龙山门断裂带活动特征与工程区域地壳稳定性评价理论

以弱非线性涡黏性模型为出发点,对Delery分离流动实验结果进行分析并获得了非平 衡态分离区涡黏性系数与形状因子J之间的非线性关系. 该非线性关系显示在分离起始阶段, 涡黏性系数较平衡态先减小,后增大;再附阶段,涡黏性系数较平衡态数值逐渐增大,并在 再附点位置接近最大,而后又逐渐减小,恢复到平衡态水平. 总结涡黏性系数的 这种非线性发展数学关系式,并将它应用于BL模型,在不添加微分方程的情况下发展出一种 适用于分离流动的改进代数湍流模型. 对低速平板流动,跨声速,超声速以及高超声速分离 流动的计算结果表明,该改进湍流模型可以较准确地模拟各类复杂分离流动,计算精度明显 优于传统代数模型以及一些两方程模型,而计算工作量仍与BL模型相当. 这表明所提出的 涡黏性系数非线性发展规律是正确的,且应用在二维分离流动中具有一定的普适性.     

k-ω SST湍流模式三维激波分离流动修正

“激波?边界层分离”是航空气动领域的典型湍流非平衡流动问题, 准确模拟激波分离对于跨声速飞行器气动性能评估和优化设计具有重要意义. 然而传统涡黏性湍流模式中涡黏性系数的定义方式并不适用于非平衡流动, k-ω SST湍流模式为此引入的Bradshaw假设在应用于三维强逆压梯度和较大分离流动时反而限制了雷诺应力的生成, 导致包括k-ω SST在内的常用涡黏性湍流模式均无法对此类流动进行准确模拟. 同时, 现有的非线性雷诺应力本构关系也并不能有效提高模拟精度. 为此, 针对k-ω SST模式分别提出了基于Bradshaw假设和基于长度尺度的两种激波分离流动修正方法. 前者通过提高Bradshaw常数的方式放宽了对雷诺应力生成的限制, 后者则从湍流长度尺度概念出发, 利用混合长度理论、湍动能生成/耗散之比和一种新定义的长度尺度之比构造了ω方程耗散项修正函数, 提高了模式在三维激波分离流动中的建模长度尺度. 两种方法对ONERA M6机翼跨声速大攻角流动均能得到较雷诺应力模式更好的模拟结果. 进一步的雷诺应力分析表明, 三维激波分离流动中“主雷诺应力分量”的概念不再成立, 各雷诺应力分量大小接近. 网格收敛性分析、对其他攻角状态的验证以及湍流平板边界层壁面律验证进一步确认了所提出的两种修正方法的合理性、有效性和通用性.      

关于RNG代数湍流模式的研究

研究了ＲＮＧ代数湍流模型，提出的涡黏性方程根的识别方法对涡黏性的选择给予了合理的物理意义，它减少了模型使用中的经验性，缩短了计算时间。另外关于用外部涡函数的双峰平均法来确定分离区附近边界层的厚度也是有意义的，它继承了ＢａｌｄｗｉｎＬｏｍａｘ代数模型的长处，改进了其不足，可用于分离流动的工程计算．     

求解复杂湍流的非线性涡黏性系数模型和代数应力模型

非线性涡黏性系数模型和代数应力模型联系了线性涡黏性系数湍流模型和完整的微分 雷诺应力模型.随着它们受到日益关注,其形式也越来越多样化.本篇综述的目的是对这些模 型加以总结并比较它们之间的共同点及不同之处,指出它们与完整微分雷诺应力模型之间的 关系,以及相对于线性涡黏性系数模型而言它们在预报流场上所具有的优势.     

超声速流动中非线性EASM湍流模式应用研究

针对超声速复杂流动区域精确模拟的需要,发展了基于k-ω可压缩修正形式的非线性显式代数雷诺应力模式（EASM）,提高了该模式对超声速复杂流动的数值模拟精度。通过对二维超声速凹槽和三维双椭球的数值计算表明,与SA和SST常规线性涡黏性湍流模式比较,非线性的EASM模式对大分离以及剪切层流动结构的刻画能力更精细,对剪切层再附区的压力及摩擦系数分布模拟更加精确;EASM模式能够准确地模拟二次激波引起的压强和热流分布情况。     

绕振荡水翼流动及其转捩特性的数值计算研究简

通过对比标准k-ω SST 湍流模型和基于标准k-ω SST 湍流模型修正的γ-Re_θ 转捩湍流模型对绕振荡NACA66 水翼流动的数值计算结果与实验结果,对水翼振荡过程的水动力特性和流场结构变化进行了分析研究. 结果表明：与标准k-ω SST 湍流模型的数值计算结果相比,基于标准k-ω SST 湍流模型修正的γ-Re_θ 转捩湍流模型能有效预测绕振荡翼型流场结构和水动力特性,捕捉流场边界层发生的流动分离和转捩现象;绕振荡水翼的流动过程可分为5 个特征阶段,当来流攻角较小时,在水翼前缘发生层流向湍流的转捩现象,水翼动力特征曲线出现变化拐点;随着来流攻角的增大,顺时针尾缘涡逐渐形成并向水翼前缘发展;当攻角较大时,前缘涡分离导致动力失速,水翼的动力特征曲线出现大幅波动;水翼处于顺时针向下旋转阶段,绕水翼的流动状态逐渐由湍流过渡为层流.     

超声速流动中非线性EASM湍流模式应用研究

针对超声速复杂流动区域精确模拟的需要,发展了基于k-ω可压缩修正形式的非线性显式代数雷诺应力模式(EASM),提高了该模式对超声速复杂流动的数值模拟精度。通过对二维超声速凹槽和三维双椭球的数值计算表明,与SA和SST常规线性涡黏性湍流模式比较,非线性的EASM模式对大分离以及剪切层流动结构的刻画能力更精细,对剪切层再附区的压力及摩擦系数分布模拟更加精确;EASM模式能够准确地模拟二次激波引起的压强和热流分布情况。     

绕振荡水翼流动及其转捩特性的数值计算研究

通过对比标准k-ω SST 湍流模型和基于标准k-ω SST 湍流模型修正的γ-Re_θ 转捩湍流模型对绕振荡NACA66 水翼流动的数值计算结果与实验结果,对水翼振荡过程的水动力特性和流场结构变化进行了分析研究. 结果表明:与标准k-ω SST 湍流模型的数值计算结果相比,基于标准k-ω SST 湍流模型修正的γ-Re_θ 转捩湍流模型能有效预测绕振荡翼型流场结构和水动力特性,捕捉流场边界层发生的流动分离和转捩现象;绕振荡水翼的流动过程可分为5 个特征阶段,当来流攻角较小时,在水翼前缘发生层流向湍流的转捩现象,水翼动力特征曲线出现变化拐点;随着来流攻角的增大,顺时针尾缘涡逐渐形成并向水翼前缘发展;当攻角较大时,前缘涡分离导致动力失速,水翼的动力特征曲线出现大幅波动;水翼处于顺时针向下旋转阶段,绕水翼的流动状态逐渐由湍流过渡为层流.      

应用于激波/边界层相互作用的非线性湍流模式

选择8个近年来有代表性的非线性湍流模式，研究2个跨声速激波／边界层相互作用问题．采用的非线性湍流模式包括4个二阶模式和4个三阶模式．2个跨声速激波／边界层相互作用的流动是轴对称圆弧突起绕流和二维管道突起流动．通过数值计算结果和实验结果的比较，对有关的非线性湍流模式进行评估和分析．计算结果表明，非线性模式的模化系数与平均流动应变不变量以及涡量不变量有关，反映了湍流的各向异性，比线性模式优越得多．     

弯度翼型大迎角时分离涡流场的多平衡态现象

基于kω的SST两方程湍流模型,在时间域求解雷诺平均Navier-Stokes方程,模拟弯度翼型大迎角时的分离流动。通过给翼型施加一定形式的扰动,重点关注了翼型弯度对大迎角分离涡流场平衡态转移的影响。研究结果表明:与相同厚度20%以上的对称翼型相比,2%弯度的翼型出现分离涡流场平衡态转移的起始迎角变小2°左右,迎角区间变宽约1°;在厚度相对较小的NACA2416翼型上也发现上述分离涡平衡态转移现象。由此说明翼型弯度在一定程度上促使了分离涡平衡态的转移。     

涂布流动的非线性阈值问题

本文研究了沿斜面流动薄层液体的非线性稳定性,即涂布流动的非线性稳定性问题。我们将周恒对平面Poiseuille流提出的弱非线性理论应用于涂布流动。文中对自由表面的世界条件提出了一个合理的简化方法,对亚临界时不同Reynolds数及扰动频率,求出了有限扰动的阈值。     

A third-order compact nonlinear scheme for compressible flow simulations

Reynolds-averaged Navier-Stokes simulations based on second-order numerical methods are widely used by commercial codes and work as dominating tools for most industrial applications. They, however, suffer from limitations in accurate and reliable predictions of skin-friction drag and aerodynamic heating, as well as in simulations of complex flows such as large-scale separation and transition. A remedy for this is the development of high-order schemes, by which numerically induced dissipation and dispersion errors of low-order schemes can be effectively reduced. Weighted compact nonlinear schemes (WCNSs) are a family of high-resolution nonlinear shock-capturing methods. A stencil-selection procedure is introduced in the proposed work with an aim to improve the nonlinear weight of the third-order WCNS. By using the approximate dispersion relation analysis, it is demonstrated that the new scheme has reduced dissipation and dispersion errors, compared with WCNSs using two typical nonlinear weights. Improvements are also achieved by the new scheme in numerical tests such as the double Mach reflection problem and the Rayleigh-Taylor instability simulation, which are characterized by strong shock discontinuities and rich small scales, respectively. The new scheme is therefore highly favored in the simulation of flow problems involving strong discontinuities and multiscales phenomena.     

非线性湍流模式研究及进展

现代湍流模式研究已经超出了经典的Ｂｏｕｓｓｉｎｅｓｑ涡粘性概念和线性的雷诺应力输运范畴,湍流运动过程中的非线性本质已成为模式研究人员所关心的中心问题。其目的在于使湍流模式能更加真实地再现湍流运动的复杂性,提高模式的适用范围,使复杂湍流能够得到合理的模拟,非线性湍流模式在解决复杂湍流运动的计算中已经取得可喜进展,正逐步应用于工程湍流的计算。同时,工程中的湍流问题计算也已走出了简单剪切流动类型及传统的ｋ－ε（及其它形式的）二方程模式框架,二阶矩封闭模式在先进的工程计算中已被用来解决诸如可压缩的空气动力学、发动机气缸及三维复杂几何场内等具有重要应用背景的流动问题,并逐步进入计算流体力学商业软件包。      

An efficient approach for calculation of pitching moment in nonlinear reduced frequency method at low Mach number transonic flows

In this research, an efficient methodology for calculation of pitching moment coefficient at low Mach number transonic flows by using the perturbed nonlinear reduced frequency approach is presented. The proposed approach uses the perturbation technique in the nonlinear frequency domain (NLFD) method to estimate the solution at high harmonics. In this approach, the density and velocity fields at high harmonics are perturbed about those at low harmonics. Perturbing the density and velocity fields, the semi‐linear form of the governing equations is obtained. The resulting solution vector and spatial operator are then approximated by discrete form of Fourier transformation and governing equations are solved by using the pseudo‐spectral approach. Numerical results show that the proposed approach predicts good pitching moment coefficient at low Mach number transonic flows with up to 50% savings in computational time. Copyright © 2011 John Wiley & Sons, Ltd.     

Modelling Shock/Boundary-Layer Interaction with Nonlinear Eddy-Viscosity Closures

An investigation is reported of several nonlinear eddy-viscosity models, both from a fundamental point of view and as a basis for resolving turbulence transport in transonic flows, with particular emphasis placed on shock-induced separation. The models are first analyzed by reference to a homogeneous shear flow and a plane channel flow, after which they are applied to two transonic flows with strong shock-wave/boundary-layer interaction including separation. The computational results demonstrate that nonlinear models with coefficients appropriately sensitized to strain and vorticity invariants, yield results which are superior to a standard linear low-Re k– model often claimed to give the best predictive performance among low-Re k– models which do not contain ad-hoc corrections. While this superior performance is partly associated with the functional dependence of the linear coefficient on strain and vorticity, this cannot be separated from the role of at least some nonlinear terms which interact with that coefficient, especially in complex strain fields featuring large streamline curvature and irrotational straining.     

挠率对螺旋管道内二次流的二阶效应

本文用螺旋坐标系和摄动法研究了在螺旋管道内的低雷诺数(R<17/(8~(1/2)))不可压缩流体的定常粘性流动,给出了完全的二阶摄动解。结果表明管道挠率在二阶摄动解时对二次涡有偏转和扭曲效应。本文还发现当雷诺数从很小值逐渐增大时,两次涡位置发生由左右相对到上下相对的有趣旋转。     

Numerical modeling of the disturbances of the separated flow in a rounded compression corner

Numerical modeling of the time-dependent supersonic flow over a compression corner with different roundness radii is performed on the basis of the solution of the two-dimensional Navier-Stokes equations in the regimes corresponding to local boundary layer separation. The development of unstable disturbances generated by local periodic injection/suction in the preseparated boundary layer is calculated. The results are compared with those of similar calculations for a flat plate. It is shown that the natural oscillations of the boundary-layer second mode stabilize in the separation zone and grow intensely downstream of the reattachment point. The acoustic modes excited within a separation bubble are studied using numerical calculations and an asymptotic analysis.     

三角翼上分离及涡流的数值模拟

综述了三角翼(包括双三角翼,边条-三角翼,近距耦合鸭翼)上分离及涡流问题的数值模拟进展,介绍了用Euler方程、N-S方程的数值方法模拟不同三角翼,在不同攻角、不同来流M数等多种条件下的复杂涡流形态和流动结构,研究了控制方程、网格、湍流模型和计算方法等对计算结果的影响。