二维混合层拟序结构的直接数值模拟

本文是在文[1]的基础上,引用Cain等人(1981)提出的映射函数将无穷远的边界变换到有限距离处,用伪谱方法对N-S方程组进行直接数值模拟,研究时间发展的二维混合层的不稳定性,再现了大涡的卷起,涡对的合并与撕裂以及三个涡、四个涡之间的相互作用过程,并将过程进行了动态显示。     

平行涡管三维合并的直接数值模拟

采用拟谱方法求解Ｎａｖｉｅｒ－Ｓｔｏｋｅｓ方程，对两个同向平行涡管的三维合并过程进行直接数值模拟，分析了它的不同于二维合并的“缠绕式”特性，特别地，对在合并过程中产生的垂直于初始涡管方向的非主体涡量的意义和物理机制了探讨。     

超声速平面混合层小激波的形成与演变

为了揭示超声速混合层中小激波形成机理及其与涡相互作用的演变过程,本文基于大涡模拟（LES）方法,结合五阶精度混合TCD／WENO格式,对超声速平面混合层在对流马赫数为Mc=0．65条件下的流场结构进行了数值模拟,数值结果详细描述了超声速混合层中小激波的形成过程。研究了小激波形成后,随涡运动而产生的变形、脱落及发展过程。同时,对混合层双涡合并过程中,小激波与相邻涡相互作用所产生的变形与演变过程进行了讨论。     

流固耦合作用下真实人体上呼吸道呼吸流涡结构演化的数值仿真

通过构建真实人体上呼吸道三维规范模型,运用大涡模拟数值方法,对考虑流固耦合作用的低强度循环呼吸模式下人体上呼吸道内的呼吸流进行了数值仿真,研究分析了人体口喉模型及气管支气管内的气流涡结构及其演化过程。结果表明,循环吸气过程中,气流在口腔中部以及舌苔上部形成多个涡管,在声门部位形成强烈的射流,在气管前壁出现马蹄涡,到气管中部大尺度涡结构逐步消失,支气管中只剩下一系列小尺度涡结构;循环呼气过程中,气流在气管底部产生较为复杂的涡结构,随着气流在气管内的融合,涡强度逐步减弱,在咽喉后壁形成拱状涡,气流进入口腔后,涡结构破裂,涡量扩散,没有较大的涡结构产生。     

带有涡襟翼的翼—身组合体分离涡特性的实验观察研究

本文采用水洞流谱观测方法,研究了带有涡襟翼的翼—身组合体前缘分离涡及涡系干扰的流动特性,并与普通翼—身组合体情况进行比较;分析了涡襟翼的涡流运动特点及其升阻比增大的机理;讨论了翼—身组合体涡系干扰的主要反映及对涡破碎特性的影响;并对非对称体涡出现的条件以及分离旋涡在稳定发展过程中的抗干扰能力提出了看法.     

次谐波对混合层中拟序涡合并过程影响的数值研究

本文用拟谱方法对混合层二涡、三涡的合并规律进行了数值研究,分析了基波和交谐波之间相位差对涡合并过程的影响,并对此进行了解释。计算结果表明：二涡合并有配地和撕裂两种形式,且涡的完全通过撕裂合并的现象仅在相位差为π/2时出现;三涡合并有三种形式。通过计算可见,通过施加多级次谐波并改变它们之间的相位差可以主动控制拟序涡的发展和演变。     

混合层流动拟序结构的大涡模拟

采用大涡模拟方法对空间发展的二维平面混合层进行了数值模拟 ,动量方程采用分步投影法求解 ,亚格子项采用标准Smagorinsky亚格子模式模拟 ,压力泊松方程采用修正的循环消去法快速求解 ,同时求解了标志物输运方程以实现数值流场显示。模拟结果给出了混合层流动的瞬态发展过程以及流动中拟序结构的发展演变过程 ,成功地模拟了混合层发展中的各种瞬态细节过程 ,如涡的卷起、增长 ,涡与涡之间的配对、合并过程 ,以及大涡破碎为小涡的级联过程 ,为各种以混合层流动为原型流动的射流、尾流等工业流动的控制和优化提供了理论基础。     

激波与涡对相互作用的实验研究

在方截面激波管中进行了平面运动激波和涡对的二维相互作用实验，研究了激波与同向涡对、激波与反向涡对相互作用的非定常过程．根据实验照片，分析讨论了作用过程中激波的变形，二次激波和三波点的形成、演变，激波与激波的相互作用，以及旋涡结构的变化等．实验表明，激波通过涡核时，激波发生剧烈变形，旋涡强度增大，涡核形状改变．     

三个共轴涡环运动混沌特性的研究

本言语利用离散涡环方法对三个共轴涡环运动进行了数值模拟，在此基础上，采用非线性动力学中混沌特征量的计算方法，得到了涡环呈规则运动和混沌运动的结论。结果表明，三个共轴涡环在运动时，总是会产主规划与混沌的现象。而这些现象的产生取决于三个涡环的初一文析得出对于利用共轴涡环模拟轴对称射流场涡结构的演变具有重要的参考价值。     

正弦振荡来流下柔性立管涡激振动发展过程

在风浪流的作用下,海洋浮式结构物将带动悬链线立管在水中作周期性往复运动,从而在立管运动方向上产生相对振荡来流,这种振荡来流将激励立管悬垂段发生“间歇性” 的涡激振动. 在海洋工程水池中对一个4m 长的立管微段进行模型试验研究,以探索相对振荡来流作用下立管涡激振动产生的机理及其发展的物理过程. 试验通过振荡装置带动模型作正弦运动来模拟不同最大约化速度U_Rmax、不同KC（Keulegan-Carpenternumber）的相对振荡来流,利用光纤应变片测量立管涡激振动响应. 结合模态分析方法处理试验数据得到位移响应时历,继而提出相对振荡来流下柔性立管涡激振动发展的3 个阶段:建立阶段、锁定阶段以及衰减阶段. 并进一步总结了最大约化速度U_Rmax,KC 对涡激振动发展过程的影响规律. 最终获得不同最大约化速度U_Rmax下,涡激振动各发展阶段随KC 所占时间分布比例图.      

用人工产生的拟湍流信号检验相干结构的检测方法

本文利用计算机产生拟湍流脉动信号，将数据进行频谱分析和能谱分析，发现湍流中相干结构不仅包合低频成分还包含一定数量高频成分，因而简单地认为湍流中低频部分是相干结构而高频部分是小尺度脉动，来确定相干结构能量在湍流中所占成分是不科学的；本文还将得到的数据用几种条件采样方法检测相干结构数量和位置，以此判断检测方法的优劣，发现就这类信号而言ＭＵ—ＬＥＶＥＬ法要比ＶＩＴＡ法准确性要高一些。     

Coherent vorticity dynamics and dissipation in a utility-scale wind turbine wake with uniform inflow

The vorticity dynamics and its relationship to dissipation in the wake of a utility-scale wind turbine are investigated through large-eddy simulation. The vorticity dynamics is assessed through the enstrophy, which is related to the turbulent dissipation. The averaged enstrophy and turbulent dissipation are shown to be quantitatively similar in the wake. Using temporal phase averaging, the vorticity fluctuations are decomposed into coherent and random fluctuations with respect to the frequency of the tip vortices. The enstrophy in the tip vortices is dominated by coherent fluctuations, while the coherent fluctuations of root vortices are immediately saturated by the random vorticity fluctuations of the unstable hub vortex. The coherent strain rate has significant differences compared to the coherent enstrophy within one diameter downwind of blade tip, but the random enstrophy and strain rate are relatively similar. Differences in coherent enstrophy and strain rate decrease further from the rotor.     

用自相关法确定VITA法的门限K

研究了用ＶＩＴＡ条件采样方法壁湍猝发的门限值与壁湍流猝发平均周期之间的关系,根据用壁湍流流向脉动速度自相关函数检测得到的壁湍流猝发平均周期,确定壁,湍猝发ＶＩＴＡ条件采样的门限值Ｋ。     

壁湍流多尺度相干结构复涡黏模型的实验研究

在湍流相干结构动力学方程中,非相干结构成分对相干结构贡献的雷诺应力的模型为涡黏性模型,即涡黏性系数乘以相干结构平均速度变形率的形式.基于非相干结构成分对相干结构贡献的雷诺应力与相干结构速度变形率之间存在相位差的事实,在理论上提出了非相干结构成分对相干结构贡献的雷诺应力复涡黏性模型的假设.应用热线测速技术,在低速风洞中对湍流边界层非相干结构成分对相干结构贡献的雷诺应力与相干结构法向速度变形率之间的相位关系进行了实验测量.通过分析湍流相干结构猝发过程中非相干结构成分对相干结构贡献的雷诺应力与相干结构速度变形率之间的相位关系,研究了相干结构雷诺应力分量与流向速度法向梯度之间的相位差沿湍流边界层法向的变化规律,肯定了湍流相干结构复涡黏性系数模型的合理性.     

基于概率统计方法的微弱GPS信号捕获算法

微弱GPS信号的信噪比较低,需采用更长的相干和非相干积分时间增强信噪比,提出一种从概率统计角度分析相干和非相干积分运算过程的方法。首先给出了复数下变频信号输入的相关运算表达式;然后推导了相干积分的相关输出数学期望和方差,计算出单元捕获失败的概率密度和概率表达式;最后,用Matlab对GPS信号的相干和非相干积分进行仿真。仿真结果验证了捕获失败概率表达式的结论,即由于高斯近似和非相干平均产生的性能损失,非相干积分的捕获性能比相干积分弱3.5 dB。     

利用叠加理论研究固-液声子晶体纵波的能带结构

采用相干叠加原理推导出一种研究一维固-液有限周期声子晶体中纵波的透射率公式,建立了一种研究一维固-液有限周期声子晶体能带的新方法——波叠加理论。将波叠加理论和转移矩阵法进行了比较研究,结果表明波叠加理论和转移矩阵法得出的结果是一致的。波叠加理论不仅具有转移矩阵法的优点,而且又克服了转移矩阵法的不足。因此波叠加理论是一种研究一维固-液有限周期声子晶体中纵波能带的更为有效的方法。     

Large eddy simulation of flows after a bluff body: Coherent structures and mixing properties

This paper performs large eddy simulations (LES) to investigate coherent structures in the flows after the Sydney bluff-body burner, a circular bluff body with an orifice at its center. The simulations are validated by comparison to existing experimental data. The Q function method is used to visualize the instantaneous vortex structures. Three kinds of structures are found, a cylindrical shell structure in the outer shear layer, a ring structure and some hairpin-like structures in the inner shear layer. An eduction scheme is employed to investigate the coherent structures in this flow. Some large streaks constituted by counter-rotating vortices are found in the outer shear layer and some well-organized strong structures are found in the inner shear layer. Finally, the influences of coherent structures on scalar mixing are studied and it is shown that scalar in the recirculation region is transported outward by coherent structures.     

声子晶体中SH波缺陷模的相干叠加理论

利用波的相干叠加原理推导出一维掺杂声子晶体中SH波缺陷模的透射率公式和频率公式,即建立了缺陷模的相干叠加法。将相干叠加法与转移矩阵法和共振理论进行了比较研究,结果表明缺陷模的相干叠加法具备转移矩阵法和共振理论各自的优点,又克服了转移矩阵法和共振理论各自的不足。相干叠加法是研究一维掺杂声子晶体中SH波缺陷模的一种更有效的方法。     

Experimental research on complex eddy viscosity modeling of multi-scale coherent structures in wall turbulence

在湍流相干结构动力学方程中,非相干结构成分对相干结构贡献的雷诺应力的模型为涡黏性 模型,即涡黏性系数乘以相干结构平均速度变形率的形式. 基于非相干结构成分对相干结构贡 献的雷诺应力与相干结构速度变形率之间存在相位差的事实,在理论上提出了非相干结构成 分对相干结构贡献的雷诺应力复涡黏性模型的假设. 应用热线测速技术,在低速风洞中对湍 流边界层非相干结构成分对相干结构贡献的雷诺应力与相干结构法向速度变形率之间的相位 关系进行了实验测量. 通过分析湍流相干结构猝发过程中非相干结构成分对相干结构贡献的 雷诺应力与相干结构速度变形率之间的相位关系,研究了相干结构雷诺应力分量与流向速度 法向梯度之间的相位差沿湍流边界层法向的变化规律,肯定了湍流相干结构复涡黏性系数模 型的合理性.     

壁湍流相干结构的辨识

本文评价了辨识湍流边界层近壁区域相干结构的条件采样法、自相关函数法、数字滤波法和子波分析法。结果表明：条件采样方法对门限值和平均窗宽等检测参数具有较强的依赖性，可以通过调整这些参数来选择最佳的参数值使得相干结构的误判概率达到最小。自相关函数法不需要任何参数就能够得出确定的结论，因此是一种比较客观的方法。但是，这种方法只能从统计上确定平均猝发周期，并不能实时地辨识相干结构。数字滤波法能够将湍流脉动信号分解为大尺度涡和近似各向同性的小尺度涡两部分，但是如何去掉大尺度信号中的非相干部分是仍然需要解决的问题。子波分析是分解湍流信号辨识湍流相干结构的有效手段，它能够将湍流信号在时域空间和频域空间进行双局部化分解，用能量最大准则确定相干结构对应的时间尺度参数，用子波逆变换提取相干结构对应的速度信号波形