两个角区湍流场及其尾迹的实验研究

绕两个翼型－平面的角区流动及其尾迹的实验是在低湍流度风洞中完成的．在零攻角条件下，对翼型－平面的角区流场内诸参数，如翼型表面和平板面上的压力分布、绕翼型及尾迹区内的平均速度、脉动速度、湍动能、二阶关联量ｕ′ｖ′及ｕ′ｗ′进行了广泛的测量．通过对比，分析了这两种模型与平面所构成的角区及其尾迹区内的流动特性     

圆柱绕流尾迹中相干结构对湍流特性的影响

实验研究了圆柱尾迹中相干结构对湍流平均量的影响.用一个X热线在距离圆柱体y/d=4测量参考信号,用X热线和冷线相结合的三线探头测量从x/d=10～40的圆柱绕流尾迹中的速度和温度脉动,用条件平均的方法研充圆柱绕流近尾迹中的相干结构,并对相干结构对动量和热量的湍流输运过程的影响进行初步分析.结果表明:相干结构对尾迹中速度的横向脉动影响最大;相干结构对湍流参数的影响随x/d的变化明显.该工作还对相干结构引起的湍动能产生率变成负和逆温度梯度输运现象做了定性的解释.     

再入湍流尾迹及其对雷达散射的影响研究

就高超声速再入体尾迹等离子体场而言,为进行其亚密湍流雷达散射截面的理论分析,提出了计算湍流尾迹脉动等离子体场强的理论模型及求解方法,即在研究高超声速尾迹流动特征的基础上,推导、使用包括化学组份浓度脉动强度的k－ε－g湍流模型,用以封闭高超声速粘性尾迹湍流运动时均控制方程组,并用全隐式有限差分法求解,算例小钝锥体的飞行条件为零攻角、M_∞＝21．3,Re_（∞D）＝1．33×10~6;M_∞＝20．5;Re_（∞D）＝3．22×10~5,计算结果得到了合理的参数分布;考虑电磁波在上述等离子体介质中的传播,以单电子多次散射模型─—畸变波Born近似方法,计算了湍流尾迹脉动等离子体雷达散射截面,给出散射能（RCS）在不同极化状态下的分布,分析了散射背景场脉动湍流对电磁波在其中传播的影响．     

纵向涡对近壁湍流结构的影响

在封闭水槽中用氢气泡方法观察了纵向涡对近壁湍流结构的影响，涡的下洗侧出现了展向距离较宽、流动较稳定的快斑区，流向速度快；涡的上洗侧出现了含有慢斑的区域，流动结构复杂，流向速度慢，纵向涡使下洗侧速度较快的流体流向壁面，使上洗侧速度较慢的流体远离壁面。     

再入飞行器湍流尾迹流场研究

再入飞行器湍流尾迹流场状况，直接关系到飞行器的雷达散射特性。对再入飞行器湍流尾迹等离子体场理论模型，试图通过湍流模式理论来表达，即使用κ－ε－g模型方程来封闭平均化的全Navier-Stokes方程，从而准确获得流动平均场和脉动场信息。使用的N－S平均方程由质量加权平均过程产生，湍流模型方也经过可压缩性修正。真实气体效应重点考察空气处于局部热化学平衡状态。流动控制方程运用一个二阶TVD格式的有限体积法求解，以一典型小钝锥体零攻角再入飞行为例，计算了在两种高程（H－40km和H＝30km)条件下的高超声速湍流尾迹流场。获得的尾迹流场参数与流动物理状况符合，并且湍流脉动参数与已有相应的实验结果定性一致，初步证实该方法合理。     

槽道湍流近壁区相干结构的数值模拟

从流动稳定性理论中的共振三波出发，采用类似湍流直接数值模拟中的最小单元概念，用伪谱方法，对槽道湍流近壁区的单个相干结构进行了数值模拟，得到了与实验基本一致的结果，同时也搞清楚了在谱方法中用Ｃｈｅｂｙｓｈｅｖ－τ方法和配置点法哪个更精确的问题。     

湍流涡致振动频率特性

用数值模拟方法对固定圆柱湍流涡脱落频率与弹性圆柱湍流涡致振动频率特性进行了研究,湍流计算模型采用标准κ-ε模型,压力泊松方程提法基于非交错网格系统.研究结果表明:固定圆柱湍流绕流涡脱落频率基本不随雷诺数而变,对于同一固有频率弹性圆柱,涡振频率基本不随雷诺数而变;对于某一固定雷诺数流动涡振频率在一定范围内与系统固有频率有关.     

固壁温度对壁湍流相干结构的影响

用半导体元件对平板进行加热，用ＶＩＴＡ法和ｍｕ－ｌｅｖｅｌ法两种条件采样技术研究了固壁温度对湍流相干结构的影响，改进了Ｔｉｅｄｅｒｍａｎ等人提出的“归组”方法，并且用“归组”的ＶＩ－ＴＡ法和ｍｕ－ｌｅｖｅｌ法研究了固壁加热对湍流猝发平均周期的影响．实验结果表明，固壁加热使得湍流脉动速度均方根值变大，条件采样检测到的事件数量增多，但猝发周期维持不变     

开缝钝体尾迹的拟序结构

弄清开缝钝体尾迹的拟序结构是认识其火焰稳定机理的基础。在雷诺数R e为470000条件下,采用RNGk-ε模型对通道内的开缝钝体尾迹进行数值模拟来分析大涡尺度的拟序结构。模拟结果显示,偏向一侧的中缝流将近尾分成主回流区和次回流区,主回流区的漩涡脱落激发扰动,引起近尾的绝对不稳定。并提出单涡突然置于两剪切层间的漩涡脱落机理来解释拟序结构不稳定特性。为了验证上述结论,在闭式风洞中采用激光粒子测速技术(P IV)对开缝钝体的尾迹进行了实验研究,其结果与数值分析较好地吻合。     

粘性流体中弹性板振动的有限元耦合问题

流体－结构耦合作用问题是工程中比较常见的问题，具有重要意义，由于流体计算的复杂性，迄今为止，大部分的流体－结构耦合分析都是建立在对流体充分简化的基础上，尤其是将流体视为无粘、无旋的理想流体。该文在近年来前人工作的基础上，发展了一种流体－弹性结构耦合计算模式。流体视为不可压、有粘的介质，流场没有自由表面。该文采用ＳＵ／ＰＧ方法形成流体的有限元方程，采用ＡＬＥ格式处理流体和结构之间的移动界面。采用预估     

球栅的Oseen流动及阻力的尾流效应

本文通过大小相同且等距放置的球栅的轴对称Oseen流动研究了阻力的尾流效应。在每个球的球心放置Oseen流子得到了问题的级数解。截断无穷级数并采用配置法解线性代数方程组求出了球栅Oseen流动的近似解及每个球所遭受的阻力。 在不同的球的个数,不同的球的间距以及不同的雷诺数下计算了各个圆球的阻力系数,发现除球栅的遮蔽效应和端缘效应外还存在着尾流效应。研究了上述参数对这些效应的影响并与Stokes流动的结果进行了比较。文章还对方法的收敛性进行了数值研究。     

高超声速尾迹流场稳定性数值研究

通过数值模拟, 对高超声速尾迹流场进行了研究, 对其尾迹流动的失稳过程进行了分析.选取计算模型为圆球,Ma= 6.0, Re = 1.71\times 10^6(Re以球头半径为参考长度). 通过数值模拟,首先得到的流动是稳定解,在底部发展出一个主分离区和一个二次分离区,流动是轴对称状态. 不添加任何扰动继续进行计算,发现底部流场缓慢发展出微弱的非定常流动. 随后,该现象继续发展,出现明显的结构失稳,得到了无量纲周期为12.0的周期解. 给出了高超声速圆球绕流尾迹结构的周期性演化过程,对其涡系结构的演化及奇点特征进行了分析. 研究表明该数值模拟方法可用于底部流动稳定性问题的研究,同时证实了高超声速底部流动也存在流动不稳定性.      

矩形柱群非均匀湍尾流中的层次相似律

对绕3个矩形柱的非均匀湍尾流流场速度脉动时间序列进行了系统的测量与细致的统计分析，发现从近场到远场的每个测量点上，She-Leveque(SL)湍流层次相似律都很好地成立．应用层次相似律分析的γ检验和检验方法对层次结构参数随下游距离的变化进行了计算，并对其物理特性进行了讨论，为系统地研究非均匀湍流中流动的统计结构打下了基础。     

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。     

自由面对潜艇尾流场流动特性影响研究

潜艇周围绕流场流动特性会影响潜艇的机动性能, 特别是近水面航行时, 自由面的存在会增大潜艇尾流场的复杂程度.为探究潜艇在近水面航行时自由液面对潜艇尾流场流动特性的影响机理,借助大型水下三维粒子图像测速技术开展潜艇尾流场流动特性研究.首先通过美国泰勒水池标准模型实验结果对试验方法准确性进行验证; 随后,用验证后的模型试验方法对潜艇尾流场进行测量,得到不同潜深工况、不同速度下的桨盘面轴向速度以及脉动速度,同时辅以数值模拟对试验无法测得的兴波波系及中纵剖面速度场加以补充,从兴波角度阐述了自由面对潜艇尾流场流动特性影响机理. 研究结果表明:潜艇在近水面航行时, 随着Fr增大,桨盘面处轴向速度云图中上方等值线整体趋于扁平化, 较4D潜深工况,1.5D潜深工况出现局部脉动速度极大值, 且脉动速度结构整体下移; 自由面存在时,艇体与自由面间流场速度明显增大, 特别在桨盘面区域, 流场速度明显提升.随着Fr增大, 桨盘面处的自由液面高度逐渐降低,这就导致了桨盘面位置出现更大的流体速度, 即造成了桨盘面伴流场挤压现象.      

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。     

包覆电磁场激活板的圆柱尾迹的数值研究

利用电磁场作用于电介质溶液的Lorentz力可以控制溶液的流动.对置于弱电介质溶液中,包覆电磁场激活板的圆柱周围的绕流进行数值研究,讨论了电磁场激活板的安装位置,激活方式等对圆柱尾迹的影响.     

轴对称钝物体的尾涡结构

本文对于圆球和70°角斜切尾钝头旋成体的尾涡结构作了流态显示和部分热线测量,流态显示结果表明,这类钝物体尾迹中的三维尾涡结构均呈现为一列相互锁定的“涡链”状结构,每一个涡元素自身并不闭合,呈“发卡”形,并与后继的涡相连接,对于70°斜切尾钝头旋成体模型,由于其斜切尾有固定三维尾涡面卷起和脱落方位的作用,故呈现出规则的三维尾涡结构。而圆球模型,由于涡面卷起和涡脱落的方位是随机旋转的,因此“涡链”呈现为被任意扭曲的千姿百态,流态照片各不相同,圆球尾迹的这种既有周期性又有随机旋转的特性,在热线测量的结果中也有所反映。