湍流相干结构机理研究(Ⅲ)——湍流拟序结构的统计及动力模型及其对传热影响研究

在文献[1]、[2]的启发下,本文建立一个零压梯度下,考虑局部产生以及外来扰动涡旋的壁湍流边界层大涡拟序结构的统计及动力学模型.在此基础上对充分发展的宽明渠流动中壁面附近的热扩散进行了数值模拟,建立了边界层拟序脉动速度和温度的数据库,发现了与速度快慢条相对应的高低温流条及其随时间在展向的摆动.数值模拟结果与前人的计算和实验结果吻合很好.     

湍流边界层近壁区单个相干结构的模拟 *

提出了湍流边界层近壁区单个相干结构的理论模型 .用数值模拟的方法研究了它们的演化 ,结果发现在很多方面它们与实验观测到的特性相符 .     

湍流边界层外区扰动激发近壁区相干结构的一种机制

应用直接数值模拟的方法,研究了湍流边界层近壁区由于外区扰动的作用而导致相干结构产生的问题．结果表明:在湍流边界层近壁区的上边界存在的速度扰动,可以在近壁区内激发出相干结构,从而完善了单个相干结构的理论模型．     

湍流边界层底层相干结构的一个理论模型*

本文采用非线性稳定性分析方法,研究了湍流边界层底层相干结干结构的成因.计算得到的增长最快的不稳定波的展向尺度与纵向尺度都与实验相符.这一分析的特点是采用了不同于湍流平均速度剖面的更合理的速度剖面作为稳定性分析的基础,并采用了新的非线性理论.文中结果有助于理解湍流边界层底层相干结构的拟有序现象.     

湍流边界层近壁区相干结构起因的研究

利用流动稳定性理论中的一般共振三波的概念,提出了一种湍流边界层近壁区相干结构产生机理的理论模型。由此所得的相干结构的空间形态,展向尺度,传播速度等都与数值模拟所得结果相近。特别是计算了多数是不对称的各种流向涡对环量差的概率密度分布曲线,得到了与数值模拟结果相比基本满意的结果。     

一个结构简单的约束变尺度算法

本文我们考虑具有线性约束凹函数的最优化问题，利用我们的算法和变尺度修正公式，提出了一个结构简单的组合算法，并在「２」，「３」和「４」同样的假设条件下，证明了该算法的收敛性和超线性收敛速度，从而使该算法比原有各算法更具实用性。     

收缩喷嘴中的湍流Ⅰ——边界层解

应用边界层积分法,研究锥形喷嘴入口区域中湍动涡流的发展.球面坐标系中的控制方程,通过边界层的假定得到简化,并对边界层进行了积分.应用4阶Adams预测校正法求解该微分方程组.入口区域的切向和轴向速度,分别应用自由涡流和均匀速度分布来表示.由于缺乏收缩喷嘴中涡流的实验数据,需要用数值模拟对该发展模式进行逆向验证.数值模拟的结果证明,该解析模型在预测边界层参数中的能力,例如边界层的生长、剪切率和边界层厚度,以及不同锥度角时的涡流强度衰减率等.为所提出的方法引进一个简明而有效的程序,用以研究几何形状收缩设备内的边界层参数.     

格上Ising模型的临界失真估计

本文是我们先前工作「１」，「２」的继续，对格上Ｉｓｉｎｇ模型的临界失真ｄｃ的估计，Ｎｅｗｍａｎ和Ｂａｋｅｒ「６」证明了ｄｃ和Ｉｓｉｎｇ模型的Ｍａｙｅｒ级数之收敛半径Ｒ有以下关系：ｄｃ＝Ｒ／（１＋Ｒ），在「１」中匀提出了估计Ｒ及ｄｃ的新方法，并它计算了二维矩形格Ｚ＾２上Ｉｓｉｎｇ模型的临界失真ｄｃ，此文中我们继续应用此方法首次计算了定义在其它二维和三维格上Ｉｓｉｎｇ模型的临界失真ｄｃ，数值计算的结果     

湍流相干结构与小尺度结构之间的相互作用

本文首先对切变湍流场中存在大尺度相干结构与小尺度结构和不同尺度结构之间的相互作用进行了试验研究,得到了一些特征值,其次,在试验的基础上,建立了考虑不同尺度结构之间的相互作用后相干结构的数学描述和模式识别方法,并对光滑壁面与均匀密集加糙壁面条件下湍流边界层中的相干结构进行了模式识别。结果表明,文中所建立的计算方法是可行的。     

超声速钝锥湍流边界层DNS入口边界条件的研究

如何选取恰当的入口条件,是进行湍流边界层直接数值模拟时必须考虑的一个问题.为此建议了一种方法,只需要有平板湍流边界层时间模式直接数值模拟(DNS)所得的一个瞬时的流场,而且其Mach数、Reynolds数及壁面温度条件无需和实际问题中的完全相同,就可导出超声速钝锥湍流边界层空间模式直接数值模拟所需的入口条件.通过3个典型算例,将结果与用其它方法所得结果相比,证实了该方法的可行性.     

湍流相干结构机理研究(Ⅰ)──光滑壁边界层相干结构的物理模型*

本文主要讨论了光滑壁边界层相干结构的特性,建立了这种相干结构的物理模型,从理论上得到慢条宽度、猝发时间等物理量与动量厚度雷诺数的关系,其结果与实验结果[3'4'5'7]是相吻合的。     

弹性圆板在一侧受均载而四周固定的条件下不用克希霍夫—拉夫…

本文在前文「１」，「２」所得的微分方程和有关这界条件的基础上，采用一种新的整体插地，求得了弹性圆板在一侧受均载而四周固定的条件下弯曲问题的不用克希霍夫－拉夫假设的一级近似理论的数值结果，并与经典的克希霍夫－拉夫理论和Ｒｅｉｓｓｎｅｒ修正理论的结果进行了比较。     

近壁区Reynolds应力及湍能耗散率输运特性的理论模型 *

提出在湍流边界层的近壁区采用三维不稳定波来描述湍流相干结构 ,然后根据理论模型对Reynolds应力及湍能耗散率的输运特性进行系统的计算和定量的分析 ,并计算了平均速度分布 .所得理论结果与直接数值模拟结果符合较好 ,表明本文方法正确地体现了湍流边界层近壁区的物理实质 .这不仅有益于对湍流机制的了解 ,而且可能为湍流的近壁模型化开辟一条新的途径 .     

湍流边界层内准流向发卡涡生成的数值模拟

采用根据共振三波理论模型建立的初始准二维流场和直接数值模拟方法,对湍流边界层近壁区流向涡的生成进行了研究．计算得到了准流向发卡涡和次生准流向涡结构的生成过程及其主要特征,讨论了它们的产生机理．作为相干结构的主要特征,利用共振三波理论模型对流向涡结构生成与演化过程的研究为湍流边界层内相干结构的研究与流动控制提供了新的途径和思路．     

FENE-P流体混合层中拟序结构的研究

采用FENE-P模型对高雷诺数下二维粘弹性混合过程中拟序结构的演变进行了数值研究.由于对聚合物应力场采用了适当的滤波措施,得到了较AH更宽参数范围内FENE-P流体混合层流场中拟序结构的运动特性,计算结果表明:在流场中加入聚合物,基波和次谐波的发展受到抑制,涡量扩散加强,减慢了配对时两涡核的旋转运动,这种影响随Weissenberg数的增大而减小,但却随参数b的增大而加强.另外,与相同溶液粘度下的牛顿流体相比,配对过程中涡量完全合并的时刻延迟了.     

自由来流湍流与三维壁面局部粗糙诱导平板边界层不稳定T-S波的数值研究

采用直接数值模拟（DNS）方法,研究了在自由来流湍流与三维壁面局部粗糙作用下平板边界层内诱导产生不稳定T-S波的物理问题.数值结果可知,在平板边界层内发现了二维和三维T-S波组成的波包空间序列以及求得了波包向前传播的群速度大小,从而证明了自由来流湍流与三维壁面局部粗糙作用是激励平板边界层内诱导产生不稳定T-S波的一种机制.随后,建立了平板边界层内被激发的二维和三维T S波的初始幅值与自由来流湍流度,三维壁面局部粗糙的流向长度、展向宽度及法向高度之间的关系.这一问题的深入研究,进一步完善了流动稳定性与湍流理论.     

一类带小参数的二维反应扩散型方程组的数值方法

本文讨论了一类带小参数的二维反应扩散型方程组的数值方法，基于奇摄动理论，Ｇｒｅｅｎ函数、分裂方法和半群理论，建立这种类型方程组的计算格式，在误差分析中，运用了不等距步长的可行等距度，并将Ｌｏｒｅｎｚ的技巧用于估计解的性状，最后，得到了不安ｌ１「Ω」模意义下以Ｏ（ｈ＋ｌ＋△ｔ）的速度一致收敛。     

等谱和非等谱TD族,Lax表示与零曲率表示

首先，推广文「１」的结果，建立了等谱和非等谱ＴＤ族，并给出相应的Ｌａｘ表示，再用文「２」的方法得到了相应的零曲率表示。     

湍流边界层近壁区的传热问题

主要研究了湍流边界层近壁区的传热问题 .利用流动稳定性理论中的共振三波模型来求湍流边界层近壁区的相干结构所引起的流场 ,而小尺度湍流则用一简单的模型来表示 .通过这种新的模型 ,求解了三维温度场 ,得到了近壁区的平均温度剖面及表征热通量的Nusselt数 ,后者与实验符合得很好 .瞬时温度场具有条纹结构 ,也说明了数值模拟中所发现的条纹结构产生机理 .     

两类求解y“=f（x,y）具有极小相位延迟的显式方法

本文提出了两类数值积分二阶周期性初值问题ｙ〃＝ｆ（ｘ，ｙ），ｙ（ｘ０）＝ｙ０，ｙ（ｘ０）＝ｙ０具有检小相位延迟的显式两步法。这些方法推广和改进了文献「１」１－「７」中的某些方法。数值试验表明本文中的某些方法优于「１」－「７」中的某些方法。