偏斜来流对圆柱跨声速绕流的影响

采用大涡模拟方法数值研究了偏斜角为60°的偏斜圆柱跨声速绕流.基于非偏斜圆柱跨声速绕流的实验和数值研究工作,来流Mach数取为0.75,Reynolds数取为2×105.通过与相同参数的非偏斜圆柱跨声速绕流对比,分析了偏斜来流对柱体受力和流动特性的影响.由于偏斜来流的流动控制,偏斜圆柱的阻力比非偏斜圆柱的阻力减小高达45%,而振荡力仅受到较小的抑制.偏斜圆柱流场的可压缩性被弱化,激波和小激波消失,而整体流动的模态未改变.偏斜来流使得偏斜圆柱后的剪切层变得更为稳定,进而提升柱体背压.在剪切层的初始发展阶段,剪切层的扰动涡斜脱泻模态和快速动能衰减是偏斜圆柱剪切层更为稳定的两个主要原因.     

二维气固两相混合层中固粒对流场影响的研究

采用双向耦合模型对含有固粒的二维气固两相混合层流场进行了研究。流场采用拟谱方法直接数值模拟,固粒采用颗粒-轨道模型,在考虑流场对固粒作用的同时,考虑固粒对流场的反作用。结果发现固粒的浓度和Stokes数对流场影响明显。固粒的作用使涡量扩散加快,并阻碍流场的变化,减弱了流场中拟序结构的强度,缩短涡的生存期;固粒在流场中的分布规律与单相耦合所得结果相似。     

有障碍圆形浮力射流的绕流流态研究

针对静止环境中有障碍圆形浮力射流出现的正常绕流现象与非正常绕流现象（反射与分叉现象）,分析了其主要的3个影响因素:障碍盘直径D/d（D和d分别是障碍盘和射流出口的直径）,射流出口密度Froude数以及障碍盘离射流孔口的距离H/d与发生非正常绕流之间的相互关系．得到了H/d=2,4,6,8在不同D/d值时发生非正常绕流的临界密度Froude数．对直径为D/d的障碍盘,当其离射流孔口的距离H/d达到某一值时,流动仅为正常绕流流态．基于大量计算给出了不同障碍盘所要求的H/d值,综合以上因素得到了临界密度Froude数的拟合公式．对非正常绕流中射流出现反射与分叉的规律性进行了探讨．对D/d=1的有障碍浮力射流进行的数值计算表明,所有工况下的流态均为正常绕流,并得到了不同H/D条件下的轴线稀释度．     

液固两相圆柱绕流尾迹内颗粒扩散分布的离散涡数值研究

基于离散涡方法求得的非定常水流场和颗粒的Lagrange运动方程,数值模拟了稀疏液固两相圆柱绕流尾迹内颗粒的扩散分布．获得了流动的涡谱与3种不同St数颗粒（St=0.25,1.0,40）在流场中的分布．通过引入扩散函数来定量表示颗粒在流场中的纵向扩散强度,并计算得到了不同St数颗粒的扩散函数随时间的变化．数值结果揭示出了液固两相圆柱绕流尾迹中的颗粒扩散分布与颗粒的St数和尾涡结构密切相关:1) 中小St数(St=0.25～4.0)颗粒在运动过程中不能进入涡核区,而在旋涡结构的外沿聚集,且颗粒的St数愈大,其越远离涡核区域;2） 在圆柱绕流尾迹区域内,中小St数(St=0.25～4.0)颗粒的纵向扩散强度随其St数的增大而减小．     

用DES分离涡方法数值模拟串列双圆柱绕流问题（英文）

主要开发了SST-DES和SST-DDES两种分离涡方法,并集成到基于开源代码平台Open-FOAM开发的CFD求解器naoe-FOAM-SJTU中.选用高Reynolds(雷诺)数下串列双圆柱绕流问题作为标准算例来验证所开发的分离涡方法.该标准算例此前在美国国家航空航天局兰利研究中心的两个不同风洞做过物理试验.该研究将数值模拟得到的时均流场信息和一些其他物理量同物理试验结果比较,同时讨论分析了三维瞬态流场结构.结果表明该文开发的SST-DES和SST-DDES分离涡方法能够解决高Reynolds数下有大量流动分离的复杂流动问题.     

用DES分离涡方法数值模拟串列双圆柱绕流问题

主要开发了SST-DES和SST-DDES两种分离涡方法,并集成到基于开源代码平台Open-FOAM开发的CFD求解器naoe-FOAM-SJTU中.选用高Reynolds(雷诺)数下串列双圆柱绕流问题作为标准算例来验证所开发的分离涡方法.该标准算例此前在美国国家航空航天局兰利研究中心的两个不同风洞做过物理试验.该研究将数值模拟得到的时均流场信息和一些其他物理量同物理试验结果比较,同时讨论分析了三维瞬态流场结构.结果表明该文开发的SST-DES和SST-DDES分离涡方法能够解决高Reynolds数下有大量流动分离的复杂流动问题.     

基于线性化Navier-Stokes方程二维水槽内单涡到双涡的数值模拟

建立了Navier-Stokes方程的预估-校正有限差分方法,在此基础上求得了二维水槽内部单涡到双涡的数值解,所得结果与前人的数值结果和解析解吻合很好.数值模拟结果表明,自由振动运动中自由面波高因粘性作用会发生衰减,且Reynolds数越大衰减越缓慢.在短时间内倾斜加速度激励下对于不同Reynolds数会出现一定周期的单涡.经过长时间的倾斜激励,水槽内涡场由单涡变化成双涡,而且只在较低的Reynolds数条件下出现双涡.     

电磁力控制下圆柱绕流的涡度拟能

Okubo-Weiss函数与流元的容变、畸变以及涡量相关,可以用来评估流场的涡结构．经该文数学证明,对于边界无滑移的,低Reynolds数的二维不可压缩流动,Okubo-Weiss函数的全流场积分为0．还以电磁控制的圆柱绕流为例,通过数值计算,对该结论进行了验证．根据计算结果,依据Okubo-Weiss函数值,对流场进行了划分,讨论了总涡度拟能、总变形率和Okubo-Weiss函数在流场中的分布规律,以及电磁力对分布的影响．     

不可压缩Navier-Stokes方程数值模拟

建立不可压缩Navier-Stokes方程的Crank-Nicolson有限差分方法,数值模拟了在初始正弦波下的二维水槽内流体受到倾斜激励时流场和涡的演变机制.数值结果表明,初始波为正弦波时,流场内出现一个单涡,单涡下沉变成了两个小涡,两个小涡消失后流场内部出现三条规则的流场带,最后这三条流场带演变成一个尖涡,尖涡在周围流体的作用下演变成一个单涡,最后单涡在自由面消失,当耗散系数和Reynolds数增大时,流场和涡演化的周期变小.     

三维横向流体诱发直管振动的数值模拟

基于有限体积法和有限元法,结合动网格控制技术,建立了横向流体作用下三维弹性直管流致振动计算的数值模型,实现了计算结构动力学与计算流体力学之间的联合仿真．首先,通过对刚性管的静止绕流计算,研究了网格离散方式和不同湍流模型对圆柱类结构静止绕流流场特征的影响和预测能力,得到了适用于双向耦合分析的CFD模型;其次,利用基于双向流固耦合方法的流致振动模型,计算并分析了流体力与结构位移间的相位关系,指出流体力与位移间的相位差是由流体力引起的,同时对双向耦合和单向耦合进行了比较分析;最后通过对直管流致振动的数值计算,联合管表面压力、尾流区时均速度、分离角等时均量,分析了尾流区的流场特征.     

粉尘气体中激波绕射的数值研究*

本文针对稀相气固两相体系,选取双流体耦合模型,综合运用算子分裂技术和高精度高分辨率数值方法,研究了激波在粉尘气体中沿90°拐角的绕射特性,揭示了固相颗粒及其物性改变对激波绕射特征和波后流场结构的影响.     

圆柱振荡绕流的三维不稳定性研究

通过数值求解三维不可压缩Navier-Stokes方程,研究了振荡圆柱绕流的旋涡不稳定性.研究表明,在一定的参数范围内,由于旋涡不稳定性,振荡流动由二维演化成三维流动,并沿圆柱轴向形成交错排列的三维涡结构.数值计算合理地预测了三维涡结构的空间失稳波长,并与实验测试值相符很好.文中还进一步研究了圆柱的受力特性,通过求解Morison方程,计算了圆柱的阻力和惯性力特性,其计算结果与已有的实验数据相吻合.     

含压力基Navier-Stokes方程最优动力系统建模和分析

研究了采用压力基函数和速度基函数的Navier-Stokes方程的最优截断低维动力系统建模理论.在黏性不可压缩流体中模拟了并排三方柱绕流流场,对此流场进行了含压力基函数和速度基函数的Navier-Stokes方程的最优动力系统建模,并以此为工具分析了三方柱绕流最优动力系统的动力学特性.该研究得到了如下结论:三方柱绕流的最优动力系统的动力学行为为混沌,它与双方柱绕流场的极限环动力学特性有着本质的区别,因此可以通过多柱绕流增进尾流的复杂性,从而促进流体混合.     

气固两相圆射流场涡结构影响固粒扩散的研究

用三维离散涡丝方法模拟轴对称圆射流场涡结构的发展·所得结果在某个周向位置上与用二维点涡方法计算的结果符合较好·然后采用单向耦合模型模拟固粒在圆射流中的运动,说明当固粒Ｓｔ数远小于１时,固粒受流场的作用较明显,当Ｓｔ数为１时,固粒主要分布在涡结构的周围,分布较均匀;当Ｓｔ数远大于１时,固粒受流场的影响较弱·当对涡环沿周向施以五个波长的扰动时,固粒扩散的范围较宽·固粒的扩散与扰动的振幅成正比·文中所得结论与一些实验结果相符,对实际应用有指导意义     

绕振动机翼非定常气动力迟滞特性的模拟研究

利用数值模拟方法开展了机翼在不同条件下,由于俯仰振动引起的非定常气动力迟滞特性的模拟计算研究.根据有限体积方法对非定常欧拉方程进行数值求解,以确定相应问题的流场及气动力特性;同时,分别以具有NACA-0012翼型的矩形机翼和带有65°后掠角的三角翼为例,研究了机翼绕不同转轴或以不同频率振动的非定常气动力迟滞特性.     

二维无界自由衰减流的数值研究

无界区域上的流体运动是流体力学中的热点和难点问题.采用传统的扩大计算区域算法和新发展的基于无界区域的Hermite基函数算法对二维无界区域的自由衰减流动进行研究. 结果发现,对于只存在相同符号涡的初始流场而言,两种方法都可以得出正确的结果;而对于正负涡都存在的初始流场,传统方法即便利用非常大的计算区域也无法进行正确的长时间模拟,但是新方法却能高效求解.对算例的Hermite算法数值模拟验证了理论解Oseen涡的存在.     

Simulation of Aerodynamic Performances of Flexible Flapping Wing Airfoils北大核心CSCD

与固定翼相比,在低速、小Reynolds数条件下,扑翼飞行具有显著的气动性能优势,受到越来越多的重视。然而,目前对扑翼翼型的研究以刚性翼型为主,对柔性翼型气动性能认识还不清楚。该文建立了柔性椭圆翼型的流固耦合仿真模型,分析了不同风速、迎角下柔性椭圆翼型的周围流场、变形以及气动性能。仿真结果表明,较刚性翼型,柔性翼型延缓了尾涡脱落时间,有效降低升力扰动振荡频率;柔性翼型显著抑制了尾流流场的扰动,降低升力扰动振荡幅值,合适的弹性模量翼型使得扰动振荡完全消除。研究结果可为软飞行器气动设计提供参考。     

一种改进的Roe格式及其稳定性分析

低耗散的激波捕捉方法,包括流行的Roe格式,在计算多维强激波问题时会遭遇激波不稳定现象的困扰,这会严重影响格式对于高超声速流动问题的精确模拟.对Roe格式进行小扰动分析,结果表明:激波面纵向所有物理量的扰动均会衰减,而横向的密度扰动和剪切速度扰动不会衰减.在横向数值通量上增加与熵波和剪切波相对应的黏性来抑制Roe格式不稳定现象的发生.为了防止不合适的黏性影响格式对于接触间断和剪切层的分辨率,定义两个开关函数,使得黏性仅仅添加在激波层亚声速区的横向数值通量上.数值测试的结果表明:改进的Roe格式不仅保留了原始Roe格式高分辨率的优点,而且具有更好的鲁棒性,消除了激波不稳定现象.     

细长体截面绕流中的一种临界状态

应用拓扑分析的方法研究了细长体截面绕流拓扑结构的演变过程．指出随着细长体背涡的发展,导致截面流场的拓扑结构发生变化,会出现一种临界流动状态．在这种临界流态下,流场中会出现一种高阶奇点．这种高阶奇点的指数为-3/2．这种高阶奇点是结构不稳定的,稍有扰动就会产生分叉,使流场的拓扑结构发生变化．     

黏性依赖于密度的一维可压缩黏性辐射反应气体方程组的Cauchy问题

本文考虑一维可压缩黏性辐射反应气体方程组,对一类依赖于密度的、退化的黏性系数,得到了其Cauchy问题大初值非真空整体解的存在性.问题的关键在于如何得到密度和温度的正的上下界估计.