均匀来流中旋转圆柱黏性绕流的数值研究

从不可压非定常Ｎ－Ｓ方程出发，首次数值求解了均匀来流中圆柱作周向旋转振荡的黏性绕流问题。探讨了旋转角速度振幅、振荡频率及Ｒｅ数等因素对流场结构及其非定常演化过程的影响，并根据计算结果，给出了在旋转振动频率。速度振幅平面内流场涡结构的分区图。     

旋转流场下模型大幅俯仰运动实验研究

在中航气动院FL-8低速风洞中,采用单自由度振荡机构进行了旋转流场下大幅俯仰运动的气动特性实验研究。模型在绕风速轴连续旋转的同时,进行给定频率和振幅绕体轴的俯仰振荡运动。测量了模型的动态气动特性,着重分析了不同运动参数对模型气动特性的影响。实验结果表明,旋转速度的存在使大振幅俯仰振荡实验中的滚转力矩和偏航力矩产生了明显的迟滞特性,但对俯仰力矩和法向力的迟滞特性影响不大。     

Maxwell流体管内起动流的研究

对Maxwell流体流体管内起动流的振荡特性进行研究，得到了描述振荡特性的解析解。研究了黏弹性参数对各时刻速度剖面的影响，获得了轴心速度，平均速度和壁面摩擦力随时间的变化规律以及它们的频率特征。结果表明振荡的基频成分决定了流动的主要特性，给出了并分析了基频频率与振幅和黏弹性参数之间的关系。     

半浮区液桥热毛细振荡流

采用非定常、三维直接数值模拟方法研究大Pr数半浮区液桥热毛细对流从定常流向振荡流的过渡过程．文中详细描述了热毛细振荡流的起振和振荡特征,给出了液桥横截面上振荡流的流场和温度分布．在地面引力场条件下计算的结果与地面实验的结果进行比较,得出液桥水平截面上的流场和温度分布图样以一定的速度旋转,自由表面固定点处流体的环向流速正、负交替变化的一致结论．     

弹性支撑圆柱绕流稳定性分析

基于CFD 技术,采用系统辨识方法,建立了亚临界雷诺数(Re < 47) 下绕圆柱流动的非定常气动力模型(reduced order model, ROM). 耦合结构运动方程和降阶气动力模型,建立了弹性支撑圆柱绕流的稳定性分析模型. 算例分析了亚临界雷诺数下,结构固有频率、质量比等参数以及支撑方式对弹性系统稳定性的影响. 对于单自由度横向支撑圆柱,当结构固有频率趋近流动最不稳定模态频率时,弹性系统会在一定频率范围内失稳,这种现象最低可在Re~20 时出现. 旋转自由度的释放能够进一步降低系统的稳定性,可将临界雷诺数进一步降低至18 左右. ROM 方法不仅具有很高的效率,而且清晰地指出了弹性系统失稳的根本原因:流动模态和结构模态耦合作用导致结构模态失稳所致. 因此,失稳状态下系统振荡频率锁定于结构固有频率. 基于ROM 技术预测的失稳边界与直接CFD/CSD 仿真结果吻合,证明了该方法的正确性和精度.      

流向振荡圆柱绕流的格子Boltzmann方法模拟

用一种新近发展起来的格子Boltzmann方法(LBM)在相对较小的雷诺数(Re \le 200)条件下模拟了不可压缩的流向振荡圆柱绕流问题, 考查了涡脱落模态和升阻力特性. 通过模拟, 在近尾流区发现了实验研究中已经发现的对称/反对称的涡脱落模态, 包括有些传统数值方法未发现的模态. 研究了频率锁定区域的范围及其与振幅的关系, 发现振幅越大, 发生锁定的频率区域越宽. 此外还对升阻力进行了定量意义的模拟,研究了振荡频率和振幅与升阻力的关系.      

基于后缘小翼的翼型反流动态失速主动控制试验研究

针对直升机旋翼反流区因反流动态失速导致的非定常载荷、阻力激增以及负升力等问题,开展了基于后缘小翼的翼型反流动态失速主动控制试验研究.采用动态压力测量结合翼型表面压力积分的方法,重点分析了后缘小翼不同的振荡相位差、幅值和减缩频率对反流动态失速控制的影响规律,对比了后缘小翼动态偏转和固定偏转的差异,试验雷诺数Re=3.5×10⁵.结果表明,当后缘小翼与翼型以相同的频率正弦振荡运动,且二者的相位差为0°时,能改善反流动态失速过程中钝几何前缘的流动分离,并在反流状态下实现了翼型负升力系数下降21.2%,阻力系数下降37.5%,俯仰力矩系数迟滞环面积下降44.6%的控制效果;动态偏转的后缘小翼对翼型反流动态失速的控制效果随后缘小翼振荡幅值的增加而增加,但进一步增加振荡幅值对于控制效果的提升有限;当减缩频率增加时,动态偏转的后缘小翼对反流状态下翼型阻力的控制效果会更加明显;后缘小翼的动态偏转与固定偏转都能有效改善翼型在反流中的动态气动性能,但是动态偏转对于不同翼型迎角的适应能力优于固定偏转,并取得了更好的非定常载荷控制以及更好的阻力和负升力改善效果.     

空腔流激振荡发声的数值模拟研究

通过求解二维非定常雷诺平均Navier—Stokes方程,对亚音速情况下长宽比为L／D=2的空腔流动进行了计算气动声学数值模拟研究．湍流模型选取标准κ-ε模型,空间离散采用频散相关保持格式,时间积分采用低耗散低频散龙格库塔法,进出口远场边界采用以摄动解为基础的无反射边界条件,计算结果首先与Krishnamurty实验观测的密度场纹影图进行了对比,不论是在腔内流场分布还是腔外辐射指向性上,都与实验结果符合较好;然后与Rossiter公式进行了频率对比,其结果不但较为准确地捕捉到了振荡低阶模态的频率,而且也捕捉到了振荡高阶模态的频率特性,在此基础上研究了边界层厚度对振荡性质的影响,研究表明边界层厚度对振荡幅值影响较大,而且使振荡频率发生小幅偏移,最后探讨了振荡的发声机理,分析了振荡发声及声反馈的过程,发现了空腔前缘的二次发声现象。     

圆形月池流激振荡实验研究

采用基于经验模态分解(EMD)的本征模态函数(IMF)分析方法和对比研究的实验方 法,实验研究了圆形月池在均匀流条件下的流激振荡特性. 通过实验研究发现,尽管腔内的 流体在不同来流的条件下运动趋势有所不同,但归纳起来对于月池结构,其内部存在两类振 荡源,一类是腔内流体的固有振荡,该频率与腔体结构形式、尺寸、腔内流体深度有关,与 来流无关;另一类则是流体流经腔口时产生的流体动力振荡,该频率与来流特性、速度有关. 当二者频率相近时将会激起腔内流体的共振,即会有``活塞(piston)'现象产生. 实验中,还在腔体侧壁上布置了压力传感器,用来分析腔体侧壁受到的流体压力特性及 其变化趋势.     

研究了雷诺数Re=200, 1000, 线速度比$\alpha =0.5$,

研究了雷诺数Re=200, 1000, 线速度比$\alpha =0.5$, 2.0, 4.0, 强迫振荡频率$f_{s}=0.1\sim 2.0$情况下的旋转振荡圆柱绕流问题. 通 过基于非结构同位网格有限体积法对Navier-Stokes方程进行数值求解. 对流项、扩 散项和非恒定项的离散格式均具有二阶精度，利用SIMPLE算法处理压力-速度耦合. 计算得到了作用力系数随不同控制参数的变化规律. 通过对升力系数的频谱分析得到 自然脱落频率和强迫振荡频率下的作用力振幅. 通过对不同频率作用力幅值的分析， 得到频率之间的竞争关系，进而定量地给出了不同尾迹涡脱落模式的分区图.     

均匀来流中横向振动圆柱近迹涡结构的数值模拟

从涡量流函数形式的N-S方程出发,在不同的振动频率、振幅及Re数下数值研究了均匀来流中横向振动圆柱粘性统流的涡脱泻现象。着重探讨了近迹复杂的涡结构及其非定常演化过程,以及它们对物体受力特性的影响,并首次成功地模拟了近年来实验研究中所发现的一些重要的流动现象,如相位“开关”现象(phase switch phenomena)及复杂涡结构(complex vortex structure),等等。通过数值模拟,不仅能够再现实验研究中所发现的一些重要的流动现象,还可进一步预示某些新的流动现象,使数值计算起到与实验研究相辅相成的作用。     

A multi-dimensional time-marching method of characteristics for viscous and heat-conducting flows

Summary A numerical scheme is presented which employs the characteristic surfaces in space-time for solving Navier-Stokes equations for compressible fluid flow. We consider the general case of a three-dimensional flow, a simplification of which yields the equations of the two-dimensional case. Emphasis is put on the method itself. We apply it to simulate a laminar hypersonic flow around a circular cylinder of a five-components gas mixture of nitrogen and oxygen with thermally perfect constituents and at chemical nonequilibrium. First, the partial differential equations are transformed into a standard form with directional derivatives, enabling to attain the compatibility conditions, including the viscosity terms. These conditions are discretized by approximating their integrals along the corresponding characteristic surfaces. The result is an explicit time-marching numerical scheme. Using a grid fitted between the shock and the cylinder, and starting from roughly estimated initial conditions, a steady solution is searched. A comparison is made with the solution obtained under the assumption of a perfect gas. Received 6 April 1999; accepted for publication 13 May 1999     

计算动脉血管发展流动的新差分格式

在引用守恒型N—S方程和SIMPLE方法的基础上，对血管发展流动的控制方程提出了新的差分格式。算例结果表明：本差分格式对血管发展流动的数值研究是可行的。     

两相正激波松弛流的数值研究

对气、固两相正激波松弛流动进行了数值研究,方程中考虑了压力梯度及非匀速运动引起的附加质量力。给出了完整的计算方法,对三种不同固相容积比、不同固相颗粒直径和不同马赫数分别进行了数值计算,所得计算结果给出了气、固两相的速度、温度、压力、密度、固相容积比及熵值沿流向分布情况。文章对气、固两相参数在松弛区中的变化规律进行了讨论。     

A three-layer model for solid-liquid flow in horizontal pipes

A three-layer model for solid-liquid flow in horizontal pipes is proposed. This model overcomes the limitations of the two-layer model. The model predictions exhibit satisfactory agreement with the experimental data and existing correlations.     

A numerical method for subcritical and supercritical open channel flow calculation

A marching finite volume method is presented for the calculation of two-dimensional, subcritical and supercritical, steady open channel flow including the usually neglected terms of slope and bottom friction. The channel flow will be assumed to be homogeneous, incompressible, two-dimensional and viscous with wind and Coriolis forces neglected. A hydrostatic pressure distribution is assumed throughout the flow field. The numerical technique used is a combination of the finite element and finite difference methods. A transformation is introduced through which quadrilaterals in the physical domain are mapped into squares in the computational domain. The governing system of PDEs is thus transformed into an equivalent system applied over a square grid network. Comparisons with other numerical solutions as well as with measurements for various open channel configurations show that the proposed approach is a comparatively accurate, reliable and fast technique.     

A numerical model for the flooding and drying of irregular domains

A numerical technique for the modelling of shallow water flow in one and two dimensions is presented in this work along with the results obtained in different applications involving unsteady flows in complex geometries. A cell‐centred finite volume method based on Roe's approximate Riemann solver across the edges of both structured and unstructured cells is presented. The discretization of the bed slope source terms is done following an upwind approach. In some applications a problem arises when the flow propagates over adverse dry bed slopes, so a special procedure has been introduced to model the advancing front. It is shown that this modification reproduces exactly steady state of still water in configurations with strong variations in bed slope and contour. The applications presented are mainly related with unsteady flow problems. The scheme is capable of handling complex flow domains as will be shown in the simulations corresponding to the test cases that are going to be presented. Comparisons of experimental and numerical results are shown for some of the tests. Copyright © 2002 John Wiley & Sons, Ltd.     

A probabilistic method for field solutions in two-phase flows

Solid-particle motion and related transport phenomena in two-phase flow are fluctuating processes in space and time. A deterministic method can describe only partially the intrinsic physics of these processes. In this paper, the fluctuations of the flow parameters are modelled by considering the spatial correlations, and a probabilistic computational method for two-phase flow is presented. The probabilistic governing equations have been discretized in space using a finite volume method, and then solved by applying the Neumann expansion method. This last method is time efficient, and its convergence can be guaranteed even for large fluctuations. A liquid-solid particle mixture flow in a circular pipe is taken as an example. Computational results illustrate the merit of the probabilistic approach for the prediction of two-phase flow phenomena.     

微重力条件下气/液两相流流型的研究进展

气／液两相流流型是两相流研究领域最基本的课题之一,至今已有数十年的研究历史．但是,由于气／液两相流动现象极为复杂,目前还没有得到一致的结论．近十多年来,利用微重力环境减弱甚至完全消除重力的影响,简化流动中各种不同因素间的相互作用及流型特征,大大促进了对气／液两相流动特征及流型产生与转换机理的研究．同时,微重力条件下的气／液两相流动是空间技术领域必须解决的关键技术问题之一,具有重要的学术意义和重大的应用价值．本文简要总结了微重力条件下气／液两相流流型研究的基本方法以及实验结果和理论进展,指出今后研究中应该注意的一些方向．