充分发展湍流场中Pr数对被动标量输运的影响

采用直接数值模拟方法,研究壁湍流中分子Pr数对湍流被动标量输运的影响.发现在槽道湍流的外层,湍流雷诺平均普朗特数PrT与分子普朗特数的倒数呈线性关系;湍流亚格子普朗特数PrT与分子普朗特数的关系较为复杂,在分子普朗特数为1附近时,湍流亚格子Prt数出现极小值.     

槽道湍流近壁区多尺度输运特性研究

利用槽道湍流直接数值模拟的数据库和离散正交子波，对近壁湍流的多尺度输运特性进 行了研究. 通过在流向和展向分别进行子波多尺度分解，得到了近壁区湍动能在流向和展向 多尺度传输的不同性质，发现流向传输以能量的反传为主，而在展向能量存在明显的正传， 并且当过滤尺度较大时以正传为主. 近壁湍流能量传输的各向异性为进一步构造各向异 性大涡模拟亚格子模式提供了必要的参考.     

基于壁面主动变形的湍流减阻控制研究

采用谱方法, 对反向控制下壁面主动变形的槽道湍流进行了直接数值模 拟研究. 结果表明, 在壁面最大变形量小于5倍黏性尺度条件下, 压差阻力可略, 摩擦阻力 降低7.6%. 施加控制后, 湍流强度和雷诺应力受到明显抑制, 平均速度剖面对数区上移. 受壁面法向运动的影响, 条带结构强度减弱、尺度变大; 流向涡外移且强度减弱, 其倾斜和 抬起的角度均有不同程度的减小. 壁面变形呈现流向拉长的凹槽结构, 其平均间距 为90倍黏性尺度.     

有旋和无旋气固两相湍流的不同结构

了解有旋和无旋突扩气粒两相详细湍流结构对控制燃料-空气混合、火焰稳定以及燃烧污染物生成很重要.周力行等曾经对其中的两相时平均流场和湍流特性进行过雷诺平均的RANS模拟和测量的研究,但是BANS模拟不能给出详细的两相湍流的瞬态结构.本文建立了二阶矩两相亚网格尺度应力模型,对有旋和无旋同轴突扩气粒两相流动进行了双流体大涡模...     

城市大气环境的大涡模拟研究进展

本文回顾城市大气污染扩散的研究实践与进展, 介绍城市大气环境流动的特点和用现代计算流体力学手段开展城市大气环境的大涡模拟研究方法, 包括: 数学模型, 控制方程、亚网格湍流模式、定解条件及其数值方法. 其中, 重点介绍中尺度到微尺度的耦合模型与适用于复杂城市下垫面(满足大涡模拟分辨率要求且计算量较小)的组合模型;并给出实际算例和结果分析, 包括准确度的统计估算和湍流特性等. 最后, 讨论城市大气环境数值模拟方法进一步改进的方向和城市大气环境流动与污染物扩散数值研究应重点关注的几个问题.     

Transient response of enstrophy transport to opposition control in turbulent channel flow

The transient response of the turbulent enstrophy transport to opposition control in the turbulent channel flow is studied with the aid of direct numerical simulation. It is found that the streamwise enstrophy and the spanwise enstrophy are suppressed by the attenuation of the stretching terms at first, while the vertical enstrophy is reduced by inhibiting the tilt of the mean shear. In the initial period of the control, the streamwise enstrophy evolves much slower than the other two components. The vertical vorticity component exhibits a rapid monotonic decrease and also plays an important role in the attenuation of the other two components.     

运动壁面槽道流动的直接数值模拟

采用谱方法,在曲线坐标系下对不可压缩Newton流体的N-S方程进行求解,采用定义在物理空间中的流动物理量以避免使用协变、逆变形式的控制方程.在计算空间采用Fourier-Chebyshev谱方法进行空间离散,时间推进采用高精度时间分裂法.为了减小时间分裂带来的误差,采用了高精度的压力边界条件.与其他求解协变、逆变形式控制方程的谱方法相比,该方法在保持谱精度的同时减小了计算量.首先通过静止波形壁面和行波壁面槽道湍流的直接数值模拟,对该数值方法进行了验证;其次,作为初步应用,利用该方法研究了槽道湍流中周期振动凹坑所产生的流动结构.     

壁湍流结构的二维子波分析

对槽道湍流直接数值模拟的脉动速度场进行了二维子波分析。研究了近壁区低速条带结构的多尺度特性。利用定义的局部雷诺应力测度结合平坦因子的方法对湍流脉动速度分解,得到脉动速度的间歇成份和高斯成份。用局部雷诺应力测度正的峰值为特征,通过条件统计平均,得到近壁区典型的拟序结构。     

近壁湍流的降阶模型及应用

由条带和流向涡的循环再生构成的近壁自维持过程(self-sustaining process, SSP)是壁湍流产生和维持的重要机制. 文章通过对最小槽道的直接数值模拟(direct numerical simulation, DNS)获得近壁自维持过程的流场数据, 采用正规正交分解法(proper orthogonal decomposition, POD)对该数据进行分析, 获得了不同流向和展向尺度的特征模态, 通过将Navier-Stokes方程在这些模态上进行投影, 得到近壁自维持过程的降阶模型, 并采用DNS数据对降阶模型的预测能力进行了评价. 该模型被初步应用于大涡模拟近壁模型的构造.      

湍流燃烧二阶矩模型的大涡模拟验证

对美国Sandia国家实验室测量的甲烷-空气湍流射流火焰进行了三维大涡模拟(LES),其统计的时均量以及脉动量符合实验测量值,且和RANS代数二阶矩湍流燃烧模型模拟结果大致符合。LES统计得到的化学反应率系数脉动和甲烷浓度脉动的互关联与对应的时均量梯度的乘积分布趋势相同,大小幅值的位置也相对应,与二阶矩湍流燃烧模型的封闭假设相符,验证了二阶矩代数燃烧模型的合理性。