雷诺数对圆柱尾流中被动标量场的影响

本文通过实验研究雷诺数对加热圆柱尾流中温度场的影响.实验中雷诺数Re(≡U∞d/v,其中U∞为来流速度、d为圆柱直径、v为流体黏度)的取值范围为1200-8600.实验中温度是由直径为0.63 μm的冷线探针测量的.实验结果表明,一般而言,雷诺数对整个尾流的标量混合特性有着显著的影响.随着雷诺数的增加,平均标量场向外的扩散速度加快、标量脉动强度增加了但衰减也加快.本文还发现:尾流中似乎存在两个区域,一个位于卡门涡街下游靠后,另一个就是传统的远场自相似区;在这两个区域,某些描述标量和动量的相似关系式近似成立.     

圆柱尾流温度标量场的小波分析$lt;font color="#ff0000"$gt;$lt;font color="#ff0000"$gt;（已撤稿）$lt;/font$gt;$lt;/font$gt;

通过使用一排16根冷线探头排在多个空间点同时测量微加热圆柱的尾流温度场, 用小波分析技术对瞬时温度场的时间序列信号进行多尺度分析, 目的是研究不同尺度脉动温度对总体温度场的贡献.直径为d = 12.7 mm 的圆柱产生了被测的尾流, 对应的雷诺数为5500, 测量区域位于下游距离为2d 和 20d 之间. 基于小波多尺度分辨技术, 尾流温度场被分解为不同温度脉动特征尺度的小波分量. 通过分析这些小波分量的瞬时温度等值线图, 能够直接观测到不同特征尺度的涡结构运动特征和湍流间歇过程. 特别地, 我们在近场区从原始信号分解获得的高频区域中发现了K-H涡的存在. 不同尺度的温度方差沿流向的变化表明, 在下游距离为x=3d和 20d之间, 中等尺度的结构比大尺度和小尺度结构对总的温度均方根的贡献更大. 不同尺度的自相关函数表明, 大尺度和中等尺度的结构显示出较大的相关性, 而高频的小波分量则更快地失去了原有的拟序性. 关键词： 湍流尾流 被动标量 小波分析     

圆柱尾流温度标量场的小波分析*

通过使用一排16根冷线探头排在多个空间点同时测量微加热圆柱的尾流温度场,用小波分析技术对瞬时温度场的时间序列信号进行多尺度分析,目的是研究不同尺度脉动温度对总体温度场的贡献.直径为d=12.7 mm的圆柱产生了被测的尾流,对应的雷诺数为5500,测量区域位于下游距离为2d和20d之间.基于小波多尺度分辨技术,尾流温度场被分解为不同温度脉动特征尺度的小波分量.通过分析这些小波分量的瞬时温度等值线图,能够直接观测到不同特征尺度的涡结构运动特征和湍流间歇过程.特别地,我们在近场区从原始信号分解获得的高频区域中发现了K-H涡的存在.不同尺度的温度方差沿流向的变化表明,在下游距离为x=3d和20d之间,中等尺度的结构比大尺度和小尺度结构对总的温度均方根的贡献更大.不同尺度的自相关函数表明,大尺度和中等尺度的结构显示出较大的相关性,而高频的小波分量则更快地失去了原有的拟序性.     

大雷诺数下方柱绕流PIV试验及数值模拟

基于风洞试验利用粒子图像测速技术(PIV)研究了大雷诺数(Re=3.42×10~4)下方柱绕流流场,并应用本征正交分解(POD)法分解PIV瞬态速度场,获得了方柱尾流的低阶模态和重构流场结果,研究方柱绕流的流动机理.采用γ-Re_θ和k-ωSST两种湍流模型研究了大雷诺数下方柱尾流的速度分布以及湍动能变化。风洞PIV试验可准确的观测方柱尾流脉动流场,基于POD方法得到的前6阶模态占总能量的78.7%,前6阶模态即可较准确重构流场并捕获流场的主要特征。通过对比,γ-Re_θ模型是较优的湍流模型,可较好地得到尾流的湍动能及其变化规律。     

超临界CO2在垂直圆管内对流换热实验研究

本文对超临界压力CO2在垂直圆管(Din=2mm)内在高进口雷诺数和低进口雷诺数条件下的对流换热进行了实验研究,以研究变物性、浮升力和热加速对流动和换热的影响.实验结果发现,在低进口雷诺数情况下,向上流动中管子入口处出现了局部壁面温度下降,而在向下流动中未观察到此类现象;在高进口雷诺数情况下,向上流动中壁面温度发生了异常分布,这主要是因为向上流动中浮升力使得湍流发生了层流化现象,而在向下流动中未观察到此类现象.     

尾流的全息成像方法研究

鉴于全息三维成像的独特优点,提出了一种新的尾流测量方法---全息成像测量.在对影响水下全息成像各种因素进行详细理论分析的基础上,自行设计了激光在尾流场的衰减实验和尾流全息成像试验.衰减实验表明,在气泡幕数密度一定的情况下,激光衰减率基本保持恒定;尾流全息成像利用双脉冲激光配合使用4F放大系统首次记录下了气泡幕的全息图像.实验表明,气泡幕全息成像效果良好,证明尾流参量的全息测量方法是可行的.     

HD2+通过超薄碳膜的"尾流"效应

快分子离子穿过固体时会产生库仑爆炸(Coulomb Explosion),尾流效应是库仑爆炸中的一个显著特性.HD2 的爆炸能谱在实测中发现了一些引人注目的特性:1)H 的尾流效应特别显著;2)H 的能谱结构非常类似HeH 中H 的能谱;3)尾流效应在D 的能谱中体现得很弱.这些特性对分析了解HD2 的结构和物理化学性质有很大的帮助.本文依照“尾流”效应(Wake Effect)的等离子体模型,将爆炸中两个D 产物的尾流场近似认为一个He 的尾流场,模拟计算了1.4977 MeV HD2在100 nm碳膜中分解后0°方向的能谱形式.给出了相同条件下的实验结果,得到了非常接近的结果,并将两者作了比较和分析.文中同时给出了D 的实验能谱,对D 的尾流效应相对较弱作了分析,指出对不同产物分辨的差异、产物的非直线运动等是造成D 尾流效应弱的原因.     

尾流的全息成像方法研究

鉴于全息三维成像的独特优点,提出了一种新的尾流测量方法---全息成像测量.在对影响水下全息成像各种因素进行详细理论分析的基础上,自行设计了激光在尾流场的衰减实验和尾流全息成像试验.衰减实验表明,在气泡幕数密度一定的情况下,激光衰减率基本保持恒定;尾流全息成像利用双脉冲激光配合使用4F放大系统首次记录下了气泡幕的全息图像.实验表明,气泡幕全息成像效果良好,证明尾流参量的全息测量方法是可行的.     

采用脉冲激光探测模拟的舰船气泡尾流

分析了基于后向散射的脉冲激光舰船气泡尾流探测方法,设计并研制了基于该探测方法的实验装置,并在大型水池中对模拟的气泡尾流进行了探测,实验结果表明,该实验装置可以较好地探测到模拟的舰船气泡尾流.     

基于MATLAB的尾流图像数字化处理

介绍了尾流图像数字化处理工作原理及方法.用MATLAB软件对船舶时速分别为30km/h和40 km/h的两幅尾流图像进行了灰度变换、滤波、Canny边缘化、二值变换、直方图变换等,并对实验结果进行了初步分析,得到了船舶航速影响尾流边缘夹角、边缘弯曲度及直方图峰值变化.研究结果为尾流图像进入信息化系统提供了基础.     

绕圆柱体自由表面磁流体流动和传热的研究

本文对在不同雷诺数下,绕圆柱体的磁流体自由表面流动及传热进行了模拟,分析了磁场对绕流圆柱尾迹和涡分离的影响,获得了两种雷诺数下的电磁力密度、流场和温度场分布。结果表明,磁场不仅影响了流动的形态,而且对湍流有抑制作用,降低了自由表面的更新机制,从而减少了传热能力;在相同的Hartmann数下,相比低雷诺数下的流动换热情况,高雷诺数下的湍流不能被完全抑制,自由表面与尾迹的相互作用也较强,因而自由表面换热也较强。     

高焓横向射流尾迹区掺混燃烧的数值特性

尾迹区作为横向射流流场的重要结构受到广泛关注,其掺混和燃烧特性对近壁面区域的流场特性有重要影响.文章在对仿真充分验证的基础上,采用Reynolds平均模拟方法对Ma=8飞行条件下高焓横向射流尾迹区中的掺混和燃烧特性进行了数值研究.探究了冷热流场尾迹区中的氢气掺混特性,冷态流场尾迹区中的激波结构对氢气分布产生一定影响,热态流场尾迹区中存在多种氢气掺混路径.V形回流区中的高浓度氢气对燃烧产生了一定的阻碍作用.定量测量了尾迹区中的火焰结构,尾迹区火焰的顶点位置随高度增加向下游线性移动,受射流主流影响,尾迹区火焰的展向宽度在距离壁面一定高度后开始增大.对冷热流场中的主要参数进行了对比,燃烧消耗了氢气使温度升高,但是尾迹区中的流动速度没有明显增加,燃烧放出的热量没有完全转化为流体的动能.      

Investigation of a wake decay behind a circular disk in a hydro channel at high Reynolds numbers

LDA and PIV techniques were used to study the decay of an axisymmetrical turbulent wake originated downstream an immobile disk in a water flume for Reynolds numbers Re = 1.5?2.4?10⁵. Data were compared with experiments performed with a set of thermo-anemometers behind a disk in a wind tunnel at lower Reynolds numbers (Re = 1.3?2.6?10⁴). Observations for a new range of Reynolds number confirmed that the velocity distribution in the disk wake keeps self-similarity. The decay of a wake by the power law ?2/3 in the presented experiments remains until the maximum deficit of velocity becomes comparable with the turbulent pulsation level in the free-stream (less than 2 %).     

钝体后湍流预混燃烧的PDF模拟

本文采用PDF方法对矩形燃烧室内钝体后的湍流预混火焰进行了数值模拟。脉动速度-频率-标量联合的PDF输运方程用Monte Carlo方法求解,质量、动量和能量的平均值由基于无结构网格的有限体积法求解,压力通过状态方程获得。PDF方程中所需的平均密度、平均速度和压力由有限体积法提供,并将用Monte Carlo方法求出的雷诺应力、化学反应源项和比热比传递给有限体积法。本文对丙烷和空气燃烧的不同简化化学反应机理进行了研究,并与实验结果进行比较,获得满意的结果。     

Numerical simulation and flow visualization using soap film of the self-organized vortex structure in the wake of an array of cylinders

Abstract  

With the aid of computational fluid dynamics (CFD) and simple flow visualization technique using flowing soap-film, we present here the wake structures behind an array of cylinders for Reynolds numbers corresponding to both laminar and turbulent flow regimes. The image results illustrate interesting vortex interactions past these equally spaced cylinders; for low Reynolds number flow, well-organized wake pattern persists and manifests unsteadily to different symmetry states. An increase of free stream flow velocity causes the wake transition, resulting in the formation of asymmetric flow wake with chaotic mixing at the far wake. Observations from both the numerical simulations and soap-film are in good agreement at least qualitatively.     

Structure of vortices in a karman street behind a heated cylinder

The velocity and temperature fields in a wake behind a heated cylinder are investigated for Reynolds numbers in the interval 65相似文献   

A self-learning coupled map lattice for vortex shedding in cable and cylinder wakes

A coupled map lattice (CML) with self-learning features is developed to model flow over freely vibrating cables and stationary cylinders at low Reynolds numbers. Coupled map lattices that combine a series of low-dimensional circle maps with a diffusion model have been used previously to predict qualitative features of these flows. However, the simple nature of these CML models implies that there will be unmodeled wake features if a detailed, quantitative comparison is made with laboratory or simulated wake flows. Motivated by a desire to develop an improved CML model, we incorporate self-learning features into a new CML that is first trained to precisely estimate wake patterns from a target numerical simulation. A new convective-diffusive map that includes additional wake dynamics is developed. The new self-learning CML uses an adaptive estimation scheme (multivariable least-squares algorithm). Studies of this approach are conducted using wake patterns from a Navier-Stokes solution (spectral element-based NEKTAR simulation) of freely vibrating cable wakes at Reynolds numbers Re=100. It is shown that the self-learning model accurately and efficiently estimates the simulated wake patterns. The self-learning scheme is then successfully applied to vortex shedding patterns obtained from experiments on stationary cylinders. This constitutes a first step toward the use of the self-learning CML as a wake model in flow control studies of laboratory wake flows.     

两相壁面射流PDF方程有限分析方法及数值模拟

提出求解位置-速度相空间中高维两相流PDF(probability density function)方程的有限分析方法,将位置-速度相空间颗粒PDF方程约化到速度空间,并解析求解,颗粒的位置PDF用轨道方法求解.对壁面射流两相流动进行数值模拟,并与颗粒雷诺应力轨道方法进行比较计算,结果优于颗粒雷诺应力轨道方法.     

Joint-scalar transported PDF modeling of soot formation and oxidation

The ability of the transported probability density function (PDF) approach to reproduce the evolution of mean, rms fluctuations, and conditional PDFs of soot is explored in the context of two turbulent ethylene diffusion flames at Reynolds numbers of 11,800 and 15,600. The chemical similarity between surface reactions and PAH formation is explored on the basis of a second ring PAH analogy, and soot oxidation is accounted for through reactions with O, OH, and O₂. The method of moments is used to account for coagulation and agglomeration in the coalescent and fractal aggregate limits. The soot model is coupled with a transported PDF approach closed at the joint-scalar level to directly account for interactions between turbulence, and the solid and gas phase chemistry. The latter is represented by a systematically reduced reaction mechanism for ethylene featuring 144 reactions, 15 solved and 14 steady-state species. Radiation from soot and gas phase species is accounted for through the RADCAL method and the inclusion of enthalpy into the joint-scalar PDF. Predicted temperature and soot statistics compare well with experimental data indicating the practical potential of the approach and the importance of turbulence-chemistry interactions in the context of soot formation and burnout.