高雷诺数壁湍流的研究进展及挑战

高雷诺数壁湍流(high Reynolds number wall-bounded turbulence,HRNWT)是目前湍流科学研究的一个热点也是一个难点,对其现象、规律及机制的认知不足,理论体系远未建立而且研究手段受到各种限制.本文基于对HRNWT主要研究手段的介绍,针对HRNWT中的湍流统计量、超大尺度结构(very large scale motions,VLSMs)的尺度和形态以及起源和影响及其与颗粒的相互作用,总结了HRNWT的研究现状和最新进展,特别梳理了近年来本文作者团队在HRNWT特别是高雷诺数颗粒两相壁湍流方面的研究成果,并对HRNWT的进一步研究给出了建议及展望.      

基于车身绕流的低雷诺数湍流模型改进研究

本文将汽车绕流模块化为各典型局部流动,通过常用湍流模型对各典型局部流动进行数值模拟,结果验证了湍流模型对转捩的捕捉能力是准确模拟汽车绕流的关键. 在分析汽车绕流分离及转捩机理的基础上,优化了稳态和瞬态求解方法,改进了湍流模型对转捩的预测能力,进而提高了湍流模型在汽车流场模拟上的精度. 针对汽车绕流的稳态问题,将流线曲率因子及 响应阈值引入 LRN $k$-$\varepsilon $ (low Reynolds number $k$-$\varepsilon $) 模型,获得了一种能够更准确预 测转捩的改进低雷诺数湍流模型 (modified LRN $k$-$\varepsilon $),改善了原模型对湍流耗散率的过强依赖性及全应力发展预测不足等问题;针对汽车绕流瞬态求解,通过分析 RANS/LES 混合湍流模型的构造思想及特点,引入约束大涡模拟方法,结合本文提出的改进的 LRN $k$-$\varepsilon $ 湍流模型,提出了一种能准确捕捉转捩现象 的转捩 LRN CLES 模型. 分别将改进的模型用于某实车外流场和风振噪声仿真中,通过 Ansys Fluent 求解器计算,并将计算结果与常用湍流模型的仿真结果、HD-2 风洞试验结果和实车道路实验结果进行对比,表明改进后的湍流模型能够更准确模拟复杂实车的稳态和瞬态特性,为汽车气动特性的研究提供了可靠理论依据及有效数值解决方法.      

利用修正低雷诺数k—ε模型对管道分离流动的数值研究

采用适合于分离流的修正低雷诺数ｋ－ε模型对突扩园管中的流动进行了数值研究，重点是对近壁流动和再附着点附近流动的研究。从理论上证明了所采用的湍流模型既满足近壁渐进行为，又避免了在通过再附着点截面上μｔ恒为０的困难。和已有的实验数据比较表明，所采用的模型对再附点位置及其附近的流动预测能力优于普通低雷诺数ｋ－ε模型。     

圆柱尾流的绝对不稳定性

在水槽和低湍流度水洞中进行亚临界雷诺数圆柱尾流稳定性实验来流速度由零缓慢增长到一定值后保持不变,稳定足够长时间后,在流向某站位处给流场一个有限幅值的脉冲扰动,测量扰动前后相当长时间内下游尾流速度信号的变化情况当雷诺数处于高亚临界值时,未受扰动的尾流速度脉动很小,处于定常状态,但对近尾流进行脉冲扰动后,能够激发出不衰减的旋涡脱落发现扰动位置限制在圆柱后一定范围内才能有效,再往下游则扰动随时间衰减．说明圆柱近尾流中存在一个绝对不稳定区,在该区域内的扰动将在当地放大,经过复杂的演化,最后形成不衰减的旋涡脱落.     

昆虫拍翼方式的非定常流动物理再探讨

基于提出的理论模化方法来探讨昆虫拍翼方式的非定常流动物理. 以悬停飞行为 例，通过对拍翼运动的分析，不仅解释了昆虫利用高频拍翼的方式为何能够克服低雷诺数带 来的气动局限性(St \gg 1/Re)，而且还指出高升力产生和调节的3个流动 控制因素：(1) 由于拍翼的变速运动即时引起了流体动力响应，这种附加惯性效应 可产生瞬时的高升力; (2) 保持前缘涡不脱离翼面有助于减少升力的下降; (3) 增大后缘涡的强度并加速其脱离后缘能够有效地提高升力.     

等速上仰翼型动态失速现象研究

翼型大迎角绕流的静态失速将造成升力突降和气动性能急剧恶化，但利用非定常运动所产生 的动态失速效应，可以大大地延缓气流分离和失速现象的发生. 采用Rogers发 展的双时间步Roe格式，求解拟压缩性修正不可压N-S方程. 数值模拟了低雷诺数 ($Re=4.8 \times 10^{4}$)条件下NACA0015翼型作等速上仰($\alpha =0^{\circ} \sim 60^{\circ}$)的动态失速过程，同Walker的试验结果比 较，验证了计算结果的正确性. 研究了该过程中主涡、二次涡和三次涡的发展，升 力系数随攻角变化，以及不同上仰速度对动态失速效应所造成的影响.     

生理流动与医学听诊

本文介绍人体中的生理流动即主要是循环系统和呼吸系统中，流体运动的层流和湍流状态，转捩条件及转捩现象．讨论了医学听诊的机理以及生理流动的致声效应在医学听诊中的重要意义．     

Regimes of vortex shedding from an in-line oscillating circular cylinder in the uniform flow

A finite volume method for the time dependent viscous incompressible flow around an in-line oscillating circular cylinder at Reynolds number of 200, 855 is presented in this paper. The Navier-Stokes equations in a finite volume form are solved with a moving grid system, based on a time dependent coordinate transformation. To investigate the vortex-shedding characteristics behind the circular cylinder and the effects of Reynolds number and other non-dimensional parameters such as reduced amplitude and reduced frequency， several numerical schemes have been tested with different amplitude and frequency close to Sto and a harmonic at each Reynolds number. Present numerical results indicate several types of vortex shedding mode which is known mainly depending on the reduced frequency and also the reduced amplitude, which is called synchronization or lock-on.     

超声波燃气表矩形流道的雷诺修正系数仿真研究

在超声波流量计测量技术中, 雷诺修正系数相关的研究对于提高计量精度有重要作用. 为研究矩形流道的雷诺修正系数与雷诺数的关系, 对矩形流道在常温常压流量较小情况下进行仿真, 结果发现: 矩形流道层流状态下的雷诺修正系数与雷诺数呈线性相关. 保持压强、体积流量不变, 在不同温度下进行仿真及拟合, 结果表明: 在不同温度下雷诺修正系数与雷诺数的线性关系依然满足. 在上述实验基础上, 对矩形流道湍流状态下的雷诺修正系数与雷诺数关系进行研究, 通过改变温度、压强和体积流量进行仿真及拟合发现, 矩形流道湍流状态下雷诺修正系数与雷诺数呈非线性相关.     

一种考虑收入排序的中等收入群体发展测度方法

本文给出一种测度中等收入群体发展的新方法。在测度中等收入群体平均富裕水平时,通过引入一个收入排序的递减函数对个体进行赋权,构建得到一个可分解、可图形展示的测度指标,并给出基于样本的估计方法。该测度指标可进一步分解为三个部分,分别反映了中等收入群体发展的规模、强度和不平等程度,并且有着清晰的几何解释,可结合图形反映中等收入群体发展的总况。该方法较之常用的人数比重指标更加全面地反映了中等收入群体的发展总况。本文进一步使用该方法对我国中等收入群体的发展现状进行了实证分析。