粗糙壁面湍流边界层流动和拟序结构的大涡模拟研究

采用LES方法和虚拟粗糙元模型,,模拟了Rer=180有粗糙壁面的充分发展槽道湍流流动.从流向平均速度、脉动速度均方根、雷诺剪切应力、脉动速度相关,以及瞬时近壁准流向涡结构等多个方面,对粗糙壁面湍流边界层流动和拟序结构进行了分析.结果表明,粗糙壁面处雷诺剪切应力、脉动速度均方根以及近壁条带平均距离和准流向涡尺度都大于光滑壁面,且随着粗糙元高度的增加这种趋势更加明显.本工作为进一步研究颗粒在近壁区域的弥散规律奠定了基础.     

湍流边界层拟序结构的大涡模拟研究

采用动力亚格子模型,利用大涡模拟方法模拟了雷诺数为13000的充分发展槽道湍流流动。从瞬时速度和脉动 速度场、脉动速度相关、均方根脉动涡量分布、以及瞬时涡量场等多个方面,对湍流边界层流动的拟序结构进行了分析, 包括近壁区小尺度湍流结构和瞬态过程,如条纹结构、喷射和扫掠过程、以及近壁旋涡结构等。     

横向粗糙元壁面槽道湍流的大涡模拟研究

采用大涡模拟和浸没边界法相结合对不同高度和不同间距横向粗糙元壁面槽道湍流进行了模拟,得到了光滑壁面和粗糙壁面湍流的流向平均速度分布,雷诺剪切应力,脉动速度均方根和近壁区拟序结构。结果发现横向粗糙元降低了流向平均速度,增大了流动阻力,粗糙壁面湍流的雷诺剪切应力大于光滑壁面。粗糙元降低了流向脉动速度,增强了展向和法向脉动速度。粗糙元高度越高,对湍流流动影响越大,而粗糙元间距对湍流统计特性的影响不大。粗糙壁面仍然存在着和光滑壁面类似的条带结构。     

湍流射流与扩散火焰大涡拟序结构的波动特性研究

１前言湍流射流扩散燃烧方式提供了射流火焰与涡团相互作用的最基本形式,对研究在湍流射流剪切边界层内的反应物的卷吸混合、热量及动量的输运及湍流射流结构方面具有其特殊的意义。Ｋａｔｔａ［１］利用浮力与单步反应机理模型对Ｎ２－Ｈ２射流扩散火焰进行了直接数值模...     

矩形射流流动和燃烧中拟序结构的实验研究

对2:1的矩形喷口射流流动和燃烧过程进行了系列实验,展示了拟序结构的演化过程以及射流近场间歇产生的 圆环内接矩形和触角形结构,这些结构的形成与大涡的演变存在密切相关;流动和燃烧的实验结果都表明副平面内的射流 扩展角度大于主平面。副平面内大涡的运动会拉伸或压缩火焰锋面,并在局部区域形成火焰面的“孤岛”结构。     

二维槽道湍流拟序结构的大涡模拟

本文采用大涡模拟的方法,对二维槽道湍流流动进行了数值模拟。采用Chorin的分步投影法求解大尺度涡运动的Navier-Stokes方程,小尺度涡采用三种亚格子（SGS）模式分别模拟,给出了不同亚格子涡粘性模式下的模拟结果。对固壁面采用了壁函数。模拟结果再现了二维槽道流动拟序结构的发展演变过程。通过对不同入口速度下的瞬态流场的比较,揭示了入口速度分布对流场的影响。     

不同粒径粗糙元对壁面湍流拟序结构的影响

采用氢气泡流动显示技术,研究了不同粒径粗糙元对壁湍流拟序结构的影响。实验中粗糙元布置在氢泡丝前,均匀排成一排,基于平均速度和水力直径的雷诺数从14300到48000变化,离散粗糙元直径分别为0.9、1.6、2.3、4、5和6mm,粗糙元间距为2 cm。实验发现:光滑壁面和粗糙元壁面近壁湍流条带数量和条带高度都随雷诺数增大而增加。相同雷诺数下,粗糙元壁面流动产生的条带数量和条带高度随粗糙元粒径增大而增加。粗糙元壁面湍流条带数量和条带高度均比光滑壁面大。该研究对壁湍流的流动控制工程应用具有参考价值。     

气固两相槽道湍流拟序结构变动的PIV测量

运用粒子成像测速仪(PIV)对壁面雷诺数为Re_τ=430、质量载荷为0.25×10~(-3)～5×10~(-3)的110μm聚乙烯颗粒加入前后的水平槽道湍流变动进行了研究。实验结果表明低载荷下气相湍流变动源于颗粒对湍流拟序结构的作用。颗粒的存在抑制了湍流拟序结构的发展,使得湍流准流向结构长度减小、猝发频率降低、猝发强度减弱;另外,颗粒尾涡脱落还导致了壁面附近的气相剪切雷诺应力增强。     

三维气固两相混合层湍流拟序结构的直接数值模拟

本文对三维气固两相混合层湍流拟序结构进行了直接数值模拟。气相流场应用拟谱方法对Ｎ－Ｓ方程组进行直接求解,通过模拟时间模式的混合层流动,分析流场失稳后涡的卷起、配对、合并及撕裂过程,研究三维混合层湍流拟序结构的演变特征;计算颗粒场时,采用Ｌａｇｒａｎｇｉａｎ方法,针对颗粒不同的Ｓｔｏｋｅｓ数,模拟了颗粒场的瞬态分布,并分析流场三维大涡结构对颗粒分布的影响。     

New Types of Localized Coherent Structures in the Bogoyavlenskii-Schiff Equation

Based on the singular structure analysis, we derive some new types of localized coherent structures for the Bogoyavlenskii-Schiff equation by suitably utilizing the arbitrary function present in the singular manifold equations. PACS 05.45. Yv, 02.30.Ik, 02.30.Jr.     

高超声速平板边界层/圆柱粗糙元非定常干扰

以高超声速表面湍流控制为应用背景,平板/粗糙元干扰流动为模型,采用大涡模拟方法研究粗糙元流场干扰作用机理.分析粗糙元外形特征对于流动稳定性影响,给出其引起的流动表面参数的变化规律.结果显示超声速边界层在粗糙元作用下产生强逆压梯度并发生分离,粗糙元高度对高位自由剪切层失稳有明显影响,低粗糙元干扰下游流动稳定性,而高粗糙元剪切层发生流向失稳,形成涡串结构;同时粗糙元干扰导致下游摩阻和热流系数较平板略低,可能应用在进气道降热和减阻中.     

正弦波沟槽对湍流边界层相干结构影响的TR-PIV实验研究

利用高时间分辨率粒子图像测速(time-resolved particle image velocimetry, TR-PIV)技术,在不同雷诺数下对光滑壁面和二维顺流向、三维正弦波(two/three dimensional, 2D/3D)沟槽壁面湍流边界层流场进行了实验测量,从不同沟槽对湍流边界层相干结构影响的角度分析了其减阻的机理.对比不同壁面的各阶统计量结果发现:沟槽降低了壁面摩擦阻力,存在减阻效果,正弦波沟槽的减阻率增大.运用相关函数、λ_(ci)检测准则等方法提取了不同壁面湍流边界层发卡涡和低速条带等典型相干结构的空间拓扑形态,结果表明:两种沟槽壁面的相干结构在流向和法向上的空间尺度均有不同程度的减小,且相干结构与主流之间的倾角趋于更小,流体在法向上的运动及结构的抬升受到明显抑制,发卡涡诱导喷射和扫掠的能力降低,从而影响了湍流中能量与动量的输运过程及湍流的自维持机制,且相比于2D沟槽, 3D正弦波沟槽作用效果更为明显.在同一雷诺数下,随着距离壁面法向位置的增加,不同壁面湍流边界层低速条带的展向间距都变宽;但同一法向位置处2D/3D沟槽壁面湍流边界层低速条带的间距与光滑壁面的相比更宽,沟槽的存在有效抑制了低速条带在展向上的运动,使得低速条带更稳定.     

General Solution and Localized Coherent Soliton Structures of the (2+1)-Dimensional Generalized Davey-Stewarson Equations

In this paper, the variable separation approach is used to obtain localized coherent structures of the (2 1)-dimensional generalized Davey-Stewarson equations: iqt 1/2(qxx qyy) (R S)q = O, Rx=-σ/2|q|2y Sy = -σ/2|q|2/x.Applying a special Backlund transformation and introducing arbitrary functions of the seed solutions, an abundance of the localized structures of this model is derived. By selecting the arbitrary functions appropriately, some special typesof localized excitations such as dromions, dromion lattice, breathers, and instantons are constructed.     

Rich Localized Coherent Structures of the (2+1)-Dimensional Broer-Kaup-Kupershmidt Equation

Using a Backlund transformation and the variable separation approach, we find there exist abundant localized coherent structures for the (2 + 1)-dimensional Broer-Kaup-Kupershmidt (BKK) system. The abundance of the localized structures for the model is introduced by the entrance of an arbitrary function of the seed solution. For some specialselections of the arbitrary function, it is shown that the localized structures of the BKK equation may be dromions, lumps, ring solitons, peakons, or fractal solitons etc.     

General Solution and Localized COherent Soliton Structures of the （2＋1）—Dimensional Generalized Davey—Stewarson Equations

In this paper,the variable separation approach is used to obtain localized coherent structures of the (2 1)-dimensional generalized Davey-Stewarson equations:iqt 1/2(qxx=qyy) (R S)q=0,Rx=-σ/2|q|y^2,Sy=-σ/2|q|2/x.Applying a special Baecklund transformation and introducing arbitrary functions of the seed solutions.and abundance of the localized structures of this model is derived,By selceting the arbitrary functions appropriately,some special types of localized excitations such as dromions,dromion lattice,breathers,and instantons are constructed.     

Exact Excitation and Abundant Localized Coherent Soliton Structures of (2+1)-Dimensional Perturbed AKNS System

A simple and direct method is applied to solving the (2+1)-dimensional perturbed Ablowitz-Kaup-Newell-Segur system (PAKNS). Starting from a special Backlund transformation and the variable separation approach, we convert the PAKNS system into the simple forms, which are four variable separation equations, then obtain a quite generalsolution. Some special localized coherent structures like fractal dromions and fractal lumps of this model are constructed by selecting some types of lower-dimensional fractal patterns.     

表面粗糙度对软X射线多层膜光学特性的影响

从理论和实验结果两方面探讨了基底表面和多层膜膜面的均方根粗糙度对软Ｘ射线多层膜的光学特性的影响。指出了分析表面粗糙度最合适的方法和对表面粗糙度的着重研究方向。