动态亚网格二阶矩湍流燃烧模型

在二阶矩亚网格燃烧模型的基础上,考虑了密度脉动,提出了动态亚网格二阶矩燃烧模型(Dynamic-LES-SOM)。在此模型中,反应项由平均反应项和亚尺度反应项组成,所有的系数都是通过动态计算得到。使用该模型对美国Sandia国家实验室Flame C进行了计算,并且与忽略密度脉动的二阶矩亚网格燃烧模型结果进行对比。结果发现,DynamicLES-SOM燃烧模型计算结果与实验值吻合得很好,较忽略密度脉动的二阶矩燃烧模型有所提高。     

高聚物减阻溶液对壁湍流输运过程的影响

基于相同雷诺数下清水和高分子聚合物溶液壁湍流的高时间分辨率粒子图像测速技术(time-resolved particle image velocimetry, TRPIV)的对比实验, 从高聚物溶液对湍流边界层动量能量输运影响的角度分析其减阻的机理. 对比两者的雷诺应力发现高聚物的存在抑制了湍流输运过程. 这一影响与高聚物对壁湍流中占主导地位的涡旋运动和低速条带等相干结构的作用密切相关. 运用条件相位平均、相关函数和线性随机估计(linear stochastic estimation, LSE)等方法, 分析提取了高聚物溶液流场中的发卡涡和发卡涡包等典型相干结构的空间拓扑形态. 相比于清水, 高聚物溶液中相干结构的流向尺度增大, 涡旋运动的发展及低速流体喷射的强度受到削弱, 表明了添加的高聚物阻碍了湍流原有的能量传递和自维持的机理. 正是通过影响相干结构, 高聚物抑制了湍流边界层中近壁区与外区之间的动量和能量输运, 使得湍流的无序性降低, 从而减小了湍流流动的阻力.     

不同滤波方法对揭示全球海洋条带结构的比较

海洋条带结构是近年物理海洋学研究的一个新热点. 在海洋中, 条带结构往往被大尺度环流过程所掩盖. 把这种隐蔽的海水运动现象显现出来的办法是对时间平均的速度场进行空间滤波. 利用全球简单海洋资料同化分析系统资料和中国科学院大气物理研究所大气科学和地球流体力学数值模拟国家重点实验室的气候系统海洋模式模拟数据对三种一维滤波方法进行了比较, 分别是常用的高斯和汉宁滤波方法, 以及本文引入的切比雪夫滤波方法. 结果表明, 尽管三种方法均可获得条带结构, 但以切比雪夫方法为最佳; 另外, 设计高通滤波器时需设定截断频率, 而它的选定取决于对具体数据的频谱分析, 当选取的归一化的截断频率值在0.1和0.4之间时, 可以有效地揭示出条带结构在全球海域内的分布. 因此本文的研究方法为海洋条带结构的深入研究提供了一个有力工具.     

部分相干平顶光束在非Kolmogorov湍流中的湍流距离

给出了部分相干平顶光束通过非Kolmogorov湍流传输的湍流距离解析表达式,并研究了非Kolmogorov湍流的湍流广义指数、内尺度、外尺度和光束参数对部分相干平顶光束湍流距离的影响。研究表明:湍流距离随相干参数、束腰、外尺度(当湍流广义指数的取值为3.6~4.0时)的增大而减小;随光束阶数、内尺度的增大而增大;随湍流广义指数先减小后增大,且在湍流广义指数取3.11时存在极小值,即光束扩展的极大值。同时利用湍流广义指数及光束参数,具体比较了湍流距离与瑞利区间的大小,并指出光束参数及湍流广义指数决定了湍流是否在瑞利区间内就能对光束扩展构成明显的影响。     

部分相干光与相干光在湍流中的传输特性实验研究

相干光经湍流传输引起光强闪烁效应,理论研究表明利用部分相干光可降低该影响,而相关的实验验证鲜有报道。利用水介质的对流湍流池模拟产生了Rytov方差为0.04~0.16的湍流,进行了弱起伏区湍流中部分相干光及相干光的传输实验,由接收光强计算出其光强闪烁指数随湍流Rytov方差的变化关系。实验结果表明:随着湍流强度的增加,部分相干光与相干光的闪烁效应均增强,但部分相干光的闪烁指数小于相干光。将实验数据与Andrews等人建立的闪烁指数理论模型进行比较,得出了较为一致的结论。     

壁面湍流流动中高分子减阻等效粘度模型的验证

近来在壁面湍流高分子减阻研究中,一种拉伸的高分子产生自相一致的等效粘度的理论提了出来,这个等效粘度随离开壁面的距离而增长。本文将此线性分布等效粘度置入Navier-Stokes方程,运用雷诺应力模型计算在壁面湍流中的减阻情况,检验这种等效粘度的可行性。可以发现,此模型可以得到湍流减阻的效果,所得到的减阻率随着等效粘度线...     

Derivation of a second-order model for Reynolds stress using renormalization group analysis and the two-scale expansion technique

With the two-scale expansion technique proposed by Yoshizawa,the turbulent fluctuating field is expanded around the isotropic field.At a low-order two-scale expansion,applying the mode coupling approximation in the Yakhot-Orszag renormalization group method to analyze the fluctuating field,the Reynolds-average terms in the Reynolds stress transport equation,such as the convective term,the pressure-gradient-velocity correlation term and the dissipation term,are modeled.Two numerical examples:turbulent flow past a backward-facing step and the fully developed flow in a rotating channel,are presented for testing the efficiency of the proposed second-order model.For these two numerical examples,the proposed model performs as well as the Gibson-Launder (GL) model,giving better prediction than the standard k-ε model,especially in the abilities to calculate the secondary flow in the backward-facing step flow and to capture the asymmetric turbulent structure caused by frame rotation.     

基于混合网格Navier-Stokes方程的并行隐式计算方法研究

针对结构网格很难处理复杂外形和非结构网格无法计算具有边界层的粘性流动的缺点,发展了基于混合网格格点的隐式算法,成功地解决了在工程应用中难于处理的复杂外形粘性流场计算和效率问题。同时针对大规模的工程问题,发展了基于MPI通信技术的染色分层通讯并行计算方法。其中空间离散采用基于Roe格式发展的三阶迎风HLLEW(Harten-Lax-Van Leer-Einfeldt-Wada)或AUSM格式,湍流模型采用k??两方程湍流模型,时间推进考虑到LU-SGS并行等效较困难则采用基于DP-LUR(Data-Parallel Lower-Upper Relaxation)格式的隐式算法,计算CFL数可取到105量级,从2个到128个CPU的并行加速效率都保持在90%以上,大大提高了计算效率。算例对标模M6机翼模型流场进行计算,验证了方法的可靠性;然后对标模DLR-F6翼身组合体进行混合网格粘性与无粘计算结果进行比较,进一步验证混合网格方法;最后计算了DLR-WBNP外挂发动机翼身组合体模型,准确模拟了外挂和超临界机翼的相互干扰流动问题,采用4 CPU 16 CORE到24 CPU 96 CORE,2000步计算时间都不超...     

翼型、机翼非定常运动模式下动态数值模拟

基于RANS方程,通过刚性动网格技术实现对翼型和机翼典型运动模式的描述,采用双时间推进方法和Roe空间离散格式对流场求解,构建了一个非定常气动计算平台;以NACA0012翼型为算倒进行了动态数值模拟可信度验证。数值模拟结果与试验数据吻合较好,升力和俯仰力矩的最大计算误差分别为3％和10％,表明了该平台的可靠性。另外,还数值模拟了M6机翼的动态非定常流场,并分析了两种湍流模型对非定常流场激波的捕捉能力。结果表明非定常流动中S-A湍流模型对激波的捕捉较B-L模型更敏感。文中开发的非定常计算平台对进一步解决三维复杂流场的流动问题有很高的工程应用价值。     

k-ε双方程湍流模型对制退机内流场计算的适用性分析

为研究不同双方程湍流模型对制退机内复杂流场计算的适用性,以某火炮制退机为研究对象,建立了实际结构下的三维计算模型,利用动网格与滑移网格技术,实现了火炮实际后坐速度下的制退机内部三维运动流场的数值计算。分别采用标准k-ε模型、RNGk-ε模型和Realizable k-ε模型计算制退机内部各腔室压力,与实验曲线对比,结果表明,应用标准k-ε模型对后坐冲击过程的制退机内部压力计算的误差最小,与实验结果吻合最好。