大涡模拟研究展向旋转槽道湍流流动

本文用大涡模拟预测了以不同转速做展向旋转的槽道湍流流动,统计平均的流向速度型在壁面附近与已有实验数据符合很好,在通道中部的预测差异也能给出合理解释,对比不同转速的计算结果,表明展向旋转通道的湍流应力和壁面摩擦力在压力面附近提高、在吸力面附近降低,这些高阶湍流统计量的变化规律可以结合湍流应力输运方程加以解释,漩涡识别技术显示了近壁条带结构,其形态和猝发率受旋转附加力的影响发生改变,进而影响壁面摩擦速度的数值和分布,进一步考察垂直流动方向的截面内速度分布,发现旋转引起了垂直壁面方向的流动,形成正负相间排列的流向涡对,并随着转速的增加向压力面靠近。      

平面湍流混合层的准相似性理论

本文应用周培源的理论,给出了不可压缩平面湍流混合层的一级近似解,我们考虑连续性方程,平均运动方程和二阶脉动速度关联方程,忽略二阶脉动速度关联方程中的三阶关联项,并引进自模拟假设,得到了和实验符合的平均速度,二阶脉动速度关联项和湍流微尺度等的理论计算结果。     

一类平衡大气边界层边界条件研究

基于标准k-ε湍流模型,首先利用湍流粘度方程和剪切应力在整个边界层内恒定的假设,推导出一类耗散率表达式,并根据常用的湍动能入口剖面方程以及平均风速剖面方程,计算获得相应的耗散率方程;然后在输运方程中添加自定义源项,通过已经确定的平均速度方程、湍动能方程、耗散率方程计算得到相应输运方程的自定义源项表达式,并进行空风洞数值模拟,从而得到了一类满足平衡大气边界层的来流边界条件．通过将这种边界条件与由湍流平衡条件得到的边界条件进行比较,表明本方法获得的边界条件更适用．并且,本方法无需考虑修正壁面函数和修正湍流模型常数,因而计算更为简单,可为平衡大气边界层的研究提供一种新的思路．     

再入飞行器湍流尾迹流场研究

再入飞行器湍流尾迹流场状况，直接关系到飞行器的雷达散射特性。对再入飞行器湍流尾迹等离子体场理论模型，试图通过湍流模式理论来表达，即使用κ－ε－g模型方程来封闭平均化的全Navier-Stokes方程，从而准确获得流动平均场和脉动场信息。使用的N－S平均方程由质量加权平均过程产生，湍流模型方也经过可压缩性修正。真实气体效应重点考察空气处于局部热化学平衡状态。流动控制方程运用一个二阶TVD格式的有限体积法求解，以一典型小钝锥体零攻角再入飞行为例，计算了在两种高程（H－40km和H＝30km)条件下的高超声速湍流尾迹流场。获得的尾迹流场参数与流动物理状况符合，并且湍流脉动参数与已有相应的实验结果定性一致，初步证实该方法合理。     

k-ω SST湍流模式三维激波分离流动修正

“激波?边界层分离”是航空气动领域的典型湍流非平衡流动问题, 准确模拟激波分离对于跨声速飞行器气动性能评估和优化设计具有重要意义. 然而传统涡黏性湍流模式中涡黏性系数的定义方式并不适用于非平衡流动, k-ω SST湍流模式为此引入的Bradshaw假设在应用于三维强逆压梯度和较大分离流动时反而限制了雷诺应力的生成, 导致包括k-ω SST在内的常用涡黏性湍流模式均无法对此类流动进行准确模拟. 同时, 现有的非线性雷诺应力本构关系也并不能有效提高模拟精度. 为此, 针对k-ω SST模式分别提出了基于Bradshaw假设和基于长度尺度的两种激波分离流动修正方法. 前者通过提高Bradshaw常数的方式放宽了对雷诺应力生成的限制, 后者则从湍流长度尺度概念出发, 利用混合长度理论、湍动能生成/耗散之比和一种新定义的长度尺度之比构造了ω方程耗散项修正函数, 提高了模式在三维激波分离流动中的建模长度尺度. 两种方法对ONERA M6机翼跨声速大攻角流动均能得到较雷诺应力模式更好的模拟结果. 进一步的雷诺应力分析表明, 三维激波分离流动中“主雷诺应力分量”的概念不再成立, 各雷诺应力分量大小接近. 网格收敛性分析、对其他攻角状态的验证以及湍流平板边界层壁面律验证进一步确认了所提出的两种修正方法的合理性、有效性和通用性.      

湍流的分形特征

综述了湍流分维测量的最新成果,涉及湍流分维测量的传统证据、分维测量方法以及湍流分维测量成果,重点详细介绍了湍流分维测量的各种方法及其优缺点,讨论了各家的测量成果,指出了具有广泛影响的 Ｓｒｅｅｎｉｖａｓａｎ等人使用的分维测量方法存在的问题,介绍了作者最新的成果．最后,综述了Ｎ－Ｓ方程与分形、标度律、湍流的理论分形模型等与湍流分维应用相关的领域的最新进展．对湍流分形研究进行了讨论和展望      

不可压N-S方程高效算法及二维槽道湍流分析

构造了基于非等距网格的迎风紧致格式,并将其与三阶精度的Adams半隐方法相结合,构造了求解不可压N－S方程高效算法。该算法利用基于交错网格的离散形式的压力Poisson方程求解压力项,解决了边界处的残余散度问题;同时还利用快速Fourier变换将方程的隐式部分解耦,离散后的代数方程组利用追赶法求解,大大减少了计算量。通过对二维槽道流动的数值模拟,证实了所构造的数值方法具有精度高,稳定性好,能抑制混淆误差等优点,同时具有很高的计算效率,是进行壁湍流直接数值模拟的有效方法。在数值模拟的基础上对二维槽道流动进行了分析,得到了Reynolds数从6000到15000的二维流动饱和态解（所谓“二维槽道湍流”）;定性及定量结果均与他人的数值计算结果吻合十分理想。对流场进行了分析,指出了“二维湍流”与三维湍流统计特性的区别。     

障碍物对丙烷-空气爆炸火焰加速的影响

研究了障碍物阻塞率、障碍物间距、障碍物空间位置对丙烷-空气爆炸过程及火焰加速效应的影响。采用雷诺平均（RANS）方程和湍流火焰封闭燃烧模型计算非稳态燃烧过程,主要分析障碍物周围复杂流场特性以及湍流涡与火焰面作用的详细机理。结果表明:阻塞率在0.5~0.7时,障碍物间距对火焰加速效果的影响较大,其中障碍物间距为一倍管径时火焰加速效应最大;而障碍物的空间位置对火焰传播的影响更为显著,当障碍物位于管道单侧时,湍流涡强度最大,火焰褶皱最明显,火焰传播速度最快。     

湍流流动和传热整体传输特性的数学分析

湍流是极为普遍的流动现象, 整体传输特性和外部驱动力之间的关系是各类湍流流动和传热问题研究的中心问题. 对近年来Doering和Constantin发展的直接从Navier-Stokes方程推导出湍流流动和传热整体传输特性的显式界的变分方法进行了评述, 重点介绍了平面Couette湍流流动、平面槽道湍流流动和Rayleigh-Benard对流这几种典型的湍流流动和传热整体传输特性的显式界的数学分析. 最后, 讨论了存在的问题并对该领域今后的研究方向进行了展望.      

宽速域下神经网络对雷诺应力各向异性张量的预测

基于Pope修正的有效黏度假设,张量基神经网络(tensor based neural network,TBNN)构建了从雷诺平均方程湍流模型(RANS)的平均应变率张量和平均旋转率张量到高精度数值解的雷诺应力各向异性张量的映射.将高精度数值解用于TBNN的训练,从而使TBNN根据RANS求解的湍动能、湍流耗散率和速度...     

基于紊流状态的阻尼阀缝隙节流解析计算

提出了一种基于紊流状态的缝隙节流解析计算方法. 运用边界层理论给出紊流状态下流体的三层速度分布表达式,通过积分定理推导出平行平板的缝隙流量解析式,与CFD 软件数值解对比偏差很小,验证了方程的正确性. 以此为基础根据阻尼阀的结构特点又推导出同心环形缝隙的紊流流量公式,并分析不同物性参数对缝隙压差和流量的影响规律,填补了工程设计中没有紊流状态下缝隙节流解析式的空白,为提高阻尼阀的设计精度奠定了基础.     

Modern turbulence and new challenges

The paper briefly reviews the progress in turbulence research in the 20th century and a number of issues are addressed based on achievements. The modern theroy of Navier-Stokes equation provides the theoretical basis for the development of turbulence research. The significance and bottle neck of DNS and the physical experiment in exploring turbulent flows are analyzed. The active manipulation of turbulence is directly guided by the knowledge of large-scale coherent structures. The existing problems in the large-eddy simulation are also pointed out. Scalar turbulence, which behaves quite different from fluid turbulence in many aspects, has drawn much attention in recent years. Besides the analysis of the difficulties in turbulence research, a number of examples are also presented to show how to use modern theory, computer and high technology to explore the nature of turbulence. The project supported by the National Natural Science Foundation of China (NSFC) (19572041 and 19732005)     

On the closure problem of turbulence model theory

ＯＮＴＨＥＣＬＯＳＵＲＥＰＲＯＢＬＥＭＯＦＴＵＲＢＵＬＥＮＣＥＭＯＤＥＬＴＨＥＯＲＹＴｓａｉＳｈｕ－ｔａｎｇ（蔡树棠）ＬｉｕＹｕ－ｌｕ（刘宇陆）（ＳｈａｎｇｈａｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ;ＳｈａｎｑｈａｉＩｎｓｔｏｆＡｐｐｌ．Ｍａｔｈ．ａｎｄＭｅｃｈ．,...     

NUMERICAL SIMULATION OF WING-BODY JUNCTION TURBULENCE FLOW

Wing-body junction turbulence flow is simulated by using RANS equation and boundary fitted coordinate technique.Three order differential scheme is used in the computation of convection term and two layers turbulence model are employed in the calculation.     

Nonlinear dynamical systems and bistability in linearly forced isotropic turbulence

In this paper, we present an extensive study of the linearly forced isotropic turbulence. By using analytical method, we identify two parametric choices, of which they seem to be new as far as our knowledge goes. We prove that the underlying nonlinear dynamical system for linearly forced isotropic turbulence is the general case of a cubic Lienard equation with linear damping. We also discuss a FokkerPlanck approach to this new dynamical system, which is bistable and exhibits two asymmetric and asymptotically stable stationary probability densities.     

Closure of the two-point correlation Equation as a basis for Reynolds stress models

A closure model for the von Kármán-Howarth-Equation is introduced. The model holds for a wide range of well accepted turbulence-theories for homogeneous isotropic turbulence, as there is Kolmogorovs first and second similarity hypothesis and the invariant theory, which is a generalization of Loitsianskiis and Birkhoffs integrals. Experimental verification supports the model in a range of reliable data and numerical calculations produces nearly identical results with the EDQNM theory. Supposing locally isotropic turbulence a moment expansion of the correlation equation brings out the production term in the -equation in a modified form. The deviation of from 3/2 emerges from the nonlocal dependence of dissipation.     

Experimental study of 3D turbulence by solving an inverse problem

The problem of the investigation of 3D turbulence from the projected data is studied here. It is shown that statistical information about turbulence can be recovered in such situations through a solution of an inverse problem. Unlike earlier papers, the adopted model of the turbulence envisages the turbulence characteristics to vary inside the 3D volume. Analytical solutions expressing turbulence characteristics (correlation functions, spectra) in terms of experimental data are found for this realistic model.     

Localization and approximation of attractors for the Ginzburg-Landau equation

This paper studies the long-term behavior of solutions to the Ginzburg-Landau partial differential equation. For each positive integerm we explicitly produce a sequence of approximate inertial manifolds _m,j ,j = 1, 2,..., of dimensionm and associate with each manifold a thin neighborhood into which the orbits enter with an exponential speed and in a finite time. Of course this neighborhood contains the universal attractor which embodies the large time dynamics of the equations. The thickness of these neighborhoods decreases with increasingm for a fixed orderj; however, for a fixedm no conclusion can be made about the thickness of the neighborhoods associated to two differentj's. The neighborhoods associated to the manifolds localize the universal attractor and provide computabie large time approximations to solutions of the Ginzburg-Landau equation.     

关于湍流标度律的争鸣

研究湍流结构函数的标度律。实验或数值模拟得到的湍流结构函数的标度指数是奇异的。很多学者认为:这一实验事实否定Kolmogorov1941年(K41)提出的正常标度律,各向同性湍流惯性区的标度律是奇异的。近年来作者发表一系列文章,提出不同的观点:由于有限雷诺数效应,有限雷诺数湍流的标度指数不等于真正的惯性区标度指数,湍流结构函数的标度指数的实验数据并不否定K41正常标度律,各向同性湍流惯性区的标度律可能是正常的。惯性区奇异标度律和正常标度律对应的湍流物理本质是完全不同的,因而研究解决这个争论具有重要的意义。