湍流横掠固定颗粒的全尺度直接数值模拟

气固两相流模拟中,当固相尺度接近或大于Kolmogorov尺度时,普通的点源模型将不再适用,固体相的体积效应和表面效应将对流体相产生显著的影响。通过采用直接数值模拟方法,结合内嵌边界方法对湍流中不同湍流强度流体横掠大于Kolmogorov尺度的固相颗粒进行了全尺度模拟,讨论分析了在两种湍流度下方形颗粒对湍流的调制影响以及颗粒的受力情况。     

视密度加权的时平均统一二阶矩两相湍流模型

在气粒两相湍流的双流体模型中,颗粒相的视（表观）密度是有脉动的,在时平均的统一二阶矩（USM）模型中出现了和颗粒数密度或视密度脉动有关的项和方程,使模型方程比较复杂。实际上,用LDV或PDPA测量的流体（用小颗粒代表）和颗粒速度都是颗粒数加权平均的结果。因此,在视密度加权平均基础上推导两相湍流模型更为合理。通过推导和封闭了视密度加权平均的统一二阶矩模型（MUSM）方程组,改进了两相速度脉动关联的封闭,并引入了颗粒遇到的气体脉动速度及其输运方程。MUSM模型可以减少所用方程数,节省计算量。视密度加权平均的统一二阶矩两相湍流模型是一种对原有时间平均的统一二阶矩模型和改进和发展。     

k-D-a-B 模型和 Richtmyer-Meshkov 不稳定性的数值模拟

给出一个适用于流体力学数值模拟的湍流混合模型。由于引入湍流质量通量和密度脉动关联量的演化方程，它比一般的ｋ－模型能更准确地描述界面不稳定性引起的可压缩湍流混合过程，并且可以不需要人为给定初始湍流场。我们用同一套参数模拟了不同Ａｔｗｏｏｄ数的激波管实验，数值结果与实验基本一致。     

PANS模型在空化湍流数值计算中的应用

采用一种基于标准k-ε模型改进的局部时均化模型（Partially-Averaged Navier-Stokes Model,PANS）,并应用于空化流动计算。控制不同的模型参数,分别对绕平头轴对称回转体和Clark-Y型水翼的空化流动进行模拟,并与实验结果进行对比。结果表明：PANS模型中未分解湍动能比率fk的取值对预测空化流动的数值计算精度有重要影响,改变fk的取值可实现对不同滤波尺度范围内的求解;随着fk值的减小PANS的预测精度逐步提高,能在相对较大范围内求解较小尺度的湍流运动过程中,预测到湍流运动中强烈的非定常特性;同时可以比较准确地预测空化流场结构和动力特性。     

强旋湍流气－固两相流动的颗粒随机轨道法模拟

应用颗粒随机轨道模型，并与一种新的代数Ｒｅｙｎｏｌｄｓ应力模型相结合，对新型煤粉涡旋燃烧炉内强旋湍流气。固两相流动进行了数值模拟。得到了与实验相符合的颗粒相密度分布和质量流分布。计算结果表明，在涡旋燃烧炉内的强旋湍流流场中，外壁附近颗粒浓度最高，颗粒停留时间加长，气－固两相间滑移速度增大。     

沙粒粒径在水平水流中对湍流调制及减阻效应的影响作用

运用基于欧拉-欧拉方法的混合欧拉多相流模型结合雷诺应力湍流模型,对较大雷诺数下的水平固液两相湍流进行了数值计算,主要考察了以Kolmogorov尺度(约为2v/ur)为临界值的细小沙粒颗粒在5％的固相体积分数下对湍流场的调制及其减阻效应.研究发现,无量纲颗粒直径dp+≤2的小颗粒减小了固液两相湍流的雷诺应力,并且三个方向上的速度脉动也被不同程度地削弱;而dp+=4的大颗粒使缓冲层区域的雷诺应力稍增大,在增强法向速度脉动的同时对流向脉动有抑制作用,并且值得关注的是,较大颗粒的存在导致缓冲层中的部分区域出现了流变现象.在减阻方面,较小的颗粒(dp+≤2)有大致相同的减阻表现,而大颗粒(dp+=4)已经失去了减阻性能,总体上看,在所研究的情形下微颗粒的减阻性能随着其粒径的增大而降低.     

强吸气旋转圆筒壁面湍流边界层建模及计算

提出了湍流边界层的一种简单、快速计算方法, 用以求解强吸气作用下旋转圆筒表面边界层流动. 首先, 理论分析了同心圆筒间的旋转流体运动, 外筒静止、内筒旋转且为多孔吸气条件. 强吸气情况下旋转流动主要表现为内筒壁面附近的边界层流动, 基于这一事实得到了周向速度分布的解析表达式. 其次, 通过引入新参数扩展Cebeci-Smith代数湍流模型, 使其能考虑流线曲率、壁面吸气、低Reynolds数效应等因素. 针对这些因素的综合影响, 采用解析修正和经验参数对模型进行调整. 同时, 基于Reynolds应力湍流模型的仿真结果, 校准代数湍流模型中的经验参数. 最后, 给出基于广义Cebeci-Smith湍流模型的旋转壁面边界层流动的迭代算法, 该算法适用于需要特殊迭代过程的轴向及周向流动均匀情况. 计算了不同旋转速度和吸气强度组合工况下的边界层流动, 其周向速度和湍流强度分布与基于Reynolds应力湍流模型的计算结果非常接近. 并且表明, 当Reynolds应力湍流模型数值模拟预测内筒边界层为稳定层流时, 该方法也再现了相同初始条件下的层流边界层.      

水平液─固流中颗粒抑制湍流的行为和条件

用激光多普勒分相测量方法，考察了水平含颗粒水流的主流区，亚毫米颗粒对水流湍流有抑制行为，湍流削弱程度与颗粒浓度、流动发展长度、水流雷诺数等因素有关．按照不出现尾涡脱落和至少能响应一部分大尺度涡的运动这两个基本条件，分析了湍流抑制与有关参量的依赖性．结果表明，流动尺度和颗粒尺寸之比，对于颗粒消耗而不增生湍流起着最主要的作用．在一定的水流雷诺数下，只要这一比值很大，亚毫米颗粒就会表现出对湍流的抑制作用     

壁面温度在多参数下对平板边界层的影响研究

为了得到壁面温度在不同来流速度、不同湍流强度条件下对边界层转捩与减阻的影响规律,本文采用Transitionk-kl-ω模型对低来流速度下无压力梯度的光滑平板进行了数值模拟。结果表明,随着来流速度的升高,壁温升高所起到的减阻效果更好,即高来流速度对壁面温度更为敏感。当来流处于中高湍流强度下时,壁温升高能起到推迟转捩的作用,且随着湍流强度的升高,转捩推迟的效果越好,但减阻效果正好相反;当来流处于低湍流强度下时,壁温升高会使得转捩提前发生。壁温升高抑制了边界层内流体的脉动程度,使得层流的稳态不易被破坏,流动更加稳定;同时,壁温升高使得边界层内流体的速度梯度减小,从而降低了壁面摩擦系数,故壁温升高能起到推迟边界层转捩与减阻的作用。     

强旋湍流气－固两相流动的颗粒随机轨道法模拟

应用颗粒随机轨道模型，并与一种新的代数Ｒｅｙｎｏｌｄｓ应力模型相结合，对新型煤粉涡旋燃烧炉内强旋湍流气。固两相流动进行了数值模拟。得到了与实验相符合的颗粒相密度分布和质量流分布。计算结果表明，在涡旋燃烧炉内的强旋湍流流场中，外壁附近颗粒浓度最高，颗粒停留时间加长，气－固两相间滑移速度增大。     

水平流动边界层内气固相间作用的试验研究

应用三维粒子动态分析仪（threedimensionalparticledynamicsanalyzer）,测量了含有230μm颗粒的气固两相水平流的特性,特别是壁面边界层内的两相流动特性．结果表明颗粒载荷比（质量流率）对相间作用有较大影响,随颗粒流率的增加颗粒对气流平均速度和湍流的影响增大,颗粒使气流速度边界展变薄．颗粒和气流相互作用在不同方向上呈各向异性,颗粒对气流垂直方向的脉动影响较大．颗粒与湍流边界层气流的作用行为大致可以分成三个区域：贴壁区、中间区和外流区．     

水平液─固流中颗粒抑制湍流的行为和条件

用激光多普勒分相测量方法，考察了水平含颗粒水流的主流区，亚毫米颗粒对水流湍流有抑制行为，湍流削弱程度与颗粒浓度、流动发展长度、水流雷诺数等因素有关．按照不出现尾涡脱落和至少能响应一部分大尺度涡的运动这两个基本条件，分析了湍流抑制与有关参量的依赖性．结果表明，流动尺度和颗粒尺寸之比，对于颗粒消耗而不增生湍流起着最主要的作用．在一定的水流雷诺数下，只要这一比值很大，亚毫米颗粒就会表现出对湍流的抑制作用     

周期激励下单搭接接头强度与振动特性研究

主要研究汽车轻量化粘接结构在周期性振动载荷激励下强度与振动属性的改变。首先,利用实验手段,研究了振动载荷对单搭接接头疲劳特性的影响,分析了疲劳后接头的强度及模态频率的变化;其次,通过仿真分析方法,建立了基于经典双线性内聚力模型(Cohesive Zone Model)的单搭接接头静态及动态仿真模型,对胶接接头的模态频率、振型及加载开裂过程中胶层单元失效扩展进行模拟,与此同时,探讨了疲劳载荷对胶层内聚力模型的弱化效应。最后,利用SEM电镜分析手段,从微观上分析了粘接接头疲劳损伤及断裂机理。     

颗粒存在对网栅后气相流动湍流特性的影响

应用 L DV测试技术对方管内网栅后的气固两相流动 ,在颗粒平均粒径 Dp =0 .2 1 mm,颗粒质量浓度为 0 .2 4%、0 .36 % ;Dp =0 .35 mm,颗粒质量浓度为 0 .1 2 %、0 .2 1 %、0 .335 % ;Dp =0 .6 mm,颗粒质量浓度为 0 .1 6 %、0 .2 45 %、0 .34 5 % ;Dp =0 .9mm,颗粒质量浓度为 0 .2 0 5 %、0 .30 %多种工况下进行了测量 ,得出各种工况下气流脉动速度、湍动能沿流动方向的衰减规律 ,通过与纯气流条件下的实验结果比较 ,分析了颗粒浓度及颗粒尺寸对网栅后气相流动湍流特性的影响。根据测量结果 ,提出了一个在有固相颗粒存在时 ,关于湍流模型方程中模型常数 C2的修定方法。     

表面活性剂减阻溶液湍流流动研究进展

与聚合物添加剂相比,表面活性剂具有寿命长,不受机械力和高温影响发生降解的特点,目前被认为是最具有适用价值的减阻添加剂．针对表面活性剂湍流减阻机理,尽管已经开展了大量的实验研究、理论分析和数值模拟,但仍处于探索阶段,尚未定论．文中对目前国内外有关表面活性剂减阻溶液湍流流动的研究如平均速度、湍流强度、雷诺应力和相关系数等湍流统计量以及取得的成果进行了归纳和总结．目前普遍认为阻力减小是由流动垂直方向的湍流强度受抑和脉动速度分量解耦导致雷诺应力极大降低引起的．分析了目前研究存在的问题,对今后继续开展研究提出了自己的观点．      

k-D-a-B 模型和 Richtmyer-Meshkov 不稳定性的数值模拟

给出一个适用于流体力学数值模拟的湍流混合模型。由于引入湍流质量通量和密度脉动关联量的演化方程，它比一般的ｋ－ε模型能更准确地描述界面不稳定性引起的可压缩湍流混合过程，并且可以不需要人为给定初始湍流场。我们用同一套参数模拟了不同Ａｔｗｏｏｄ数的激波管实验，数值结果与实验基本一致     

用二阶矩模型研究Richtmyer-Meshkov不稳定性诱导湍流混合

发展了考虑密度脉动和各向异性湍流的二阶矩模型,强调了涉及湍流能量产生项的关联。采用该模型对Poggi等的激波管实验进行了模拟。通过与实验结果的比较分析,验证了采用的模型封闭、模型常数、数值算法和程序实现是合适的。在此基础上,进一步探讨了冲击马赫数和Atwood数对混合的影响。     

稳态条件下气溶胶粒子在口腔模型中的沉淀率

以实际人体解剖学数据为基础,利用流体力学软件构建了口腔模型。由于口腔形状不规则,流场中会有湍流产生,所以本文选用的是k-ω方程。在此基础上,假设吸入空气流量为一个常量,改变吸入气体、气溶胶粒子的物理参数,以调整St数的变化,模拟不同情况下气溶胶粒子运动情况。由模拟结果可知:气溶胶粒子在口腔中的沉淀率受粒子半径、密度、及流速的影响,并随这些量的增加而增加;沉淀率可以视作St数的函数,并随St数的增加而增加;气溶胶粒子在口腔中的沉淀分布受模型几何形状和湍流的影响,在喉部附近沉淀较为明显;粒子在口腔中将沿怎样的轨迹运动则取决于粒子在入口处的初始位置。     

稳定分层流密度界面处湍流混合与分形结构

采用室内混合箱研究稳定分层流(上层淡水、下层盐水) 无剪切密度界面处的湍流混合与分形结构. 湍流通过浸没在盐水层中的振动格栅产生, 密度界面结构通过在盐水层中添加荧光剂或染料可视化, 共进行12 组实验. 实验观测并记录了:(1) 淡、盐水密度界面距混合箱底部的平均高程(h);(2) 淡、盐水层的密度(ρ₀,ρ), (3) 淡、盐水密度界面. 其中, 淡、盐水密度界面通过照片、录像进行记录. 观测结果用于计算:(1) 盐水层密度;(2) 卷挟速度, (3) 整体理查孙数(Ri_o), (4) 二维、三维密度界面, (5) 二维、三维密度界面的分形维度. 结果分析发现:(1) 湍流卷挟率随Rio 增大而减小, 并且满足Ri_o的-3=2 或-7=4 幂律;表明随着湍流强度的减弱, 混合的速度也越来越缓慢;(2) 二维密度界面分形维度大于1, 三维密度界面分形维度大于2;表明二维、三维密度界面存在分形结构;(3) 分形维度随Ri_o的增大而减小;表明随着湍流强度的减弱, 密度界面也越来越趋于光滑.      

开缝对风力机翼型空气动力学特性的影响

以S809翼型为研究对象,用CFD数值模拟计算的方法研究了在失速条件下,风力机翼型上下表面同时开缝的被动控制策略对翼型空气动力学特性的影响。采用基于速度耦合的SIMPLEC算法进行数值模拟,将四种常用的湍流模型(Spalart-Allmaras、k-e、k-w、k-w-SST)在12°和24°攻角下的计算结果和实验数据对比,得出了最优于翼型计算的湍流模型为k-w-SST。分析了缝隙位置、宽度和斜率对翼型气动性能的影响。结果表明:当开缝位置位于分离点附近时,翼型气动性能最优;当缝隙宽度为弦长的2%时,翼型气动性能最优;当缝隙和弦线的夹角为75°时,翼型气动性能最优,且在攻角超过24°时开缝对翼型的气动性能有不利影响。