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。     

粗糙壁面上湍流边界层的直接数值模拟

本文采用多重直接力内嵌边界法计算流体与粗糙壁面之间的相互作用力,直接数值模拟了粗糙壁面上湍流边界层的流动状况。粗糙壁面则通过流向和展向分别叠加正弦函数的方法产生。研究发现,峰值较大的位置优先诱导产生出涡结构,并且加大了涡结构的倾斜角度。此外,较大峰值处的粗糙度所产生出的"喷出"和"扫入"事件更加强烈,其对外层的作用范围也就更大。同时粗糙壁面的峰值大小对于雷诺应力的输运也起着至关重要的作用。     

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。     

射流温度场与拟序结构间相互作用的大涡模拟

本文分别对常温空气和高温空气的平面自由射流进行了大涡模拟,采用分步投影法求解动量方程,亚格子项采用标准Ｓｍａｇｏｒｉｎｓｋｙ亚格子模式模拟,并同时求解了标志物输运方程以实现数值流场显示。模拟结果给出了湍流的瞬态发展过程以及流动中拟序结构的发展演变过程,通过对常温射流和高温射流瞬态流场的比较揭示了射流中温度场与拟序结构间相互作用的细节过程。     

基于大涡模拟的小型转子发动机缸内湍流研究

本文应用大涡模拟的方法对小型转子发动机的缸内流场进行了三维数值分析,分别从拟序结构、湍流脉动和湍动能三个方面研究小型转子发动机缸内的瞬态湍流特征。计算结果表明,大涡模拟结合Q准则可以有效的识别小型转子发动机缸内流场的大尺度拟序结构。进气过程中高强度的涡团主要分布于燃烧室的前部和后部,压缩过程中高强度的涡团分布从燃烧室中部向后部转移。湍流在垂直于转子截面上的法向脉动最为剧烈,其中中部区域的剧烈程度远高于两侧。湍流在平行于前后端面的截面上的法向脉动最弱,没有明显的波动。从进气口打开到压缩上止点期间,缸内亚网格湍动能和平均气流速度出现两次明显的峰值,这分别与进气能量和大尺度涡团的破碎有直接的关系。     

不同排列粗糙元对湍流拟序结构的影响

采用氢气泡流动显示技术,研究了壁面不同排列粗糙元对近壁湍流拟序结构的影响。实验中基于平均速度和水力直径的雷诺数分别为14300、31200、48000。氢泡丝上游布置的离散粗糙元直径为2．3、4和6mm,得到了光滑壁面和5种不同排列方式的离散粗糙元壁面湍流条带和湍流斑块特征。结果发现：相同雷诺数和相同排列方式下条带间距...     

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...     

湍流边界层内流向涡的数值模拟研究

采用准二维共振三波作为湍流边界层近壁区相干结构初值,用直接数值模拟方法计算了流动从二维结构发展到三维结构并且伴随流向涡生成的整个过程,分析结果显示流向涡对湍流动能和质量传输有着重要作用,是湍流边界层相干结构的重要特征和运动形式.     

气固两相边界层中拟序结构对壁面磨损的影响

本文由计算和实验首次说明在边界层入口处施加扰动能减轻固粒对壁面的磨损,而且加入扰动的强度越大,磨损量越小。该方法比壁面加肋条具有更好的抗磨效果,且负面作用较小,结论对工程应用有指导意义。     

湍流边界层近壁区多个相干结构的数值模拟

从流动稳定性理论中的一般共振三波概念出发,提出一种湍流边界层近壁区多个相干结构的理论模型,采用高精度差分格式和Fourier谱展开相结合的方法,求解三维不可压Navier-Stokes方程,直接数值模拟近壁湍流多个相干结构的演化问题.并将得到的湍流边界层近壁区多个相干结构的数值演化特性与实验观察到的特性进行了比较.     

网格湍流对剪切层中预混火焰结构的影响

本文研究网格湍流对射流剪切层以及建立在其中的预混火焰的影响。利用热线风速仪测量射流的速度场,发现网格湍流使剪切层内湍流强度明显降低,抑制了低频速度脉动,同时增加了湍动能在小尺度脉动上的分配,使湍流更趋于各向同性,这表明网格湍流抑制了剪切层内的大涡和拟序结构。用细丝热电偶测量了火焰温度,结果显示网格湍流使火焰前峰的低频大幅摆动减少,小尺度皱褶增加,火焰区平均温度更高,说明网格湍流有利于剪切层中预混火焰的强化和稳定。     

变逆压梯度湍流边界层条纹结构的流动显示

采用氢气泡技术对凸壁扩张和凹壁扩张所形成的两种常见的变压力梯度边界层进行了流动显示研究．通过在低速下对这两种通道在上游和中间相同扩张角处条纹结构的的横向对比和对同一通道不同流向位置处的条纹结构的纵向对比,以及对较高流速下下游流动的对比,得到凹壁流动最不稳定,且其活跃程度会沿流向下放大．而凸壁的结构要稳定的多,其活跃程度沿流向增加不大．通过近似估算得出这两种流动尽管差别很大,但条纹结构的展向距距均在９０个粘性长度左右。     

水平槽道气固两相湍流边界层的PIV测量

本文运用粒子图像速度场测量仪(PIV)对水平槽道气固两相湍流边界层进行研究.实验雷诺数为Rer=444,选用两种粒径分别为60μm和110μm的聚乙烯颗粒作为固相,质量载荷控制在1×10-3.实验结果表明即便在较低载荷下,固相颗粒的存在仍然能比较明显地改变边界层的湍流属性以及拟序结构,而且可以发现在近壁面颗粒会削弱流向的湍流强度以及雷诺剪切应力.     

用小波理论研究湍流边界层湍动能的特征

在三个雷诺数下,用热线风速仪测量了光滑壁面湍流边界层的脉动速度信号,利用离散正交小波理论分解该测试信号,得到具有最大湍动能的分量及其发生频率,并得到了这两个参数沿ｙ＋的分布曲线．分析表明,在试验雷诺数下,最大湍动能的无量纲尺度沿ｙ＋分布雷诺相似,其发生频率沿ｙ＋基本是一常数,且湍动能主要集中在几个有限的尺度分量上．     

浓度边界层中成长汽泡的界面特性

对于双组分池内核态沸腾，热边界层中生成的汽泡，同时也处于浓度边界层中．本文建立了边界展中汽泡表面张力模型，对温度和浓度引起的表面张力变化进行分析．结果表明，表面张力从汽泡顶部到底部是递增的，从而形成液体沿界面自上而下的Marangoni流．通过汽泡底部微层相界面方程的求解，探讨了微层变形特征，由此分析汽泡脱离机理．微层变形与文献[1]中指出的接触线的变化从本质上是一致的．     

循环流化床颗粒相湍流结构研究

从不同层次上研究了循环流化床颗粒相的湍流结构。ＰＤＡ测量发现颗粒在壁面附近的运动表现出显著的成团特征和湍流度显著降低,小波分析法得到的直观图形象地揭示了颗粒速度脉动的自相似、分叉等具有混沌特征的微观结构,且在不同的尺度上颗粒速度脉动表现出各向异性的特征。