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相似文献
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1.
平板边界层中湍流的发生与混沌动力学之间的联系   总被引:4,自引:1,他引:3       下载免费PDF全文
李睿劬  李存标 《物理学报》2002,51(8):1743-1749
通过对平板边界层流动中的测量数据的仔细分析,证实了在平板边界层的湍流发生的过程中存在着奇怪吸引子.将这一结论与先前的转捩动力学分析结果相比较,证明了湍流的发生本身具有着混沌动力学本质,从而在平板边界层中的湍流发生与混沌之间建立了联系 关键词: 边界层 转捩 湍流的发生 混沌 奇怪吸引子  相似文献   

2.
三维边界层内诱导横流失稳模态的感受性机理   总被引:1,自引:0,他引:1       下载免费PDF全文
陆昌根  朱晓清  沈露予 《物理学报》2017,66(20):204702-204702
边界层感受性问题是层流向湍流转捩的初始阶段,在转捩过程中起关键性作用,尤其是三维边界层流动.因此,研究三维边界层感受性问题对进一步理解层流向湍流转捩机理以及湍流成因具有重要的理论意义.采用数值方法研究自由来流湍流与三维壁面局部粗糙相互作用下三维边界层的感受性问题,确定是否能在三维边界层内寻找一种新的横流失稳模态;确定在何种条件下三维边界层内能诱导出定常、非定常的横流失稳模态;探索自由来流湍流的强度、展向波数和法向波数以及三维壁面局部粗糙的大小和结构类型等因素在自由来流湍流与三维壁面局部粗糙作用下三维边界层内被激发出的感受性过程中有何影响,并确定何种横流失稳模态在三维边界层感受性过程中占据何种地位.对自由来流湍流与三维壁面局部粗糙作用激发三维边界层内感受性问题的深入研究,将有助于完善流动稳定性与湍流理论,为层流向湍流转捩过程的预测与控制提供合理的理论依据.  相似文献   

3.
潘宏禄  马汉东  王强 《计算物理》2008,25(5):549-554
用大涡模拟方法对Mach数3.0下的压缩拐角激波/湍流边界层干扰问题进行数值研究.对拐角上游平板区域边界层转捩及湍流进行模拟,设定平板区域长度,使得转捩过程于平板区域发生并充分完成,从而在拐角处产生激波/湍流边界层相互干扰,研究激波/湍流边界层的作用机理.研究表明:流场能够在非定常扰动激励下迅速转捩,并于平板区发展为完全湍流;湍流边界层与激波相互作用过程中,拐角附近分离区较层流情况明显减小;展向不同区域分离区大小差异较大,局部区域分离现象消失.  相似文献   

4.
在边界层流中层流向湍流转捩机理的研究一直是人们所关注的重要理论课题之一.感受性阶段是边界层内整个转捩过程中的初始阶段,它在层流向湍流转捩过程中起着关键性的作用.但是,在过去的边界层前缘感受性研究中大多数都是针对外部声波小扰动,很少见到考虑在自由流中普遍存在的自由来流湍流作用下边界层内诱导前缘感受性问题的相关报道.本文采用直接数值模拟的方法,研究自由来流湍流与无限薄平板前缘驻点扰动作用下边界层流中前缘感受性过程的内在机理.数值结果发现,在自由来流湍流与无限薄平板前缘驻点扰动作用下边界层流中能被感受出一组小扰动波,且它们的色散关系、增长率、中性曲线等结果都与流动稳定性中的线性理论获得的理论解相一致,由此可知在边界层内被激发产生的一组小扰动波就是Tollmien-Schlichting波,这也证明自由来流湍流与无限薄平板前缘驻点扰动相互作用是激发边界层流中前缘感受性过程的另一种物理机理;另外,还探讨了自由来流湍流度以及自由来流湍流的运动方向对无限薄平板边界层前缘感受性过程有何影响等.总之,开展边界层前缘感受性过程的深入研究,有益于完善流动稳定性理论,将为层流向湍流转捩过程的预测提供合理的理论依据.  相似文献   

5.
陆昌根  沈露予 《物理学报》2018,67(21):214702-214702
三维边界层感受性问题是三维边界层层流向湍流转捩的初始阶段,是实现三维边界层转捩预测与控制的关键环节.在高湍流度的环境下,非定常横流模态的失稳是导致三维边界层流动转捩的主要原因;但是,前缘曲率对三维边界层感受性机制作用的研究也是十分重要的课题之一.因此,本文采用直接数值模拟方法研究在自由来流湍流作用下具有不同椭圆形前缘三维(后掠翼平板)边界层内被激发出非定常横流模态的感受性机制;揭示不同椭圆形前缘曲率对三维边界层内被激发出非定常横流模态的扰动波波包传播速度、传播方向、分布规律、感受性系数以及分别提取获得一组扰动波的幅值、色散关系和增长率等关键因素的影响;建立在不同椭圆形前缘曲率情况下,三维边界层内被激发出非定常横流模态的感受性问题与自由来流湍流的强度和运动方向变化之间的内在联系;详细分析了不同强度各向异性的自由来流湍流在激发三维边界层感受性机制的物理过程中起着何种作用等.通过上述研究将有益于拓展和完善流动稳定性理论,为三维边界层内层流向湍流转捩的预测与控制提供依据.  相似文献   

6.
沈露予  陆昌根 《物理学报》2017,66(1):14703-014703
层流向湍流转捩的预测与控制一直是研究的前沿热点问题之一,其中感受性阶段是转捩过程中的初始阶段,它决定着湍流产生或形成的物理过程.但是有关三维边界层内感受性问题的数值和理论研究都比较少;实际工程问题中大部分转捩过程都是发生在三维边界层流中,所以研究三维边界层中的感受性问题显得尤为重要.本文以典型的后掠角45?无限长平板为例,数值研究了在三维壁面局部粗糙作用下的三维边界层感受性问题,探讨了三维边界层感受性问题与三维壁面局部粗糙长、宽和高之间的关系;然后,考虑在后掠平板上设计不同的三维壁面局部粗糙的分布状态、几何形状、距离后掠平板前缘的位置以及流向和展向设计多个三维壁面局部粗糙对三维边界层感受性问题有何影响;最后,讨论两两三维壁面局部粗糙中心点之间的距离以及后掠角的改变对三维边界层感受性的物理过程将会发生何种影响等.这一问题的深入研究将为三维边界层流中层流向湍流转捩过程的认识和理解提供理论依据.  相似文献   

7.
应用三阶精度TVD格式和自由型曲面阿格技术,对涡轮内冷叶片进行气热耦合数值模拟.结合商用软件采用多种湍流模型计算方法的结果进行实验验证和对比分析,结果表明,商用软件采用传统湍流模型对温度边界层的模拟是不合理的,采用考虑转捩的湍流模型,调整转捩起始雷诺数,可以较好地模拟温度边界层的热传导.本文对非转捩区边界层温度的计算结果与实验结果吻合较好.  相似文献   

8.
本文采用CFD软件包FINETM/Turbo,选用结合AGS转捩模型的S-A湍流模型,研究边界层转捩对NORD-TANK 500/41型风力机LM19.1叶片三维流场的影响,并与采用-方程S-A和两方程k-ω(SST)模型获得的全湍流计算结果比较.在计算结果与实验数据进行对比的基础上,分析了三维粘性流场的流动细节,探讨了边界层转捩对风力机叶片气动性能和载荷预估的影响,获得了叶片转捩线随风速和沿展向的变化趋势.结果显示边界层转捩使数值计算的叶片性能和载荷增大、边界层分离推迟,为风力机叶片的优化设计提供参考.  相似文献   

9.
基于 Lighthill方程和 Green理论,本文对边界层转捩区声辐射机理进行了分析和讨论,并对转捩区内各声源的基本类型作了分类.分析结果表明;边界层转捩区的声辐射由转捩区内处于完全湍流状态的流体流动引起的向边界展外辐射的声场以及另两个附加声场组成;边界层转捩区声源的主要类型为单极子、偶极子和四极子声源;本文的分析为Lauchle模型提供了理论依据,证明了利用Lauchle模型估算转捩区远场声辐射基本准确可靠.  相似文献   

10.
朱志斌  冯峰  沈清 《气体物理》2022,7(3):60-72
横流效应显著影响高超声速飞行器的三维边界层转捩过程, 深化对该流动机制的认识有助于提升和改善飞行器气动性能及热力学环境. 针对HIFiRE5椭圆锥绕流问题, 采用大涡模拟方法计算分析了超声速边界层横流转捩特性, 并揭示其中的流动机理. 参考HIFiRE5风洞模型试验条件, 数值模拟中椭圆锥来流入口处施加人工速度扰动以激发边界层内不稳定扰动波, 进而预测了高超声速边界层流动横流失稳、转捩过程等基本流动特征, 并基于转捩热流分布形态对比, 获得了与试验数据基本吻合的计算结果. 研究发现, 椭圆锥中心线流动汇聚形成的流向涡结构非常容易失稳, 另外在中心线及侧缘之间的中部区域存在较强的横流不稳定性, 两种机制共同作用影响边界层转捩过程. 此外, 分析了来流扰动幅值对边界层横流失稳转捩的影响, 并发现静来流条件下, 横流区域出现两组独立的定常横流涡结构, 而强噪声来流条件下, 中心线主涡和中部横流涡均发生失稳转捩, 且在椭圆锥表面形成多峰状的转捩阵面. 最后, 深入分析流场的压力脉动动力学特性, 揭示了三维边界层发生失稳转捩的非线性演化机制.   相似文献   

11.
12.
A method of using thermochromic liquid crystals has been developed to visualize the thermal footprints of turbulent spots convecting downstream in an otherwise laminar boundary layer over a heated surface. This technique has been employed to visualize the development of turbulent spots under the influence of adverse pressure gradients. It has also been used to visualize the transitional events that occur during unsteady wake-induced boundary layer transition typically of those occurring in multi-stage turbomachines. The results show that liquid crystal is not only capable of providing quantitative information about the growth and development of individual spots but also allows a detailed study of formation of turbulent spots occurring naturally during a complicated transition process.  相似文献   

13.
激波与层流/湍流边界层相互作用实验研究   总被引:1,自引:0,他引:1       下载免费PDF全文
全鹏程  易仕和  武宇  朱杨柱  陈植 《物理学报》2014,63(8):84703-084703
在超声速风洞中,分别对层流和湍流来流条件下的边界层和斜激波(激波强度足以引起流动分离)相互干扰进行了实验研究,利用纳米粒子示踪平面激光散射(NPLS)技术获得了两种条件下流场的精细结构图像;利用粒子图像测速(PIV)技术获得了两种条件下流场的速度场和涡量场;综合运用NPLS结果和PIV结果对比分析了两种流动的瞬时流动结构和时间相关性,实验结果表明:层流边界层内的分离区呈现出狭长的条状,而湍流边界层内分离区呈现出较规则的椭圆;在入射激波上游距入射点较远的位置,层流边界层外围拟序结构会诱导出一系列压缩波系,进而汇聚成空间位置不稳定的诱导激波,而湍流边界层则是在入射激波上游较近的地方直接形成较强且稳定的诱导激波;在入射激波下游,层流边界层内的膨胀区域较小且急促,膨胀后产生的再附激波很弱,而湍流边界层内的膨胀区域较大,膨胀后产生的激波较强。  相似文献   

14.
Local heat transfer to a rotating disk in the presence of an imposed axial flow has been studied using thermochromic liquid crystals and the transient heating technique. Preliminary measurements were made for a smooth disk, for which the experimental data encompassed the laminar boundary layer, the transitional zone, and the beginning of the turbulent region. Measurements were then made for arrangements in which a circular trip wire installed concentrically on the disk was used to disturb the boundary layer. The main topic of the investigation concerned convective heat transfer to disks with concentric circular ribs of a rectangular cross section. Three roughness configurations have been investigated, and the results have been compared with data for a smooth disk. The ribs caused an early transition from laminar flow to turbulent flow. Otherwise the augmentation of heat transfer by the circular ribs was rather modest, except with high axial flows and low rotational speeds, when the velocities across the ribs would have been of a similar order of magnitude to the tangential velocities between the ribs.  相似文献   

15.
While it has long been a practice to place spires near the inlet of a wind tunnel to quickly develop a turbulent boundary layer with similarities to an atmospheric boundary layer, this has not been the case for creating turbulent boundary layer inflow in large eddy simulations (LESs) of turbulent flows. We carry out LES with the curvilinear immersed boundary method to simulate the flow in a wind tunnel with a series of spires in order to investigate the feasibility of numerically developing inflow conditions from a precursory spire LES and assessing the similarities of the turbulence statistics to those of an atmospheric boundary layer. The simulated mean velocity field demonstrates that a turbulent boundary layer with height equal to the spire height develops very quickly, within five spire heights downstream. The major attribute of using spires for precursory simulations is the spatially evolving coherent structures that form downstream of the spires offering a range of length scales at both the vertical and streamwise directions allowing multiple turbulent inflow conditions to be extracted from a single simulation. While the distribution of length scales far from the spires resembles an atmospheric boundary layer, some turbulence statistics have some significant differences.  相似文献   

16.
基于Ludwieg管的高超声速边界层转捩实验   总被引:1,自引:0,他引:1       下载免费PDF全文
高超声速边界层层/湍流转捩是高超声速飞行器气动力和气动热设计中的难点和热点问题.为了降低开展高超声速边界层不稳定性与转捩实验研究的门槛,研究基于Ludwieg管原理设计并建造了一座Mach 6高超声速管风洞,重点对Ludwieg管风洞的启动和运行过程开展了数值模拟,分析了储气段弯管布局对试验段流场的影响;之后,对该高超...  相似文献   

17.
湍流边界层噪声是飞机巡航过程中的主要外部噪声源,对舱内噪声水平的影响尤为重要。因此,对飞机机体表面湍流边界层噪声的研究具有重要意义。本文通过试验获得了某型民机巡航过程中的湍流边界层噪声,试飞工况为3500ft/0.78、3500ft/0.7、2500ft/0.67、1500ft/0.66。对实测数据进行分析,发现湍流边界层噪声与动压、边界层厚度等参数有关。同时,利用计算流体力学的方法得到了飞机机体表面的压力分布,并分析了压力梯度对湍流边界层噪声的影响。最后,基于工程预测方法对湍流边界层噪声进行了预测,对于不存在逆压梯度的区域,预测结果与试验结果吻合较好,仅部分频段存在一定偏差。通过对模型的参数进行优化,改善了预测结果。  相似文献   

18.
Over the last years, the observation of large-scale structures in turbulent boundary layer flows has stimulated intense experimental and numerical investigations. Nevertheless, partly due to the lack of comprehensive experimental data at sufficiently high Reynolds number, our understanding of turbulence near walls, especially in decelerating situations, is still quite limited. The aim of the present contribution is to combine the equipment and skills of several teams to perform a detailed characterisation of a large-scale turbulent boundary layer under adverse pressure gradient. Extensive particle image velocimetry (PIV) measurements are performed, including a set-up with 16 sCMOS cameras allowing the characterisation of the boundary layer on 3.5 m, stereo PIV and high resolution near wall measurements. In this paper, detailed statistics are presented and discussed, boundary conditions are carefully characterised, making this experiment a challenging test case for numerical simulation.  相似文献   

19.
Experimental and numerical investigations have suggested the existence of a strong correlation between the passage of coherent structures and events of bursting and intermittency. However, a detailed cause-and-effect study on the subject is rarely found in the literature due to the complexity and the nonlinear multiscale nature of turbulent flows. The primary goal of this research is to explore the motion and evolution of coherent structures during late transition, whose structure is much more ordered than that of fully developed turbulence, and their relationship with events of bursting and intermittency based on a verified high-order direct numerical simulation (DNS). The computation was carried out on a flat plate at Reynolds number 1000 (based on the inflow displacement thickness) with an inflow Mach number 0.5. It is concluded that bursting and intermittency detected by stationary sensors in a transitional boundary layer actually result from the passage and development of vortical structures, and it would be more rational to design transitional turbulence models based on modelling the moving vortical structures rather than the statistical features and experimental experiences.  相似文献   

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