湍流混合层流场的PIV测量

本文使用PIV对在坚直通道内放置一个特殊设计的隔板所形成的湍流混合层流动进行测量,高低侧速比为4:1,基于两股流体速度差和管道水力半径的Re数范围4400～158400.发现混合层中大涡拟序结构的尺度随雷诺数的增加而增大,而后又随雷诺数的继续增大而减小,气泡的加入会延缓或阻碍大涡拟序结构的发展.对雷诺应力、湍流强度、涡量、旋涡强度在混合层流场内随雷诺数的变化和分布规律进行分析,发现混合层内雷诺应力、湍流强度、涡量及旋涡强度均集中分布在隔板下游一个较窄的锥形区域内,雷诺应力和湍流强度随雷诺数的增大先增人后减小,随离开隔板距离的增大而减小.涡量及旋涡强度随雷诺数的增大而增加,随离开隔板距离的增大而减小.     

混合层流动的格子涡方法数值模拟

采用格子涡方法对二维平板混合层流动进行了数值模拟,重点考察了格子涡方法定量模拟混合层流动流场下游不同流向位置各湍流统计平均量的能力。模拟结果表明:除横向脉动速度均方根比实验值大外,混合层流动在下游不同流向位置的流向平均速度,流向脉动速度均方根和雷诺应力的模拟结果都与实验结果定量符合得很好。此外,模拟结果还很好地反应出混合层流动的自相似性质。从而表明,格子涡方法具有对空间发展混合层流动进行较精确的定量模拟的能力。     

空间发展湍流气粒两相平面混合层的大涡模拟与统计

本文对空间发展的湍流气固两相平面混合层流动进行了大涡模拟研究,其中气相亚网格尺度（SGS）使用结构函数模型,气相控制方程组采用SIMPLE方法求解,固体颗粒运动用拉格朗日方法计算。计算结果正确重现了流体涡结构的卷起、合并和破碎过程,以及小尺寸颗粒在涡边缘（低涡度区）的局部富集现象。对直径分别为42μm、72μm和135μm分别进行了模拟,并将统计结果和实验测量结果（Hishida　et　al[1]）比较,表明两者的平均速度吻合很好,但颗粒数密度和脉动速度存在较明显的差异,因此有必要对亚网格应力和颗粒之间的耦合作用以及拟序结构的三维性对颗粒运动的影响开展深入研究。     

粘弹性流体混合层流动的PIV实验研究

本文在纯水混合层流动实验的基础上,使用PIV对添加高分子聚合物形成的粘弹性混合层流动进行实验研究,聚合物浓度为200 mg/kg.混合层高低侧速比为4:1,速度差0.25～1.25 m/s.研究发现在纯水及粘弹性流体中均存在有明显的涡结构,添加聚合物后流场中的涡结构尺度变大,涡核也较清晰.雷诺应力则随着速度差的增大而减小,涡量随速度差的增大而增大.同纯水混合层比较,添加聚合物后的雷诺应力与涡量的峰值区域都比纯水的更宽,作用范围更大.     

脉冲激励下超音速混合层涡结构的演化机理

采用大涡模拟方法对脉冲激励作用下的超音速混合层流场进行数值模拟,所得结果清晰展示了流场中涡结构的独特生长机理.基于涡核位置提取方法,对超音速混合层流场中涡结构的空间尺寸和瞬时对流速度等动态特性进行了定量计算.通过分析流场中涡结构的动态特性在不同频率脉冲激励下的变化,揭示出受脉冲激励超音速混合层流场中涡结构的演化机理:涡结构的生长不再是依靠相邻涡-涡结构之间的配对与融合,而是通过涡核外围的一串小涡旋结构被依次吸进涡核来实现,且受激励流场中各个涡结构的空间尺寸变化较小;流场中的涡结构数量与脉冲频率成正比例关系,而涡结构的空间尺寸与脉冲频率成反比例关系;涡结构的平均对流速度随脉冲频率的增大而减小.针对受脉冲激励超音速混合层,给出了能够表征涡结构特性与脉冲激励参数之间关系的方程式,即受激励流场中涡结构的平均对流速度与脉冲周期的乘积近似等于流场中涡结构的空间尺寸(涡结构平均直径).     

超声速混合层涡结构内部流体的密度分布特性

在使用大涡模拟方法获得超声速混合层流场的基础上,利用拉格朗日相干结构法和涡核位置提取方法,得到了涡结构的边界和涡核的位置坐标,并由此提出了涡结构内部流体密度分布的表示方法.通过分析涡结构内部流体的密度在不同情况(如涡结构的空间尺寸、混合层流场的压缩性和涡结构的融合过程)下的变化,揭示出超声速混合层涡结构内部流体的密度分布特性:在弱和中等压缩性的超声速混合层流场中,其涡结构内部流体的密度分布既关于流向(x轴)对称又关于纵向(y轴)对称,涡核处的流体密度最低而涡边界处的流体密度最高,流体密度在连接涡核与涡边界的射线上单调且近似均匀地增加;在强压缩性的超声速混合层流场中,其涡结构内部流体的密度分布不再具有对称性,而且流体密度呈现波动变化的特点;随着涡结构空间尺寸和流场压缩性的增加,涡核处的流体密度降低(最大减少量约为31%—56%),而涡边界的流体密度变化量约为6%—27%;在相邻两个涡结构的融合过程中,涡结构内部流体密度的变化较轻微,表明融合过程很可能是两个涡结构内部流体的对等组合过程.     

两相混合层中颗粒运动的数值模拟

本文采用离散涡方法对平板混合层流动进行了数值模拟,得到了与实验完全定量符合的速度场。再用单向耦合方法模拟了混合层流场中颗粒的运动。分析了混合层流动中大尺度涡结构及Ｓｔｏｋｅｓ数对颗粒扩散的影响。与前人工作中所采用的每个时间步一个颗粒在固定的位置进入计算域的方法不同,本文中每个时间步有多个颗粒在入口处以随机的横向位置进入计算域。因此,在不需增加太多计算量的基础上,计算域中可以包含足够多的颗粒以获得较精确的统计结果。采用本文方法得到的颗粒速度场与实验结果定量符合得很好。     

混合层流场中涡结构对流速度的特性

基于大涡模拟和光线追踪方法, 对光线穿越流场后的光程分布与混合层流场中涡结构之间的关系进行了分析, 提出了一种基于涡核位置提取的涡结构瞬时对流速度定量计算方法, 并使用直接几何测量数据进行了验证. 通过对不同尺寸的涡结构、涡-涡配对及融合过程中的涡结构和强压缩性流场中涡结构瞬时对流速度的定量数值计算, 揭示了混合层流场中涡结构对流速度的特性: 对单个涡结构而言, 其瞬时对流速度具有脉动特性, 且脉动幅度随涡结构尺寸和流场压缩性而变化; 在涡-涡配对及融合过程中, 涡对中各个涡结构的瞬时对流速度都表现出类似正弦波动的特点. 针对混合层流场中涡结构对流速度的特性, 给出了其背后的物理原因.     

可压缩混合层流场光学效应分析与实验研究

利用量级分析和风洞实验研究了末制导光学外冷窗口典型流动(可压缩混合层流动)气动光学效应的规律性.理论分析主要针对视线误差(boresight error, BSE)与混合层流场特征参数之间的关系进行了讨论. 研究结果表明: 在可压缩混合层中影响时均BSE的特征参数主要有 对流马赫数、雷诺数、自由流与混合层界面剪切应力、自由流速度比和密度比等因素; 采用细光束穿越混合层流场的风洞试验结果主要证实了时均BSE与对流马赫数之间的关系. 关键词： 气动光学效应 可压缩混合层 对流马赫数     

κ-ε湍流模型可压缩性修正在超音速混合层中的应用研究

对标准κ-ε两方程湍流模型进行Durbin可实现性、Heinz湍流产生项以及Sarkar可压缩性修正三部分修正.尝试考虑结构可压缩性修正的影响,发展了一个同时考虑结构可压缩性修正和膨胀可压缩性修正的湍流模型.以超音速混合层为基础,分析了各个可压缩性修正的相对重要性,并将混合层厚度增长率、湍流动能的计算结果与实验结果进行比较,验证、分析修正模型的效果.结果表明,修正模型能够准确地预测到超音速混合层的发展,使模拟结果和实验结果更加接近.     

流速比对颗粒在液固两相平板混合层中沉降的影响

本文采用流动显示的方法对平板混合层中上下层流体速度比对固体颗粒在混合层中沉降的影响进行了研究。实验中分别采用粒径小于 ４０ ｕｍ,粒径 ９８～１０４ｕｍ,粒径 １５４～１６０ｕｍ的玻璃微珠以及环氧树脂作为固相颗粒,对这些颗粒在速度比分别为１：１．２、１：２和１：２．８的液相混合层中的运动进行了显示。结果表明混合层中大涡结构对固体颗粒的沉降具有迟滞作用,其作用程度取决于混合层中上下层流体速度比。速度比越大,颗粒的沉降越慢。     

黏弹性流体泡状流混合层流动的PIV实验研究

本文对注入气泡的黏弹性流体气液两相泡状流混合层流动进行实验研究,含气率为0.5%。与纯水气液两相流相似,气泡的注入也会削弱黏弹性流体中的涡结构,影响大涡的卷起。雷诺应力与涡量的分布规律类似,其峰值集中在混合层中心区域。注入气泡使混合层中心区域内的雷诺应力增大,峰值区域范围减小,添加聚合物的混合层中的雷诺应力峰值增大得更多。对涡量而言,注入气泡使峰值产生非常明显的减小,黏弹性流体的涡量所受的影响比纯水的要小。     

轴速比对叶栅性能影响的Schlichting奇点解法

根据Ｓｃｈｌｉｃｈｔｉｎｇ奇点理论,对进出口轴速比影响叶栅性能（气流角、当量扩散比、动量厚度、全压损失系数）的修正计算提出了一种方法,算例结果与实验值吻合较好。     

用速度浓度同步测量系统研究瞬态气体撞壁射流混合过程

用速度浓度同步测量系统研究瞬态气体撞壁射流混合过程谢辉，苏万华，史绍熙，林荣文（天津大学内燃机燃烧学国家重点实验室天津３０００７２）关键词撞壁射流，射流混合，速度浓度同步测量１引言对于中小型直喷式柴油机，燃油喷雾与壁面撞击不可避免，研究喷雾和壁面的相...     

基于最大信噪比测量两相流速度

为了克服噪声对信号的影响,提出一种利用最大信噪比和相关法测量两相流速度的方法.基于最大信噪比的信号分离方法是一种盲源信号分离方法,该算法利用统计独立信号完全分离时信噪比最大作为分离准则,它具有非常低的计算复杂度.这里首先利用盲源信号分离方法分别提取出上游和下游两相流信号,并据此求出两相流信号的相关函数曲线,由此求出信号的渡越时间,最后给出仿真实验的处理结果.实验结果表明该方法能够满足两相流速度的测量要求.     

R-T界面不稳定性及湍流混合的大涡模拟

采用大涡模拟(LES)方法研究R-T(Rayleigh Taylor)不稳定性,显示了不稳定发展的小扰动阶段、变形阶段、规则非线性阶段、不规则非线性阶段和湍流混合阶段界面演化与特征,分析了湍流混合层厚度增长的规律,同时还研究了湍流二阶相关量如动量、质量和能量通量在大尺度和亚格子尺度所占分量,验证了LES方法是处理R-T界面不稳定性和湍流混合的一种有效方法.     

EFFECTS OF FREE-STREAM VELOCITY ON TURBULENT NATURAL-CONVECTION FLOW ALONG A VERTICAL PLATE

A detailed measurement of heat transfer and fluid flow of turbulent boundary-layer air flow in natural and mixed convection adjacent to an isothermal vertical flat plate are reported. A cold-wire anemometer and laser Doppler velocimeter were used, respectively, to measure simultaneously the time-mean turbulent temperature and velocity distributions and their turbulent fluctuations. In this experimental study, measurements of the flow and thermal fields were carried out at one streamwise location, x     

非Maxwell电子速度分布对受激散射的影响

从考虑动理学效应的受激散射不稳定性的线性理论出发,对于n=2的Maxwell分布函数直到n=5的饱和情况的超高斯分布函数,计算了电子等离子体波和离子声波的频率和阻尼率。对受激喇曼散射和受激布里渊散射进行分析,结果表明,在激光高Z等离子体中,或者在具有激光热斑的中等Z等离子体中,电子等离子体波的阻尼率降低很多,离子声波的频率比Maxwell分布情况升高约15%。这些结果可和实验进行比较。     

气固两相平面混合层的直接数值模拟

本文采用直接数值模拟(DNS)方法研究了气固两相混合层的涡量场和颗粒扩散,分析了湍流混合层中涡结构的卷起和配对过程,并讨论了大尺度涡结构的配对过程对平均速度、雷诺应力的影响。同时分析了混合层中不同Stokes数的颗粒在涡结构的作用下的混合和扩散。结果显示Stokes数为1的颗粒主要分布在流场大尺度涡结构的外边界,而Stokes数为0.01在涡结构的作用下,在流场中充分混合。