雷诺数的物理意义不容质疑

<正> 从动力相似的角度引出雷诺数的一个物理解释Re～惯性力/粘性力 (1)多少年来,它有助于流体力学工作者了解不同雷诺数范围内的流动特性,并在动力相似的概念指导下,建立与运动方程相应的近似表达式,解决了精确方程无法求解的问题,正因为如此.中外的流体力学类的书中大都没有忘记提及,雷诺数的物理意义是惯性力与粘性力之比.本刊一九八九年第五期发表了“关于雷诺数物理意义的质疑”一文,笔者认为并非雷诺数物理意义的解     

雷诺数的物理意义不宜变更

<正> 本刊自1989年第5期以来,发表了《关于雷诺数物理意义的质疑》等4篇文章,就雷诺数的物理意义展开学术讨论.对此,我们也想谈一点认识.雷诺数的物理意义一般解释为“特征惯性力与特征粘性力之比”或“惯性力与粘性力之比”.我们认为,现行这个解释不宜变更.理由如下:     

黏弹性流体纯弹性不稳定现象研究综述

近年来粘弹性流体流动的弹性不稳定性现象引起了越来越多学者的关注与研究,与牛顿流体惯性不稳定现象不同,这种现象是由粘弹性流体流动中的弹性应力和粘性力之间相互作用,使得在较低的雷诺数下即可产生复杂的流动分岔不稳定现象。当流动中的弹性数（表现为 Deborah 数 De 与Reynolds 数Re 的比值,其中 De 数定义为粘弹性流体的松弛时间和流动的特征时间的比值,Re 数表征流动中惯性力与粘性力之比）较大时,在 Re<相似文献   

注塑成型喷射现象数值模拟及机理分析

喷射是熔体充填过程中一种特殊流动形态,也是注塑成型的不良现象,为了预测射流长度、形态演化,揭示喷射的产生机理,建立了粘性、非等温的熔体三维流动模型,构造了熔体流动前沿演化的输运方程。用有限体积法离散控制方程,提出了压强与速度及速度与温度的两重解耦合方案,开发了模拟程序,分析了模拟成型过程中粘性力、惯性力、速度、温度、压力等物理量的大小及变化规律。基于模拟结果分析了粘性力、惯性力的大小对喷射的影响,发现:当惯性力大于粘性力时产生喷射现象,随着粘性力增大,射流变为蛇形流;射流长度依赖于注射速度,速度越大,射流越长,熔体温度对射流长度基本没有影响。此外,实验结果表明,注塑成型喷射现象数值模拟及机理分析方法可以较好地预测射流长度、蛇形流的形态以及蛇形流中、后端摆动幅度。     

EXPERIMENTAL STUDY ON PROPERTIES OF TURBULENT/NON-TURBULENT INTERFACE OVER RIBLETS SURFACES AT LOW REYNOLDS NUMBERS1)

湍流/非湍流界面是流动中湍流和无旋流的边界,其相关研究在加深对湍流与无旋流之间的物质、动量和能量交换的理解有重要意义.本文采用时间解析的二维粒子图像测速技术,分别对零压梯度光滑、顺流向锯齿形沟槽表面平板在不同雷诺数下对湍流/非湍流界面的几何特征及动力学特性进行了实验研究.实验雷诺数为$Re_{\tau } =400\sim1000$.本文采用了湍动能准则对湍流/非湍流界面进行了识别,并分析界面高度分布、分形特征及界面附近的条件平均速度和涡量.结果表明在不同雷诺数下, 无论是光滑壁面还是沟槽壁面,界面平均高度在0.8 $\sim$ 0.9$\delta_{99} $附近. 对于沟槽壁面而言,减阻时对应的界面高度的概率密度分布与光滑壁面基本一致, 均遵循正态分布,而当阻力增大时, 界面高度分布偏离正态分布出现正的偏度. 在本实验情况下,界面分形维度、跨界面速度跳变均会随着雷诺数增大而增大. 此外,不同壁面情况下无量纲条件平均涡量在界面附近的分布相近,而界面附近无量纲速度梯度最大值近似为常数.     

低雷诺数沟槽表面湍流/非湍流界面特性的实验研究

湍流/非湍流界面是流动中湍流和无旋流的边界,其相关研究在加深对湍流与无旋流之间的物质、动量和能量交换的理解有重要意义.本文采用时间解析的二维粒子图像测速技术,分别对零压梯度光滑、顺流向锯齿形沟槽表面平板在不同雷诺数下对湍流/非湍流界面的几何特征及动力学特性进行了实验研究.实验雷诺数为$Re_{\tau } =400\sim1000$.本文采用了湍动能准则对湍流/非湍流界面进行了识别,并分析界面高度分布、分形特征及界面附近的条件平均速度和涡量.结果表明在不同雷诺数下, 无论是光滑壁面还是沟槽壁面,界面平均高度在0.8 $\sim$ 0.9$\delta_{99} $附近. 对于沟槽壁面而言,减阻时对应的界面高度的概率密度分布与光滑壁面基本一致, 均遵循正态分布,而当阻力增大时, 界面高度分布偏离正态分布出现正的偏度. 在本实验情况下,界面分形维度、跨界面速度跳变均会随着雷诺数增大而增大. 此外,不同壁面情况下无量纲条件平均涡量在界面附近的分布相近,而界面附近无量纲速度梯度最大值近似为常数.      

圆柱绕流旋涡运动及离散涡方法

圆柱绕流问题最早是Stokes于1901年开始研究的。最近15年来,以圆柱非定常分离流为代表的非流线型物体绕流及伴随的旋涡运动受到很大重视。这主要是因为它与近代海洋工程、航空工程及工业空气动力学中不少急待解决的流体力学问题有关。例如,海洋平台桩柱、导管等所受的波浪力分析中,当结构物特征尺寸与波浪的波长相比较小(且K-C数在5—30范围内)时,柱后的旋涡脱落及它所诱导的力(引起构件的振动)是主要应考虑的问题,要给出正确的预计。导弹无侧滑大攻角飞行时背风面分离涡面的不对称运动产生不希望有的偏航力,分析其产生的机理,预计其大小并设法抑制这种力十分重要。此外还有气动噪声及高耸建筑物的风振问题等等。这些复杂问题的解决常常要以低速高雷诺数圆柱非定常分离流研究为基础。      

磁流体流动控制中的磁场配置效率研究

采用数值模拟方法研究了不同磁场空间构型对弹道式再入飞行器基准外形表面热流分布的影响. 计算模型为低磁雷诺数近似下的磁流体力学模型. 数值模拟结果表明两个大小相同、方向不同的磁偶极子对表面热流密度分布的影响存在较大差异,由此指出热流控制应用中磁场配置的效率问题. 随后的磁场详细作用机理分析表明上述差异的原因在于不同空间磁场分布对流动能量转化机制的影响不同. 以此为基础给出了在流动的不同区域,磁场空间分布应遵循的一般性原则.      

低雷诺数时卡门涡街的重新排列

本文研究了风洞里低雷诺数时,圆柱体尾流中卡门涡街的重新排列。用烟雾法显示了尾流中的流谱。用热线技术测量了尾流中速度脉动的波形、自关联和频谱。在纯卡门涡旋区域中,当雷诺数低于160时,观察到卡门一次涡街在下游的一段距离处解体。发现了另一种形状的卡门涡街,它以较大的尺度出现在更下游的地方,在雷诺数高于160时,便观察不到涡街的这种重新排列。在二次涡街中相邻二涡旋间的流向距离同一次涡街中相应距离之比与雷诺数成反比。当雷诺数低于160时,在尾流中测出的速度脉动的波形、自关联及频谱清楚地表明二次涡街的出现。在一次涡街中,两条涡列之间的横向距离同相邻两个涡旋之间的流向距离之比沿下游方向增大,但这个比值在近尾流处要比卡门理论值0.281小,在下游位置处则要比理论值大。在下游处涡核的尺寸增大,但环量几乎不变。      

关于宇宙气体动力学

宇宙气体动力学是研究天文环境的气体动力学。它用气体动力学的理论和方法解释、分析星际介质与恒星大气中出现的天文现象,从而阐明天体的演化与运动规律,是一门涉及天体物理学、气体动力学、等离子体物理学与磁流体力学的边缘学科。天文介质(包括星际介质与恒星大气)的主要特点是低密度,有强辐射物,其中的微观过程与通常的气体动力学介质有很大区别,必须加以详尽分析。因此,宇宙气体动力学又可称为“有辐射场的微观气体动力学”     

气象流体力学研究的若干问题

自从50年代初大型数字电子计算机问世后,天气预报方法发生了一次飞跃,出现了定量化的数值天气预报方法。这种方法,确切地应称为天气预报的流体力学方法,因为它的理论基础本质上是流体力学的。由于大气运动是发生在科里奥利旋转力场中的,在运动过程中又存在着各种形式的能量间的转化,再加上有下垫面边界条件在运动学和能量供给方面的约束,比起一般经典流体力学所研究的对象来,大气运动有它自己的特殊性。因此,不妨称气象学中研究大气运动的动力学部分为气象流体力学。本文主要就其中与数值天气预报的发展有关的若干问题作一简单介绍。     

流态实验装置的改进

<正> 在流体力学或水力学的教学中,雷诺实验和阻力实验占有重要的地位.在雷诺实验中未揭示出层流向紊流过渡的流动图象,用着色法的流动显示技术很难测到下临界雷诺数为2000.阻力实验也难于测出阻力的五个流动区域.为了解决雷诺实验与阻力实验教学中所存在的上述问题,我们制成了一套流态综合实     

流动分离的渐近理论

引言高雷诺数外部和内部粘性绕流问题,一直是航空、航天和其他许多应用流体力学领域的一个核心问题。由于实际边界条件极为复杂,在工程计算中用解析或数值方法直接求解Navier-Stokcs方程(简写为N-S方程)几乎是不可能的,何况仅靠数值解也不能充分揭示流动中本质的物理现象。因此,今后一个长时期里,利用流动的高雷诺数特点对N-S方程进行渐近展开,对于把握流动机理、指导实验研究、建立正确的简化计算模型乃至开展定量分析来说,都是一条重要的途径。      

聚变堆相关的液态金属膜流初步实验研究

在磁约束核聚变堆的面对等离子部件设计中,液态金属锂膜流因具有带走杂质、保护面对等离子固壁等优点而被认为是优选方案之一.然而,如何克服聚变堆中强磁场环境下产生的磁流体力学效应并形成大面积均匀铺展锂膜流动是目前亟需解决的问题.本文通过搭建室温液态镓铟锡回路和高温液态锂回路,开展了两种不同特性的液态金属膜流实验,并采用传统可视化方法获得了展向磁场存在时镓铟锡和锂在导电底板形成的液膜流动表面特征.实验结果表明:无磁场时,两种液态金属膜流流动表面波动特性与常规流体膜流均一致,即随着流动雷诺数的增加表面波动变得更为混乱;而展向磁场存在时,镓铟锡膜流表面波动变得更为规则,且沿着磁场方向平行排列,表现为拟二维波动的特征;而锂膜流却产生了明显的磁流体力学阻力效应,表现为在流动方向局部产生锂滞留现象,且滞留点随雷诺数增大向下游移动.最后通过膜流受力分析,进一步阐述了锂膜流受到比镓铟锡膜流更为严重磁流体力学效应影响的原因.     

壁湍流相干结构和减阻控制机理

剪切湍流中相干结构的发现是上世纪湍流研究的重大进展之一,这些大尺度的相干运动在湍流的动力学过程中起重要作用,也为湍流的控制指出了新的方向.壁湍流高摩擦阻力的产生与近壁区流动结构密切相关,基于近壁区湍流动力学过程的减阻控制方案可以有效降低湍流的摩擦阻力,但是随着雷诺数的升高, 这些控制方案的有效性逐渐降低.近年来研究发现, 在高雷诺数情况下外区存在大尺度的相干运动,这种大尺度运动对近壁区湍流和壁面摩擦阻力的产生有重要影响,为高雷诺数湍流减阻控制策略的设计提出了新的挑战.该文将对壁湍流相干结构的研究历史加以简单的回顾,重点介绍近壁区相干结构及其控制机理、近年来高雷诺数外区大尺度运动的研究进展,在此基础上提出高雷诺数减阻控制研究的关键科学问题.      

无限长带状收缩的磁流体力学平衡和稳定

一、引言 由于拉长截面环形等离子体在实验中有较好的稳定性,因此不少受控理论工作者对它的磁流体力学平衡、稳定进行了研究。因其几何形态复杂,在过去的工作中都认为等离子体紧贴导体壁,实际上在等离子体与导体壁之间总有一低密度区——“真空区”存在,本文的目的就是讨论这种自由边界等离子体的平衡、稳定性质。因为在带状收缩演化早期,本质上是一个一维问题,其半高与半宽之比也很大,有的达10—14,因此文中取一无限长的中空圆管作为高度拉长带状收缩的近似,并根据[4]中的实验结果,     

超高速自由飞弹道靶和二级轻气炮

超高速自由飞弹道靶是最重要的现代气动试验设备之一。由于它是超高速范围内唯一能同时模拟再入飞行器马赫数、雷诺数和焓值的一个设备,而且与风洞类设备相比有洞壁干扰较小,无模型支承干扰、不存在流场品质好坏问题和在一个设备上仅通过对模型发射参数的调整,即能实现很宽的马赫数模拟等优点,因此,在高超声速气体动力学和再入气动物理学研究中,能发挥特殊重要的作用。     

弱引力场中活塞运动的球对称解

本文研究在弱引力场中活塞球对称运动的气体动力学过程。取特征重力逃逸速度与流体质点运动特征速度之比为小参数展开,零级近似是活塞运动的普通气体动力学球对称问题。一级近似表明了引力场的影响。数值结果给出了活塞与激波间的流场。对强激波给出了分析解。分析讨论了本结果与平面活塞及柱对称解的差别,以及球对称条件下引力场的影响。     

地球物理流体力学简介

地球物理流体力学,是流体力学的一个古老而又年青的独立分支。研究内容包括:地球大气、海洋、河流、地幔等的动力学,海洋大气相互作用,以及分层流体、旋转流体的一般理论等。它具有尺度大,需要特别重视密度(或熵)的不均匀性,重力与科里奥利力的作用等特点。虽然,早在一两个世纪以前,就不断有许多流体力学家注意研究与地球科学相关的      

我怎样讲授边界层概念

本概述作在本科生流体力学课程中讲授边界层概念的体会：一方面通过实例反复阐明雷诺数极限下在物面附近引入边界层概念的必要性;另一方面通过反复练习培养学生掌握量阶分析方法。