湍流边界层中马蹄形涡的形成方式

本文使用一种新的流动显示方法——激光片光运动法和几种实验技巧对湍流边界层中的马蹄形涡进行了观测,发现并描述了其形成的四种方式:二次不稳定式、组合式、变形式和突发式。对这四种马蹄形涡的形成及发展进行了研究和比较。实验结果表明,这些马蹄形涡在尺度、运动速度和变形上是有差别的。     

平板湍流边界层内的锥形涡

用拟三维流动显示技术观察与分析了平板边界层内的流动结构，讨论了雷诺数Ｒｅ在３００－６５０范围内大尺度结构间的联系，并指出锥形涡的形成是边界层中一系列复杂运动现象产生的关键。     

三个共轴涡环运动混沌特性的研究

本言语利用离散涡环方法对三个共轴涡环运动进行了数值模拟，在此基础上，采用非线性动力学中混沌特征量的计算方法，得到了涡环呈规则运动和混沌运动的结论。结果表明，三个共轴涡环在运动时，总是会产主规划与混沌的现象。而这些现象的产生取决于三个涡环的初一文析得出对于利用共轴涡环模拟轴对称射流场涡结构的演变具有重要的参考价值。     

旋翼尾流与地面干扰时地面涡现象的研究

用Ｎ－Ｓ方程对近地飞行时旋翼尾流与地面干扰时产生的地面涡现象进行了数值计算旋翼对流场的作用由分布在特定区域内的动量源项模拟结果表明，旋翼尾流撞到地面后的卷起和轴向流动的拉伸作用是形成地面涡的原因；地面边界层形成的二次分离涡向地面涡内输入（与尾流所携带的涡量）相反的涡量，而使地面涡保持平衡；地面涡的存在和运动使旋翼附近流场大大改变     

入射涡与圆柱相互作用的数值模拟

本文用快速涡方法对入射涡与圆柱的相互作用进行了数值模拟,观察到了入射涡在圆柱表面上诱导的二次分离和三次分离现象。二次涡的产生,与入射涡配对,改变了它们的运动轨迹。二次涡是入射涡“回跳”现象的主要原因。本文还对不同入射涡强度及相互位置作了计算,并分析了不同参数对涡运动轨迹的影响。这些现象与涡的无粘圆柱绕流有着本质的差异。     

圆柱尾迹涡的三维演化及结构特征

应用无粘涡丝运动学理论和局部诱导近似(LIA)方法,以Lagrange观点跟踪涡丝在背景流场中运动,用数值方法研究了中等Re数(≈10~3)下圆柱分离尾迹中Kármán涡和涡辫区涡丝的三维演化的机制和动力学过程,及其结构特征。背景流场考虑为尾迹时间平均速度流场和Kármán涡街流场。初始展向小扰动为指数形式和谐波形式。结果指出:Kármán涡和涡辫区中的涡丝具有展向不稳定性,形成流向涡量。在尾迹的初期输运过程中,表现出有序的大、小尺度涡结构。并进一步分析了其产生的机理。     

均匀、振荡及组合流绕平板流动的尾迹研究

本文利用离散涡模型及改进的新生涡产生机制对三种不同来流绕平板的近尾迹进行数值研究。计算讨论了定常流中平板绕流流动的总体特性和近尾迹流场;对于简谐振荡来流,相应于K_c=2.0、4.0 和10.0 分别得到两种不同的尾迹形态。给出了小 K_c 数平板尾迹涡配对、运动的新模式而相应的阻力、惯性力系数计算比以前涡模拟结果更接近于 U 型管实验结果。对于流向组合来流本文模拟了涡锁定及其动力特性并于实验相符,给出了流向扰动对平板绕流流动的影响。     

入射涡与圆柱相互作用的数值模拟

本文用快速涡方法对入射涡与圆柱的相互作用进行了数值模拟,观察到了入射涡在圆柱表面上诱导的二次分离和三次分离现象。二次涡的产生,与入射涡配对,改变了它们的运动轨迹。二次涡是入射涡“回跳”现象的主要原因。本文还对不同入射涡强度及相互位置作了计算,并分析了不同参数对涡运动轨迹的影响。这些现象与涡的无粘圆柱绕流有着本质的差异。     

带有涡襟翼的翼—身组合体分离涡特性的实验观察研究

本文采用水洞流谱观测方法,研究了带有涡襟翼的翼—身组合体前缘分离涡及涡系干扰的流动特性,并与普通翼—身组合体情况进行比较;分析了涡襟翼的涡流运动特点及其升阻比增大的机理;讨论了翼—身组合体涡系干扰的主要反映及对涡破碎特性的影响;并对非对称体涡出现的条件以及分离旋涡在稳定发展过程中的抗干扰能力提出了看法.     

分区Lagrangian涡方法及瞬时起动圆柱初期流动的模拟

本文提出一种分区Lagrangian涡方法:将附着流动和分离流动分开处理,在附着区解边界层方层,只在分离区用涡方法解N-S方程。由于将尺度不同的区域分开了,求解分离区流动的涡方法中,每一时间步上物面引出的涡数在较小程度上依赖于Re数。这样,求解高Re数流动时,流场内的涡数,因而计算机内存和时间得以大大减小。用该方法计算了瞬时起动圆柱的初期流动,与实验结果比较相符很好。     

分离涡方法对梢涡中脉动量的数值模拟

分别用RANS-SA方法和DES方法对NACA0012翼端梢涡进行模拟计算,分析了梢涡区域网格局部加密对梢涡计算结果的影响,并与实验结果进行了对比.相比于RANS-SA方法,DES方法在梢涡流场计算中具有更好的适用性,能够得到更准确的流动信息和更精细的涡结构;另外,网格局部加密对脉动量的计算影响很大.通过对脉动量的分析发现,在近尾缘处,几股涡的融合产生了比较强烈的脉动,随着梢涡的逐渐稳定,脉动量也逐渐减小;现有的实验结果显示在偏下游处会产生梢涡的振荡现象,使统计脉动量增大,而本文计算中未发现该现象.     

伯努利定理适用条件分析

本文分析了以理想流体的运动微分方程推导伯努利定理时所利用的限制条件,对有势力作用下不可压缩流动的流场中应用伯努利定理的矢径微分量、速度、涡量之间的关系进行了深入讨论.分析结果表明当流动为无旋流动或螺旋流时,伯努利常数在流场各点取相同值;伯努利常数在流涡面上各点取值相等,沿流线或涡线积分均为在流涡面上积分的特殊情况.     

应用PIV技术测试涡旋波流场

涡旋波流动作为一种特殊的流动现象,可以使流体在相对较宽的槽道中产生较强的波动和对流混合,从而在小Re数条件下起到强化传质的效果。本文利用PIV流场显示技术,对振荡流在非对称槽道中所形成的涡旋波的产生机理和发展规律进行了实验研究和定量分析,测得了涡旋波流场的速度矢量图,阐明了涡旋波流场周期性变化的特点。分析了Re数和St数对涡旋波流动的影响,并得出了旋涡涡心位置以及涡心处涡量的动态变化规律。     

三角翼前缘涡的某些破裂形式及特性研究

基于流动显示和PIV技术测量的实验结果，对三角翼前缘涡破裂的一些形式和破裂特性进行了分析和讨论。通过PIV测量所得到的涡量分布证实了在螺旋破裂的情况下，涡核的螺旋方向与前缘涡的旋转方向相反，及双螺旋破裂形式的存在等。进而对螺旋波的形成机理提出了与有关文献不同的看法。     

颗粒在大涡结构中的弥散

气相采用大涡模拟方法,颗粒相采用轨道模型研究了三维后台阶气粒两相湍流流动的大尺度涡结构的瞬时演变过程以及颗粒的瞬时弥散规律.比较了不同入流速度的颗粒在大涡结构中的瞬时弥散特性,尤其研究了高速释放大颗粒的弥散特性.三维流动中大尺度涡结构具有明显的脱离、发展、合并和破碎过程.小颗粒的分布受大涡结构的控制,其空间的弥散过程与流体 大涡结构的空间发展相一致,但是由于三维流动中大涡边缘和中心区的压力差,颗粒在大尺度 涡的边缘出现密集.而大颗粒在流场中的分布受其惯性控制,对气相的涡结构不敏感.高速释放到流场中的大颗粒受惯性影响最大,保持在其原有动量方向上运动.     

后台阶流动再附着过程的大涡模拟研究

应用自主开发的大涡模拟程序数值模拟研究了后台阶流动中再附着过程的演变。在流动几何参数不变情况下，给出了再附长度随雷诺数的变化规律，并与实验进行了比较，二者相符得比较好。在此基础上，给出了三种典型雷诺数下，后台阶流动的回流区特征。在湍流情况下，研究了突扩比对再附长度的影响，与实验结果吻合的比较好。详细讨论了湍流情况下大涡拟序结构的瞬时再附着过程。 这些研究结果对具有再附着现象的流动结构的工程应用具有指导意义。     

剪切流动中声、涡弱非线性作用与声控流动机理

对非均匀流（特别是平行剪切流）中声、涡运动模式的划分及其相互作用进行了弱非线性分析，着重研究了一阶声、涡作用产生二阶涡的情况，计算了二阶生成涡相对于一阶涡的时均放大倍数。从这一角度分析了声学控制流动问题，指出与声波发生作用的涡的性质以及涡频率与声频率之间的关系，并定性地讨论了声压阈值问题。     

横流冲击射流尾迹涡结构的实验研究

本文采用LIF（激光诱导荧光）流动显示和PIV（粒子图像速度场仪）测量对横流冲击射流的尾迹涡结构进行了实验研究。水槽实验是在三种流速比和两种冲击高度实验工况下进行的。由实验结果可得到两种明显的尾迹涡结构、，即射流尾迹涡和横流尾迹涡。横流冲击射流中形成的主要尾迹涡结构主要依赖于流速比。本文还对横流冲击射流近区范围内射流尾迹涡和横流尾迹涡的形成机理和演化特征进行了分析。     

不可压缩二维流动Navier—Stokes方程的有限元解

对不可压缩流体沿二维后台阶流动的Ｎ－Ｓ方程的流函数－涡量式用有限元方法加以求解，固壁上的涡量用时间迭代法加以确定。分别计算Ｒｅ＝２００，４００，８００和１０００时流动区域的流函数和涡量值，并在Ｒｅ＝８００时与有关文献的结果相比较，基本吻合。且在此基础上讨论了出口条件对计算结果的影响。本文的方法对分析流经液压阀口等流动问题具有借鉴意义。     

水下发射航行体尾涡不稳定性分析

在水下连续发射过程中前一发航行体尾流会对后一发航行体运动姿态稳定性产生流动干扰现象. 因此, 研究尾流中涡旋结构演变机理对解决多弹体水下连续发射流动干扰难题具有重要的意义. 本文采用改进型分离涡模型与能量方程, VOF多相流模型与重叠网格技术相结合方法, 对航行体水下发射尾流演变过程开展精细化模拟研究, 其中模拟结果和实验吻合度较好, 验证了本文数值方法的有效性. 以航行体尾流区域为重点研究对象, 分析了尾流区瞬态流场分布, 讨论了横流强度和雷诺数对尾涡结构演变以及脉动压力分布特性的影响. 结果表明: 由于尾流区高速流体核心区与低速自由流相互作用导致Kelvin-Helmholtz不稳定现象出现, 可以清晰地发现涡旋结构在剪切力的作用下发生脱落. 在横流条件下, 航行体尾端脱落的涡环与涡腿形成发卡涡, 而多个发卡涡沿轴向间隔排列组成发卡涡包存在于尾流中. 随着横流强度增大, 形成多级发卡涡包结构, 而导致脉动压力二次峰值均出现的主要原因是尾流涡旋流场演变引起的. 随着雷诺数的增大, 尾流中由圆柱形涡和U型涡组成的二次涡结构逐渐明显, 不稳定性加强.