圆柱面上微小后向台阶层流绕流场的数值研究

1前言钩体绕流是燃烧、传热领域基本的流动现象，具有流动分离、流态转被、旋涡脱落、涡致振动等复杂特性。降低钩体绕流阻力一直是人们关心的问题。自从Prandtl圆球绊线实验以来，Stuper，Roshko，Zukausks，Achenbach，Klebanoff等［‘一列从不同角度研究了钝体绕流阻力的构成因素及降低钝体绕流阻力的若干方法。一致的观点是：因绕流钝体必然伴随着流动分离，流动阻力可分为与粘性有关的摩擦阻力及与流动分离有关的压差阻力两部分，其中，压差阻力约占总阻力的90N95％，其大小与流动分离点的位置密切相关。若流动分离时边界层内为层流…     

基于转捩SST模型凸起圆柱绕流数值研究

为了研究局部凸起对边界层转捩的影响,采用转捩SST模型分别对亚临界、临界和超临界状态下带突起的圆柱绕流问题进行了数值模拟,分析了不同Reynolds数下带突起的圆柱绕流问题的近壁面流动特征以及表面时均压力与摩擦力系数的分布和凸起对圆柱表面流动分离以及转捩的影响,对比了有无凸起两侧圆柱表面时均压力、摩擦力系数的不同. 结果表明:当来流Reynolds数处于临界区时,气流在圆柱上表面凸起处形成了3个反向旋转的漩涡,之后随着θ的增大,发生了流动分离和流动转捩现象;对于不同Reynolds数下的来流,圆柱上表面的凸起可以使气流发生转捩的位置提前;圆柱上表面的凸起使流速增大、压强降低,从而导致圆柱产生升力,随着来流Reynolds数的增大,其升力逐渐变大.      

基于壁面压力反馈的圆柱绕流减阻智能控制

针对经典圆柱绕流问题,采用深度强化学习方法,提出了基于壁面压力反馈的圆柱绕流减阻闭环主动控制方法,并比较分析了施加控制前后圆柱阻力系数、升力系数及流场的差异.控制系统中,以圆柱壁面上均匀分布的压力探针测得的信号作为反馈,利用多层感知机建立压强信号与吹/吸射流及控制效果的映射关系,即控制策略;通过在圆柱上下表面狭缝施加连续可调的吹/吸射流来进行主动控制.同时,利用深度强化学习中的近端策略优化方法,在大量的学习过程中对该控制策略进行不断调整和优化,以实现稳定减阻效果.在圆柱绕流流动环境搭建方面,采用格子Boltzmann方法建立与深度强化学习模型之间的交互式框架,模拟提取非定常流场条件下圆柱表面的压强信号,并计算实时调整吹/吸射流强度时圆柱表面升力、阻力数据,以评估所选控制策略的优劣.研究表明:雷诺数为100时,主动控制策略能减少约4.2%的圆柱阻力,同时减少约49%升力幅度;同时施加主动控制后圆柱的减阻效果与圆柱回流区长度呈现强相关趋势.此外,不同雷诺数下智能体习得的策略减阻效果不同,雷诺数为200和400时,该主动控制策略能依次减小圆柱阻力17.3%和31.6%.本研究可为后续开展基于...     

数值模拟圆柱绕流旋涡运动及尾流不稳定性分析

1引言流体绕过圆柱所产生的非定常旋涡运动以及由此引起的流动不稳定性在理论和实践上都具有重要的意义。数值模拟圆柱绕流旋涡产生及演化过程，探讨圆柱尾流涡街产生的机制，控制尾迹不同速度型以抑制涡街的产生，避免涡激振动在工程上造成破坏作用具有重大实际意义。为使问题简化，本文以二维圆柱绕流作为研究对象。该流动涉及到非定常分离，旋涡的形成、运动及发展，流动不稳定性质改变等许多未完全解决的问题。B。had等山对圆柱突然起动问题作了一系列实验研究。文献门对二维圆柱绕流问题作了系统数值研究。本文采用文献门提出的差分格…     

电磁力控制湍流边界层分离圆柱绕流场特性数值分析

在亚临界区高雷诺数Re=1.4×105下,采用脱体涡模拟结合湍流分离的方法对弱电解质中电磁力作用下湍流边界层分离圆柱绕流场及其升(阻)力特性进行了数值模拟和分析.结果表明,电磁力可以提高圆柱体湍流边界层内的流体动能,延缓圆柱体湍流边界层的流动分离,减弱圆柱体湍流绕流场中在流向和展向上大尺度漩涡的强度,减小圆柱体阻力时均值及其升力脉动幅值.当电磁力作用参数大于某个临界值后,湍流边界层流动分离消失,在圆柱体尾部产生射流现象,从而电磁力对圆柱体产生净推力作用,出现负阻力现象,而且升力脉动幅值接近于零,出现圆柱体升力消失现象.     

微尺度串列双圆柱绕流的分子动力学并行模拟

本文采用基于空间分解算法的分子动力学并行模拟方法,研究了微尺度、低雷诺数（Re=40）下串列等大的双圆柱绕流现象。结果表明：随着间距比L＊／D＊的增加,流动存在3种特征状态：当L＊／D＊〈1．1时,同单一物体的绕钝体流动相似;当1．1〈L＊／0＊〈3．5时,涡脱落现象只在下游圆柱出现,在两圆柱之间有交替附着于下游圆柱的...     

绕圆柱体自由表面磁流体流动和传热的研究

本文对在不同雷诺数下,绕圆柱体的磁流体自由表面流动及传热进行了模拟,分析了磁场对绕流圆柱尾迹和涡分离的影响,获得了两种雷诺数下的电磁力密度、流场和温度场分布。结果表明,磁场不仅影响了流动的形态,而且对湍流有抑制作用,降低了自由表面的更新机制,从而减少了传热能力;在相同的Hartmann数下,相比低雷诺数下的流动换热情况,高雷诺数下的湍流不能被完全抑制,自由表面与尾迹的相互作用也较强,因而自由表面换热也较强。     

分隔板偏角对圆柱受力和脱涡频率的影响

钝体后安装分隔板是一种有效的被动控制技术,本文采用有限体积法对非稳态二维层流下的圆柱-分隔板结构绕流进行了数值计算。研究了中等雷诺数（Re=100～500）下,分隔板与来流方向存在夹角时（θ=0°～45°）的圆柱绕流特性。结果表明不同Re数下,圆柱阻力和升力系数等反映流动特性的参数随分隔板偏角而变化;阻力系数最小值对应...     

高雷诺数下的圆柱绕流问题——以蜡烛燃烧为例

本文针对高雷诺数下的圆柱绕流问题,以火焰熄灭为例进行了相关的实验研究.结果表明在一定范围内,火焰熄灭时间与障碍物直径、蜡烛与障碍物之间的距离、蜡烛燃烧速率成正比关系,与气流流速成反比关系.通过分析发现实验数据与理论分析一致,说明了文章的实验方法可行、结论正确,为深入研究圆柱绕流、火焰燃烧问题及二者之间的联系提供了重要支撑.     

纵向受迫振荡圆柱绕流问题的数值模拟

用有限体积法对平行于均匀来流方向受迫振荡的圆柱绕流问题进行了二维数值模拟.雷诺数选取Re=200、855、4000等几种亚临界雷诺数情况.通过研究不同振幅和振动频率下的流场结构和一些重要流动参数如升阻力系数、Strouhal数等随Re数、KC数、Stokes数的变化关系,验证了实验中观察到的一定条件下发生的"频率锁定"现象,并将涡脱落方式划分为三种主要模态.文中引入网格速度,对常用的处理速度与压力耦合的SIMPLE算法作了适当的补充和修改,以适应随时间变化的网格坐标.     

演示流体压强与流速关系的实验装置

利用有机玻璃管、吸管、泡沫球等简易材料自制了演示流体压强与流速关系的实验装置。该装置有效地解决了小球随意滚动、吹气方向不固定等问题。实验用泡沫球代替乒乓球,并将其放置在玻璃管中放置,使实验过程不受外界空气影响,且较轻的泡沫球更易运动,实验效果更明显。利用该原理还自制了模拟非洲草原犬鼠洞穴的演示装置,有趣且直观地演示了犬鼠洞穴中的气体流向。     

Turbulent gas-dispersed flow in a pipe with sudden expansion: numerical simulation

A mathematical model was developed to simulate two-phase gas-dispersed flow moving through a pipe with axisymmetric sudden expansion. In the model, the two-fluid Euler approach was used. The model is based on solving Reynolds-averaged Navier — Stokes equations for a two-phase stream. In calculating the fluctuating characteristics of the dispersed phase, equations borrowed from the models by Simonin (1991), Zaichik et al. (1994), and Derevich (2002) were used. Results of a comparative analysis with previously reported experimental and numerical data on two-phase flows with separation past sudden expansion in a plane channel and in a pipe are given. This work was supported by the President of the Russian Federation through the Foundation for Young Candidates of Sciences under Grant MK-186.2007.8 and by the Russian Foundation for Basic Research (Grants Nos. 05-08-33586 and 06-08-00967).     

高能重离子碰撞中末态粒子分布的非对称性

对Bevalac1.2A GeV Au+Au碰撞实验,根据以流方向为z轴的质心坐标系中末态粒子方位角分布的非对称性为极小的条件,确定了事件中五种质量范围(A=1,2,3,4,5-8)末态粒子的集合侧向流流角.在以流方向为z轴的质心坐标系中研究了不同质量末态粒子极角分布,结果表明质量越大的粒子在流方向分布得越集中,侧向流的“流”值越大.     

水平环道内油水气多相流动研究

为建立自主的多相流动数据库,在水平环道中进行了一系列水－气两相、油－气两相和油－水－气三相流动试验。本文测量了各相流动中由于摩擦而产生的压力损失,计算了压差梯度并作了比较;观察了各相流动中的流型;描述了各种流型的发生、发展和变化及其与流动介质的关系,并作了相互比较。     

超声速层流/湍流压缩拐角流动结构的实验研究

在Ma=3.0的超声速风洞中, 分别对上游边界层为超声速层流和湍流, 压缩角度为25°和28°的压缩拐角流动进行了实验研究. 采用纳米粒子示踪平面激光散射(NPLS)技术获得了流场整体和局部区域的精细结构, 边界层、剪切层、分离激波、回流区和再附激波等典型结构清晰可见, 测量了超声速层流压缩拐角壁面的压力系数. 从时间平均的流场结构中测量出分离激波、再附激波的角度和再附后重新发展的边界层的增长情况, 通过分析时间相关的流场NPLS图像, 可以发现流场结构随时间的演化特性. 实验结果表明: 在25°的压缩角度下, 超声速层流压缩拐角流动发生了典型的分离, 边界层迅速增长失稳转捩, 并引起一道诱导激波, 流场中出现了K-H涡、剪切层和微弱压缩波结构, 而超声速湍流压缩拐角流动没有出现分离, 湍流边界层始终表现为附着状态; 在28° 的压缩角度下, 超声速层流压缩拐角流动进一步分离, 回流区范围明显扩大, 诱导激波、分离激波向上游移动, 再附激波向下游移动, 分离区流动结构复杂, 相比之下, 超声速湍流压缩拐角流动的回流区范围明显较小, 边界层增长缓慢, 流场中没有出现诱导激波、K-H涡和压缩波, 流动分离区域的结构也相对简单, 但分离激波的强度则明显更强. 关键词： 压缩拐角 层流 湍流 流动结构     

电动增压器流量特性的测定与数值分析

应用计算流体动力学方法对研制的电动增压器的压气机整机进行了三维湍流流场模拟计算.计算中对压气机实体模型进行适应性很强的非结构三角网格划分,采用Realizable κ-ε双方程湍流模型模拟时均Navier-Strokes方程.利用热线风速仪对电动增压器出口截面的流量特性进行了测定.将计算的压气机出口流量特性以及速度场分布与实验值进行比较,结果基本吻合,这对电动增压器的结构设计优化具有重要的指导作用.     

Depinning Dynamics of Fluid Monolayer on a Quenched Substrate

Langevin simulations are preformed on the depinning dynamics of fluid monolayer on a quenched substrate. With increase in the strength of the substrate, we find for the first time a crossover from elastic crystal to smectic flows as well as a crossover from smectic to plastic flows above the depinning. A power-law scaling relationship can be derived between the drift velocity and the driving force for both the elastic crystal and smectic flows, but fails to be obtained for the plastic flow. The power-law exponents are found to be no larger than 1 for the elastic crystal flow and larger than 1 for the smeetic flow. The critical driving force and the averaged intensity of Bragg peaks remain invariant basically in the regime of smectic flow. A sudden increase in the critical driving force is observed within the crossover from the smeetic to plastic flows, and the averaged intensity of Bragg peaks shows sudden decreases within the crossovers both from the elastic crystal to smectic flows and from the smectic to plastic flows. The results are helpful for understanding the slip dynamics of fluids on a molecular level.     

激波与层流/湍流边界层相互作用实验研究

在超声速风洞中,分别对层流和湍流来流条件下的边界层和斜激波(激波强度足以引起流动分离)相互干扰进行了实验研究,利用纳米粒子示踪平面激光散射(NPLS)技术获得了两种条件下流场的精细结构图像;利用粒子图像测速(PIV)技术获得了两种条件下流场的速度场和涡量场;综合运用NPLS结果和PIV结果对比分析了两种流动的瞬时流动结构和时间相关性,实验结果表明:层流边界层内的分离区呈现出狭长的条状,而湍流边界层内分离区呈现出较规则的椭圆;在入射激波上游距入射点较远的位置,层流边界层外围拟序结构会诱导出一系列压缩波系,进而汇聚成空间位置不稳定的诱导激波,而湍流边界层则是在入射激波上游较近的地方直接形成较强且稳定的诱导激波;在入射激波下游,层流边界层内的膨胀区域较小且急促,膨胀后产生的再附激波很弱,而湍流边界层内的膨胀区域较大,膨胀后产生的激波较强。     

Depinning Dynamics of Fluid Monolayer on a Quenched Substrate

Langevin simulations are preformed on the depinning dynamics of fluidmonolayer on a quenched substrate. With increase in the strength of thesubstrate, we find for the first time a crossover from elastic crystal tosmectic flows as well as a crossover from smectic to plastic flows above thedepinning. A power-law scaling relationship can be derived between the driftvelocity and the driving force for both the elastic crystal and smecticflows, but fails to be obtained for the plastic flow. The power-lawexponents are found to be no larger than 1 for the elastic crystal flow andlarger than 1 for the smectic flow. The critical driving force and theaveraged intensity of Bragg peaks remain invariant basically in the regimeof smectic flow. A sudden increase in the critical driving force is observedwithin the crossover from the smectic to plastic flows, and the averagedintensity of Bragg peaks shows sudden decreases within the crossovers bothfrom the elastic crystal to smectic flows and from the smectic to plastic flows.The results are helpful for understanding the slip dynamics of fluids on a molecular level.     

水平管气液段塞流流量瞬变特性模拟研究

以Taitel 和Barnea(1998,1999)提出的段塞流跟踪模型为基础,进一步考虑加速压降的影响,建立了新的瞬态段塞流跟踪模型,并采用面向对象技术编制了数值模拟软件,实现了数值跟踪。计算结果与King等的段塞流气体流量瞬变实验数据对比表明,瞬态跟踪模型较好地预测了气体流量上升造成的段塞流压力“过升”现象,以及长液塞的出现;当气体流量下降时出现的压力“过降”现象和短暂分层流现象也由模型准确预测,分析认为,由于段塞流压降远高于分层流型,因此大部分液塞消失而出现的短暂分层流导致了压力过降。