小尺度的涡结构 ,形成以小尺度运动为主导的流动 ,最终达到湍流     

气固两相固射流场涡结构影响固粒扩散的研究

用三维离散涡丝方法模拟轴对称圆射流场涡结构的发展,所得结果在某个周向位置上与用二维点涡方法计算的结果符合较好。然后采用单向淹合模型模拟固粒在圆射流中的运动,说明当固粒Ｓｔ数远小于１时,固粒受流场的作用较明显,当Ｓｔ数为１时,固粒主要分布在涡结构的周围,分布较均匀;当Ｓｔ数远大于１时,固粒受流场的影响较弱,当对涡环沿周向施以五个波长的扰动时,固粒扩散的范围较宽,固粒的扩散与扰动的振幅成正比,中所得     

双层Kidder自相似解及其Rayleigh-Taylor不稳定性研究

将单层Kidder自相似解推广到双层,使得两层壳体的交界面两侧存在密度跳跃,使得轻流体向重流体加速产生Rayleigh-Taylor不稳定性;通过采用Lagrange坐标下的Godunov方法进行一维直接数值模拟,将模拟解与双层Kidder自相似基本解进行比较,验证了双层Kidder自相似解的可靠性;最后,通过编制球形内爆的三维扰动的线性稳定性分析程序,对双层Kidder自相似解的Rayleigh-Taylor不稳定性进行了分析计算.计算结果表明:初始扰动越集中于交界面,会造成后期扰动增长得越快,越不稳定;扰动波数越大,扰动增长得越快,越不稳定;从扰动在空间上的发展来看,可压缩性研究表明内外壳体的可压缩性对扰动增长起着相反的作用,外层壳体的可压缩性对Rayleigh-Taylor不稳定起失稳作用,而内层壳体的可压缩性对Rayleigh-Taylor不稳定起致稳作用.     

气固两相圆射流场涡结构影响固粒扩散的研究

用三维离散涡丝方法模拟轴对称圆射流场涡结构的发展·所得结果在某个周向位置上与用二维点涡方法计算的结果符合较好·然后采用单向耦合模型模拟固粒在圆射流中的运动,说明当固粒Ｓｔ数远小于１时,固粒受流场的作用较明显,当Ｓｔ数为１时,固粒主要分布在涡结构的周围,分布较均匀;当Ｓｔ数远大于１时,固粒受流场的影响较弱·当对涡环沿周向施以五个波长的扰动时,固粒扩散的范围较宽·固粒的扩散与扰动的振幅成正比·文中所得结论与一些实验结果相符,对实际应用有指导意义     

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.     

可压缩平面流中尖角处不定常涡产生的初始阶段的数值模拟

本文采用有限体积法结合高分辨率的ＴＶＤ（总变差不增）格式，对平面激波遇矩形、三角形障碍物问题进行数值模拟，采用Ｓｃｈｗａｒｚ变换生成计算网格，可使网格线在尖角处较密集且网格设置符合流场物理特性。初始阶段的流场复杂且粘性影响的尺度很小，模型中可以忽略流体的粘性。计算结果描述了平面无粘可压流中，由于弓形激波后熵与温度的不均匀性引起的尖角下游不定常集中涡的产生过程。数值计算与应我们要求所做激波管实验的光测结果相符合。