表面有吸吮的旋转圆盘上的层流边界层问题的新解法

本文用文献[3]的摄动法求解有吸吮的旋转圆盘上的层流边界层方程.传统地方法是把边界层方程中的非线性项按边界层的厚度平均.按照本文的方法得到的计算摩擦力矩系数的公式(4.4)十分简单、与传统方法得到的相应公式相比较,当吸吮参量甚大时,二者十分符合.     

高焓喷管层流边界层分析

本文导得了适用于高焓、高M数锥形喷管层流边界层排挤厚度δ~*、动量厚度θ和边界层厚度δ的简便计算公式.喷管喉部上游假设为平衡流,喉部下游视为化学与振动冻结流.δ~*和δ均表示为喷管几何参数、喷管喉部参数及喷管所求点无粘流参数的显函数形式而不是积分形式,因此特别适宜于此类喷管的工程设计.本公式计算结果与国外发表的风洞实验测试数据进行了比较(详见本文图2及表3),结果是令人满意的.     

Spalding公式在脊状表面湍壁摩擦力测量中的应用

在低速风洞中来流速度一定的情况下使用IFA300恒温热线风速仪测量了光滑表面和两种不同尺寸的脊状表面湍流边界层平均速度分布剖面,并验证了试验段湍流发展的充分性;通过应用Spalding壁面公式使用最小二乘法精准拟合了实验测量的边界层内层速度分布曲线,得到了湍流边界层壁面摩擦速度并进一步求得湍流壁面摩擦应力,较准确地计算出脊状表面的虚拟原点位置,并通过与对数律公式拟合结果比较分析,证实了该方法更加准确有效. 最后分别计算了3种实验模型的湍流边界层动量损失厚度. 通过对比脊状表面与光滑表面动量损失厚度和壁面摩擦应力,反映了动量损失厚度的大小与壁面摩擦应力的大小具有一致性,充分证实了脊状表面在湍流中具有一定的减阻效果.      

激光测速仪及其在研究溢流坝面中的应用

本文简述了激光测速仪原理和试验装置.应用该仪器研究了溢流拱坝坝面的一些水力学问题,如流速系数、能量损失、动能校正系数及断面速度分布等.同时,对溢流坝面边界层的发展作了初步探讨,由边界层动量方程出发,导得边界层厚度表达式和边界层相对厚度与雷诺数的关系式,并与实测资料进行了对比.     

大气边界层的风洞模拟

本文通过比较大气边界层与不同比尺的模型实验，研究了风洞模型实验中的比尺效应。结果表明，大气边界层粗糙高度的比尺应当和边界层厚度比尺相等。边界层厚度的比尺在２００～４００之间时可以得到最好的速度分布的相似性，表面压强分布主要依赖于边界层比尺而与建筑物几何比尺关系不大。如果正确选择了粗糙高度比尺，扩散系数比尺和边界层厚度比尺相同。     

厂房顶溢流边界层内紊动机理与壁压脉动的关系

本文应用激光多普勒测速技术,进行了三个比尺的模型厂房顶溢流测速试验.通过实验和对边界层厚度分层计算,研究了内压紊流特征,阐明了边界层内紊动机理与壁压脉动的关系.     

沟槽面湍流边界层结构实验研究

应用激光测速技术和氢气泡流动显示技术对沟槽面湍流边界层特性及近壁区拟序结构特征进行了精细的测量和观察。实验结果表明：与光滑面湍流边界层相比,沟槽面端流边界层的黏性底层厚度、过渡层厚度及流速分布对数公式中的积分常数C均有所增大,说明采用的沟槽面具有减阻特性。此外,无量纲低速带条间距明显减小,最多减小20%,说明无量钢低速带条平均间距的缩短与湍流减阻密切联系。     

明流光滑平板边界层特性

本文应用正交偏振差动式激光测速系统,测量了明渠水流中顺流放置的光滑平板上边界层内的流速分布。特别是由于仪器的改进,比较详尽地量测了粘性底层中的流速分布,从而确定了壁面切应力。文中给出了切应力系数与雷诺数Re_x=U_0x/v的关系。 试验研究发现明流光滑平板边界层中,与无限边界绕流平板边界层一样,沿平板有层流边界层,转捩区和紊流边界层三部分。边界层厚度的计算公式也基本相同,明流平板的紊流边界层具有分区性质,沿高度将边界层分为粘性底层,过渡区和紊流区。在过渡区和紊流区中流速分布可用指数方程u/U_0=M(y/δ)~(1/n)表示。过渡区中n值在2—3之间。紊流区中M=1.0,n值随Re_x而变化,n=1.17Re_x~(0.135)紊流区也可用对数公式u~+=5.95logy~++5.48。这些公式中的常数与无限边界绕流平板边界层的情况略有差别,粘性底层中流速为线性分布,u~+=y~+。     

对管内湍流边界层结构与流动阻力特性的数值研究

在研究紊流边界层的过程中,本文考虑了分子粘性对紊流产生的作用、雷诺数以及壁面附近脉动动能的耗散不是各向同性对紊流产生的影响,采用Jones-Launder模型对管内紊流流动边界层厚度、边界层内的脉动动能K,动能耗散ε,管壁切应力τ0以及由此可得的管内流动摩擦阻力系数λ进行了数值计算,计算结果与实验值、理论计算值得具有较好的一致性。     

可压缩横流失稳及其控制

边界层流动转捩的预测与控制一直是流体力学研究中的一个重要问题. 三维边界层流动工程中十分常见, 而横流失稳是导致三维边界层流动转捩的主要原因. 本文综述了近些年来三维边界层失稳和转捩方面的研究概况. 从机理上讨论了横流扰动的感受性、首次失稳、二次失稳和转捩控制等方面的研究进展. 在数值计算方面, 简要概述了线性稳定性理论、非线性稳定性理论和直接数值模拟方法在横流失稳和转捩方面的应用.本文对横流失稳研究当前存在的问题进行了讨论, 对今后研究的发展趋势作了相应展望.     

超声速边界层/混合层组合流动的稳定性分析

利用可压缩线性稳定性理论研究了超声速混合层考虑壁面影响流动时的失稳特性. 基本流场选取了具有不同速度特征的2 股均匀来流,进入存在上下壁面的流道中. 混合层与边界层的距离为1~3 个边界层厚度,其中壁面取为绝热壁. 分析了该流动在超声速情况下的稳定性特征,同时还讨论了不同波角下的三维扰动波的演化特点,并与二维扰动波进行了比较和分析. 研究结果表明,在此流动情况下,边界层流动和混合层流动的稳定性特征同时存在,并互有影响,其流动稳定性特征既有别于单纯的平板边界层,也有别于单纯的平面混合层,呈现出了新的稳定性特征.      

超声速边界层/混合层组合流动的稳定性分析简

利用可压缩线性稳定性理论研究了超声速混合层考虑壁面影响流动时的失稳特性. 基本流场选取了具有不同速度特征的2 股均匀来流,进入存在上下壁面的流道中. 混合层与边界层的距离为1~3 个边界层厚度,其中壁面取为绝热壁. 分析了该流动在超声速情况下的稳定性特征,同时还讨论了不同波角下的三维扰动波的演化特点,并与二维扰动波进行了比较和分析. 研究结果表明,在此流动情况下,边界层流动和混合层流动的稳定性特征同时存在,并互有影响,其流动稳定性特征既有别于单纯的平板边界层,也有别于单纯的平面混合层,呈现出了新的稳定性特征.     

绕侧滑翼三维可压缩湍流边界层计算

本文从广义曲线坐标运动方程出发,以及根据Head的二维牵引理论(entrainment theory)模型导出沿侧滑翼法向翼剖面表面曲线的三维可压缩湍流边界层运动方程组。通过矩阵变换得到具有初值问题的常微分方程组的典型形式,用数值方法求解。 利用Thompson和MacDonaId关于侧滑翼前缘附着线(attachment linc)上的绕流计算结果作为求解微分方程组的初值。 本文方法可计算出边界层分离位置,各种边界层厚度,壁面摩擦应力,描绘出壁面流线与边界层边缘流线间的差异。 典型算例表明本文方法与实验结果符合得很好。     

脊状表面减阻特性的风洞试验研究

利用热线风速仪,对光滑表面和多个脊状表面在低速风洞中进行了表面流场测试。基于测得的边界层速度分布数据,利用对数律区速度分布公式,编程分别计算出光滑表面和脊状表面的壁面摩擦速度和虚拟原点。研究发现,脊状表面最大减阻量达13．5％;有减阻效果的脊状表面使边界层速度曲线上移、湍流强度下降;与光滑表面相比,脊状表面的位移厚度和动量损失厚度明显减小,也表明脊状表面具有减阻效果;位移厚度和动量损失厚度减少量随槽间距s^＋的增加呈现先变大后变小的趋势,在S^＋=12时达到最大。     

碟式离心机层流边界层方程的对称性和不变解

为运用边界层理论进行碟式离心机的碟片型线设计,首先对于碟式离心机内部多个碟片浅层固液两相界面流动模型,从流体力学基本的N-S方程组出发,得出碟片间隙斜窄流二维层流边界层方程;其次,采用李群演绎算法,推导出系统偏微分方程组允许的无穷小对称和不变解,更重要的是给出了其详细的解析表达式和有关性质。结果发现,碟式离心机层流边界层厚度与碟片结构(如碟片尺寸和间距、转速)以及流体物性(如液相粘性系数)密切相关。本文研究为考虑边界和初始条件的流场边界层精确解析解提供了有效途径,也为边界层分离控制模型的各种数值算法提供了验证。     

FLOW STRUCTURE IN THE TURBULENT BOUNDARY LAYER OVER DIRECTIONAL RIBLETS SURFACES

本文采用时间解析的二维粒子图像测速技术,对零压力梯度光滑以及汇聚和发散沟槽表面平板湍流边界层统计特性和流动结构进行了研究.结果表明在垂直于汇聚和发散沟槽表面的对称平面内,相对于光滑壁面,发散沟槽壁面使当地边界层厚度、壁面摩擦阻力、湍流脉动、雷诺应力等明显减小;而汇聚沟槽壁面对湍流边界层特性和流动结构的影响正好相反,汇聚沟槽使壁面流体有远离壁面向上运动的趋势,因而导致边界层厚度增加了约43%;同时,在汇聚沟槽表面情况下流向大尺度相干结构更容易形成,这对减阻是不利的.此外,顺向涡数量在湍流边界层的对数区均存在一个极大值,发散沟槽表面所对应的极大值位置更靠近沟槽壁面,而在汇聚沟槽表面则有远离壁面的趋势,由顺向涡诱导产生的较强的喷射和扫掠运动会在湍流边界层中产生较强的剪切作用,顺向涡数量的减少是发散沟槽壁面当地摩擦阻力降低的主要原因.     

沟槽方向对湍流边界层流动结构影响的实验研究

本文采用时间解析的二维粒子图像测速技术,对零压力梯度光滑以及汇聚和发散沟槽表面平板湍流边界层统计特性和流动结构进行了研究.结果表明在垂直于汇聚和发散沟槽表面的对称平面内,相对于光滑壁面,发散沟槽壁面使当地边界层厚度、壁面摩擦阻力、湍流脉动、雷诺应力等明显减小;而汇聚沟槽壁面对湍流边界层特性和流动结构的影响正好相反,汇聚沟槽使壁面流体有远离壁面向上运动的趋势,因而导致边界层厚度增加了约43%;同时,在汇聚沟槽表面情况下流向大尺度相干结构更容易形成,这对减阻是不利的.此外,顺向涡数量在湍流边界层的对数区均存在一个极大值,发散沟槽表面所对应的极大值位置更靠近沟槽壁面,而在汇聚沟槽表面则有远离壁面的趋势,由顺向涡诱导产生的较强的喷射和扫掠运动会在湍流边界层中产生较强的剪切作用,顺向涡数量的减少是发散沟槽壁面当地摩擦阻力降低的主要原因.     

低Pr数流体非稳态自然对流流动的标度分析

施加了恒定热通量的竖直平板置于静止的均匀或线性分层流体中会在板壁上形成自然对流流 动. 它在达到稳态前将先历经起始和过渡两个阶段. 而表征其瞬时流动特征的主要参数是壁温、热边界层厚度、内层和外层速度边界层厚度、边界层内竖直方向的最大速度、以及层流边界层发展达到稳态所需的时间. 利用标度分析得到了均匀和线性分层低普郎特数(Pr<1)流体沿恒定热通量竖直平板的非稳态自然对流流动在各个发展阶段的标度关系.     

自由水跃区壁面阻力的研究

根据已有文献对附壁射流区流速分布和壁面阻力的试验成果,分析了自由水跃区断面流速分布和最大流速沿程分布规律;首次根据边界层的动量积分方程分析了水跃主体段的射流厚度、水跃区的壁面切应力系数、壁面阻力系数的变化规律;给出了边界层厚度、壁面局部阻力系数、壁面阻力系数、平均壁面阻力系数的计算方法,并将计算结果与已有文献的试验资料进行了比较。结果表明:由本文式(9)和式(26)得到的数据与文献中的试验数据吻合较好;在Fr1≥5.45时,式(29)的计算结果与试验较吻合,在Fr1?5.45时,其计算结果与试验偏差较大;采用本文公式(34)计算水跃的共轭水深,与文献所得结果的最大误差为3.643%。     

管道凸起激波/湍流边界层干扰的数值模拟

采用基于部分平均的湍流方程组,模拟了管道凸起流动中两种不同强度的激波-湍流边界层干扰现象,对流场的时均参数与实验值进行了比较,计算得到的壁面压力分布、摩阻系数分布、边界层厚度和速度型与实验值比较吻合很好.结果表明基于部分平均的湍流方程组既能够准确模拟小分离的激波/湍流边界层干扰流动又能够准确模拟大分离的激波/湍流边界层干扰流动,较好地预测了典型的λ激波结构.