考虑当地涡旋运动修正的湍流模型在非定常空化湍流流场计算中的应用

为了更精确地模拟当地涡旋运动对复杂非定常空化湍流流动的影响,考虑当地涡旋运动特性对标准k-ε湍流模型进行了修正;并采用该修正模型对二维Clark-Y水翼周围非定常空化湍流场进行了计算;通过与实验结果进行对比,分析并验证了该修正模型计算结果的有效性。研究表明:该修正湍流模型根据当地涡旋效应对湍动能输运方程中的生成项进行修正,可以有效解决标准k-ε模型对湍动能的过度预测问题,得到的空化核心区域时均湍动能和湍流黏性的预测结果降低了约30%,与实际值更为接近;标准k-ε模型计算所得的时均空泡长度不大于0.6倍弦长,而修正模型计算所得的时均空穴可以覆盖水翼吸力面;修正模型可以准确预测水翼吸力面表面空泡的非定常脱落过程,包括附着空穴的拉伸和断裂,以及脱落空泡的逐渐消失。     

湍流测量数据分析软件的检查

湍流运动本身的不规则性使得湍流测量中得到信号的可靠性成为一个较难检查的问题,使用天津大学流体力学实验室编的湍流测量软件对一些标准信号进行分析,由所得结果可以检查出软件的可靠性．     

参考焓值法在高速槽道湍流中的修正

利用高来流马赫数为3, 5, 6, 7, 10的槽道湍流直接数值模拟(direct numerical simulations, DNS)数据, 评估和修正经典的参考焓值法. 研究表明在高来流马赫数槽道湍流中, 经典参考焓值法预测的壁面热流与DNS结果相差很大, 需要作适当的修正.修正参考焓值法Ⅰ和Ⅱ的预测结果明显优于经典参考焓值法;并且修正参考焓值法Ⅱ更加适用于高马赫数流动, 其壁面热流与DNS结果的相对误差在10%以内. 同时, 修正参考焓值法Ⅱ的普适性在超声速燃烧室隔离段热环境试验中得到了验证.     

旋转湍流中雷诺应力模型压力应变关联项的修正研究

利用张量的不变量理论,推导得出传统雷诺应力模型中压力应变关联项模型应用于旋转湍流模拟中的一些基本问题,即在纯旋转条件下,传统模型所描述的初始各向异性的湍流中雷诺应力张量演化规律是一个无衰减振荡过程,而快速畸变理论推导结果显示,其演化应是一个阻尼振荡衰减的过程。以衰减雷诺应力为目的,构造出包含旋转率张量高阶量的关联项。然后,结合变形率张量的高阶项,将修正模型扩展至椭圆形流线类型流动。最后,将修正模型应用于轴向旋转圆管内湍流流场的模拟,并将结果与实测结果进行了对比。     

弯曲槽道中湍流脉动的双点激光多普勒相关测量

应用双点激光多普勒测速装置对弯曲槽道中充分发展的湍流进行了相关测量，流动的雷诺数为５０００左右（以槽道中心速度为特征速度，以半槽宽为特征长度）．通过同时测量双点的瞬时流速，得到流向脉动速度沿流向、展向、横向的空间相关系数曲线，并应用条件采样技术（ＶＩＴＡ）对实验数据进行了分析     

关于湍流射流问题

在很多工程技术部门中,例如火箭技术、飞机、透平、锅炉、燃烧室、化工冶金设备、通风设备、其他流体装置以及射流元件等,大量遇到湍流射流的流动问题。因此,阐明湍流射流流动的规律,从而为工程实际应用提供分析与计算有关参数的依据,就具有很重要的意义。      

用平均速度剖面法测量壁湍流摩擦阻力

用IFA300恒温热线风速仪精细测量风洞中不同雷诺数流动条件下的平板湍流边界层近壁区域对数律平均速度剖面．利用平板湍流边界层近壁区域的对数律平均速度剖面与壁面摩擦速度、流体黏性系数等内尺度物理量的关系和壁面摩擦速度与壁面摩擦切应力的关系,在准确测量平板湍流边界层近壁区域对数律平均速度剖面的基础上,测量平板湍流边界层的壁面摩擦阻力．实现了平板湍流边界层壁面摩擦阻力的无干扰或微小干扰测量．该种方法操作简便,不需要在流场中安装测力天平、传感器等复杂的测量装置,不需要对湍流边界层的壁面进行破坏,不会影响湍流边界层壁面附近区域原有的流场条件,是一种切实可行的测量平板湍流边界层壁面摩擦阻力的简便方法．     

高温变形测量中热流场造成畸变的修正方法

目前高温环境中材料的变形测量是研究的热点,基于数字图像特征识别的非接触测量方法促进了高温环境变形测量的发展,但由于高温环境的复杂性,存在很多测量影响因素,其中高温环境中热流场的存在对数字图像法的影响尤为明显。本文提出了一种对高温变形测量中热流场造成畸变影响的修正方法。针对基于光学成像方法的材料高温变形测量中常见的热流场扰动,通过数值仿真得到热流场模型及热流场分布状况,再结合光线追迹原理对热流场造成的图像畸变影响进行分析,用数值分析结果对高温变形测量实验结果进行修正。对比扰动修正结果与真实位移有很好的一致性,从而证明了所提方法的可行性和有效性。     

壁湍流相干结构的教学实验(六)--湍流测量中X形热膜探针的标定

为了进行湍流度二分量的实验测量，介绍了标定Ｘ形热膜探针的全速度－偏航角方法的细节。     

用子波分析修正检测壁湍流猝发的VITA法

应用壁湍流脉动速度信号子波分析的一系列方法对检测壁湍流猝发事件的VITA法进行了修正。其中,用能量最大准则确定VITA法短时间平均周期;以子波变换能量最大尺度脉动速度的短时间平均方差的局部极大值点作为检测函数的中心点,取代了传统VITA法中对短时间周期平均方差选用门限值的方法,避免了VITA法检测结果对门限值的主观经验依赖性,提高了VITA法检测壁湍流猝发事件的客观性和准确性。     

基于组合神经网络的雷诺平均湍流模型多次修正方法

求解雷诺平均(Reynolds-averaged Navier-Stokes, RANS)方程依然是工程应用中有效且实用的方法, 但对雷诺应力建模的不确定性会导致该方法的预测精度具有很大差异. 随着人工智能的发展, 湍流闭合模型结合机器学习元素的数据驱动方法被认为是提高RANS模型预测性能的有效手段, 然而这种数据驱动方法的稳定性和预测精度仍有待进一步提高. 本文通过构建一个全连接神经网络对RANS方程中的涡黏系数进行预测以实现雷诺应力的隐式求解,该神经网络记作涡黏系数神经网络(eddy viscosity neural network, EVNN). 此外, 也使用张量基神经网络(tensor basis neural network, TBNN)预测未封闭量与解析量之间的高阶涡黏关系, 并利用基张量保证伽利略不变性. 最后, 采用多次修正的策略实现修正模型对流场预测的精度闭环. 上述方法使用大涡模拟(large eddy simulation, LES)方法产生的高保真数据, 以及RANS模拟获得的基线数据对由EVNN和TBNN组合的神经网络进行训练, 然后用训练好的模型预测新的RANS模拟的流场. 通过与高保真LES结果进行对比, 结果表明, 相比于原始RANS模型, 修正模型对后验速度场、下壁面平均压力系数和摩擦力系数的预测精度均有较大提升. 可以发现对雷诺应力线性部分的隐式处理可以增强数值求解的稳定性, 对雷诺应力非线性部分的修正可以提升模型对流场各向异性特征预测的性能, 并且多次修正后的模型表现出更高的预测精度. 因此, 该算法在数据驱动湍流建模和工程应用中具有很大的应用潜力.      

气体泄爆压力分步计算模型及其湍流修正

通过将密闭空间内爆燃泄放过程进行微分,假设各微分时段内爆燃泄放过程均按照先燃烧、再泄放、最后压力平衡的过程独立分步进行,最终得到泄爆压力分步计算模型。同时,在尺寸为2 m×1.2 m×0.6 m的爆炸腔体一端安装击穿压力相同、泄放面积不同的泄爆构件进行泄爆实验,对分步压力计算模型进行验证。对比发现:大面积泄放条件下,2个传感器测得的压力曲线基本重合,均为单峰值曲线,此时模型计算值与实验结果吻合较好;小面积泄放条件下,腔体内压力曲线均为双峰值曲线,由于泄放截面改变加剧口部湍流扰动,使得腔体内部产生压力梯度,近泄爆口处传感器测得的第2个压力峰值要大于腔体内部传感器相应的测量值,经湍流速度修正后的压力计算模型可以较好地描述近泄爆口处的压力变化情况。     

k-ωSST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.      

基于PIV测量的水击谐波场中分散相粒子的湍流特性分析

为了解油中分散相粒子的微观运动状态,利用图像采集系统对水击谐波场作用下油中分散相粒子的微观运动状态进行了采集和处理,通过对分散相粒子的湍流特性的PIV(Particle Image Velocimetry)测试,探讨了激振力产生水击谐波的油水分离效果。结果表明:随着施加激振力的增加,粒子在波节(18.2mm)的附近出现了较为明显的聚集涡流和在波腹(68.2mm)的附近出现了明显的发散涡流;粒子的湍流动能、耗散率有两个明显的分布较大的区域,分别对应流场图中的粒子发散涡流、粒子聚集涡流区域与实验管道底部的交界面,而且随着激振力的减少,粒子的湍流动能、耗散率由两个明显的分布较大的区域变为只有一个明显的分布较大的区域,该区域都是含能涡的直接体现。     

湍流管径问题算法的改进

本文采服无量纲参数（ｇＪＯ＾３／ｖ＾５）及ＫｓＶ／Ｑ）由最小二乘法以指数函数拟合Ｐｒａｎｄｔｌ及Ｋａｒｍａｎ公式，得出分别适用于光滑区和粗糙区的管径算式。再对以上两式作粘性关联偶合，得出适用于湍流过渡区的管径算式。可直接求出管径，避免繁复试算和迭代。计算结果与Ｐｒａｎｄｔｌ，Ｋａｒｍａｎ及Ｃｏｌｅｌｒｏｏｋ－Ｗｈｉｔｅ等经典公式能精确吻合，较Ｓｗａｍｅｅ－Ｊａｉｎ湍流管径算式误差减少一半以上。     

电化学法测量壁面处的湍流速度梯度

本文介绍了用一半圆电极对同时测量壁面上轴向与横向速度梯度湍流脉动的方法,并对电化学法测量的频率响应进行分析和实验验证,提出对测量结果修正的方法。     

二维圆柱尾迹内湍流微结构的测量

本文测量了二维圆柱体尾迹内过渡区和自模拟区的平均亏损速度分布,同时也测量了湍流微结构。测量的湍流微结构参数有:不同距离的截面上速度脉动的湍能分布,剪应力的分布和横向剪应力的分布,涡粘性系数ε_m的分布,以及二元纵向速度相关系数f和二元横向速度相关系数g的变化规律。还有湍流微尺度λ_f,沿纵向和横向截面上的变化规律。试验结果与文献[1]提出的涡量脉动相似性结构的理论计算做了比较。     

液体和气体的湍流问题

1977年9月7—10日,在国立顿尼茨大学举行了“液体和气体的的湍流问题”的全苏会议。会议是在苏联科学院和乌克兰科学院、苏联和乌克兰高等和中等专业教育部、苏联科学院力学与自动控制学部、苏联科学院液体与气体力学科学委员会的组织下进行的。来自30座城市(莫斯科、列宁格勒、基辅、新西伯利亚、顿尼茨克、明斯克、彼尔马等)的研究所,      

湍流边界层空间特征尺度的层析TRPIV测量

利用层析TRPIV测量得到的平板湍流边界层三维三分量速度场数据库,计算得到了平板湍流边界层空间耗散尺度、剪切尺度、泰勒微分尺度、积分尺度等典型空间特征尺度分别为3～5,40～100,20～50,4000个壁面单位,发现耗散尺度随法向位置缓慢增加,剪切尺度在靠近壁面的区域随法向位置变化不明显,积分尺度已不随法向位置变化....     

用三分量LDV测量壁湍流边界层

本文用三分量激光多普勒测速仪对壁湍流边界层进行了测量，经过数据处理后，给出了各湍流参数的分布曲线，并与Ｄｊｅｎｉｄｉ等的测量结果进行了比较，吻合得很好。结果表明，用３Ｄ－ＬＤＶ研究湍流是可行的