湍流能量耗散率标度律实验研究

应用粒子图像测速(PIV)系统对平板湍流边界层内流向和法向的瞬时速度进行了测量。湍流的能量耗散率由轴对称假设得到,同时在研究湍流动能耗散率标度律的过程中采用传统的统计学方法。实验结果显示,对于不同尺度上和不同法向位置湍流耗散率标度律来说,湍流耗散主要发生在小尺度上,也就是说湍动能耗散率标度律在小尺度上具有普适性。另外,根据层次结构理论假设,通过PIV实验数据对最高激发态的标度指数进行了研究,结果发现,最高激发态存在绝对标度指数,并且绝对标度律是由信号中最强耗散涨落的局部结构产生的。     

多孔介质结构对渗流惯性效应的影响规律研究

本文通过局部展开算法研究了多孔介质中排列结构对非线性渗流规律的影响．计算结果表明：规则排列结构的渗流标度律和渗流方向相关，然而非规则排列结构的渗流标度律不依赖于渗流方向而只依赖于多孔介质的几何结构．伴随着排列结构的非规则程度增强，不同方向的渗流阻力变化规律的差异性减小．当流场输运区域较为复杂且不存在较宽直通道时，渗流阻力在较宽雷诺数范围内体现出较为明显的标度律特性．周期性强非规则排列结构中不同区域大小的模型却具有相似的渗流阻力的标度律特性，同时标度律特性与孔隙度的大小相关性不大．阻力非线性标度律由多孔介质结构的不同而取值为2至3之间．     

壁湍流边界层奇异标度律的实验研究

采用热线风速仪对平板湍流边界层的流向速度进行测量,用速度结构函数研究不同尺度结构标度律的变化规律,结果显示小尺度区的概率密度曲线尾部明显偏离高斯型,说明高幅值间歇性事件占的份额较多;惯性子区的曲线向高斯型靠近,间歇性事件所占份额减少;大尺度结构的曲线趋于高斯型,间歇性事件所占份额最小。在耗散区、惯性子区和较大的尺度结构区存在大小不同的绝对标度指数,越靠近壁面这些区域的标度指数均越偏离p/3而逐渐变小。绝对标度指数与边界层位置有关,在缓冲层各阶标度指数与线性标度律偏差很大,显示较强的奇异性,当过渡到对数层及外区,标度指数逐渐增大,接近均匀各向同性湍流的状态。缓冲层、对数层及外区具有各异的绝对标度指数增长率,与各层的不同湍流结构特征和运动形式有关。     

壁湍流相干结构尺度及边界层内的SL标度律

利用高分辨率、高帧率PIV系统对湍流边界层中相干结构的多种空间尺度和边界层内SL 标度律在不同尺度下的具体表达形式进行了实验研究. 实验在两个动量损失厚度雷诺数 (Re_{\theta}=628.5和Re_{\theta}=1032.9)下测量平板湍流边界层中缓冲 层、对数区和外区的二维瞬时速度场. 应用 小波分析以及传统的统计学方法，在垂直于平板和平行于平板的平面内考察平板湍流边界层 中存在的相干结构的流向和展向尺度，并与已知的相干结构尺度实验结果进行了对比分析. 利用在动量损失厚度雷诺数628.5下测得的数据，对多种脉动结构(脉动速度结构等) 的空间关系及其标度律进行了研究. 第2项工作直接利用湍流边界层空间速度分布，对多种 流场尺度结构内部的She-Leveque(简称SL)标度律及自相似律进行了验证. 结果表明，各 单一流场尺度结构内部，流向脉动速度{\pmb u}'、法向脉动速度{\pmb v}'及 脉动涡分量\d {\pmb v}'/\d {\pmb x}的统计结构量均存在明显的标度律，标度 指数的形式与自相似律和SL标度律均非常吻合，只是常数随流场尺度的不同而不同， 且呈现一定的规律性. 但对于结构量的五阶矩随距离l的研究表明，自相似律和SL 标度律成立的范围并不完全一致，同时标度律成立的范围大小与流场尺度有明显关系.     

壁面湍流标度律的PIV实验研究

利用高分辨率、高帧率PIV系统对湍流边界层内的自相似标度律在不同的壁面距离的具体表达形式进行了实验研究。在动量损失雷诺数（Reθ=2167）下测量平板湍流边界层内的二维瞬时速度场。应用小波分析和传统统计学方法，在垂直于平板的平面内，对不同法向位置的自相似的标度律的具体形式及其随尺度的变化情况进行考察，并与已知的She-leveque（简称SL）标度律进行比较分析。结果表明，越接近壁面，结构函数的概率密度曲线尾部越宽，表现出逐渐增强的间歇性；并且随着壁面距离的减小，ESS标度律曲线与SL标度律曲线之间的差别也就越大，而新形式标度律曲线则与SL标度律曲线的差别逐渐减小。在提取的结构尺度一样时，结构函数的标度指数随法向位置的不同变化不大，但是随着提取结构尺度的增加，两种形式的标度律适用的尺度范围也在逐渐增大。     

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Kolmogorov 1941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。     

用子波变换检测壁湍流信号局部标度指数

本文用子波变换检测了刻画壁湍流脉动信号自相似性的局部标度指数，研究了不同尺度的湍流结构的自相似性，发现在湍流边界层猝发过程中，喷射和扫掠发生时刻小尺度脉动速度信号的局部标度指数为负值，说明在大尺度猝发事件发生的时刻小尺度结构具有奇异的自相似性，在猝发过程中其作用不仅仅是对湍能的耗散．     

二维槽道湍流的标度律分析

对不同Reynolds数的二维不可压槽道湍流（即二维槽道流动的扰动饱和态）进行了标度律分析.指出二维槽道湍流中存在明显的标度律及扩展自相似性;分析了标度指数随着流动Reynolds数的变化,指出随着Reynolds数的增长,标度指数的奇异性并没有减小的趋势;由此推测充分发展的二维槽道湍流的标度指数也是奇异的、将所得计算值和余振苏等人的SL标度律预测值相比较,认为余等人的SL标度律公式能很好描述二维湍流.     

考虑惯性效应的渗流方程及相关阻力标度律

本文基于体积平均法推导得到了多孔介质中考虑惯性效应时的局部线化宏观流动方程,由此可以递推得到较大雷诺数Re 时Navier-Stokes 方程的解,从而避免了直接求解Navier-Stokes 方程所带来的计算成本高和计算稳定性差的问题．针对正方形周期排列模型的算例表明,平均速度方向与宏观压力梯度方向并不总是一致,一般情况下,随着Re 增大,二者差异也会增大．当固定平均速度方向v ? 时,压差阻力在较大的Re 范围内存在标度律,标度指数约为3．该标度指数与弱惯性区域标度指数一致,但弱惯性区域Re 范围仅为0相似文献   

固体跨尺度压痕标度律的研究与展望

压痕标度律是对通过压痕试验方法测定固体材料力学性能参量问题所给出的一般性结论, 具有重要的理论意义, 是探寻材料力学性能潜在规律的方法论研究. 本综述论文系统而简要地介绍如下主要内容: 采用传统理论对传统固体材料压痕标度律的研究回顾; 采用跨尺度力学理论对先进固体材料的跨尺度压痕标度律的研究回顾. 总结并得到了如下主要结论: 传统固体材料压痕标度律可由一空间曲面完整描绘, 若进一步已知某类无量纲独立参量的取值范围, 则该空间曲面可退化为系列平面曲线族; 先进固体材料(新材料)的跨尺度压痕标度律可由一个三维函数关系完整描绘, 若存在某类独立无量纲参量取值范围已知, 则该三维函数关系将退化为系列空间曲面族. 压痕标度律的未来研究发展仍将重点集中在建立新材料的跨尺度压痕标度律上, 以试图从根本上解决新材料力学性能标准规范难以建立的理论问题. 除此之外也将重点关注建立各类功能新材料的多尺度及跨尺度压痕标度律规律.      

A kind of fast changing coherent structure in a turbulent boundary layer

Coherent structures of a turbulent boundary layer were investigated by hydrogen bubble method. A kind of fast changing structure was observed. That is a spot in which all the hydrogen bubbles vanish much faster than in other regions. This investigation verified that dark-spot is formed by a strong sweep from outer layer. Inside a dark-spot the local instantaneous flow speed might be four times of its neighboring high-speed streaks. Comparing with the low/high speed streaks, both dark-spot and the vortical structures around it are changing very fast. Around dark-spot intensive shear layers are formed and indications of the generation of small-scale structures could be observed. The project supported by the National Natural Science Foundation of China (No. 19672004) and the National Climbing Project     

利用子波分析对平壁湍流猝发现象的研究

利用槽道湍流直接数值模拟的数据库,采用子波分析的方法。对平壁湍流猝发现象的多尺度特性进行了研究,在不同惊讶上对猝发平均周期进行了统计,并利用局部标度指数研究了猝发过程的奇异性。     

Scaling impacted structures when the prototype and the model are made of different materials

By properly applying scaling laws, it is possible to infer the behaviour of a structure from the response of a similar model whose dimensions are scaled by a factor β. In some cases, however, e.g. in the case of strain rate sensitive structures under severe dynamic loads, these laws become distorted, severely limiting this approach. In this article, a methodology for the correction of this distortion is explored for the case when the structure and the model are made of different materials. It is shown that the behaviour of a structure, say, made of mild steel, can be forecast from the response of a model, say, made of aluminium. The technique here detailed is shown to be valid for simple structures subject to axial and transverse impact loads.     

Structure Functions in Complex Flows

The turbulence in the ocean and atmosphere is most of the time non-homogeneous in nature. These spatial changes could affect the structure of the turbulence. In this work a classification is proposed to determine the intermittency and mixing ability. The variation of the structure functions and the scaling exponent in decaying non-homogeneous turbulence produced by a grid and by a jet is measured with a sonic velocimeter SONTEK3-D. We use Extended Self Similarity (ESS) to obtain better estimates of the scaling exponents of the structure functions of order up to the 6th. We study the variation of the absolute scaling exponents _p and relative scaling exponents ¯_p as a function of distance from the source of turbulence. In most cases, the absolute scaling exponent ₃ is shown to vary as function of the separation distance l. On the other hand the relative scaling exponents ¯_p depend on the location of the flow and in most cases the deviations from the Kolmogorov 1941 scaling are related to the intermittency.     

Detection of the support damage of spatial steel structures under earthquakes based on shaking table test

There are always some local damages in spatial steel structures induced by strong earthquakes, such as welding cracks of steel nodes, anchor loose of supports etc. If these local damages of spatial steel structures occur, there will be serious dangers to the structural safety. In order to detect the position of local damage under earthquake quickly and accurately, the method of support damage diagnosis of spatial steel structures under earthquakes is studied by using wavelet packet decomposition, data fusion and cluster analysis. Furthermore, a scale model of spatial steel structure was tested on a seismic simulation shaking table to detect the position of damaged support. Results show that the damaged support position can be detected accurately by using the method proposed in this paper, which has practical applications to the damage detection of spatial steel structures.     

结构设计中的混沌优化方法及其改进

在变尺度混沌优化方法研究中．结合结构优化问题的特点，提出了一种改进的混沌优化求解算法，用来解决带有多种约束条件的结构优化设计问题。在有限元分析和优化设计软件JEFIX中实现了上述算法．并通过数值算例讨论了变尺度混沌优化方法在结构优化中的可行性及存在的问题，得到了一些重要结论。