干扰剪切流动(ISF)和边界层流动及ISF理论在计算流体力学(CFD)中的应用

简述作者提出的干扰剪切流动(ISF)理论、近壁复杂ISF理论、推论和它们在CFD中的应用.ISF是小黏性流体运动中普遍存在的一种基本流动,如驻点流、近壁黏性-无黏干扰流动,干扰可忽略时ISF的黏性部分为熟知的边界层流动.ISF理论揭示了高$Re$数流动计算的最佳坐标系和最佳网格生成.由近壁复杂ISF理论与流体运动方程组及流速在壁面无滑移条件相结合导出一组壁面相容(SC)判据,该判据提供了利用CFD仿真结果判断CFD仿真可信度的理论途径、并为近壁网格、算法和边界处理的改进和三者的更好协调、为湍流模型的评估、改进和发展提供了一种理论途径.      

航天飞机的复杂流动问题评述

本文首先回顾了航天飞机的发展概况,进而从第一代航天飞机的绕流分析中提出了复杂流动问题是航天飞机研制和发展中的主要气动问题之一.并详细评述和讨论了关于复杂流动课题在航天飞机工程和气动学科研究中的若干问题.     

飞机翼身干扰流动分离机理研究

采用CFD(计算流体力学)方法,结合风洞试验结果,对飞机翼身干扰流动分离机理进行了研究。分析了机翼根部马蹄涡、边角涡的内部结构和形成过程;研究了机身和机翼的压力分布及附面层,进而总结给出了飞机翼根流动分离机理;同时也验证了CFD方法对翼身干扰计算的准确性。研究结果表明:机翼前缘对气流的阻挡作用形成较高的逆压梯度,使气流产生回流形成马蹄涡,马蹄涡影响翼根表面附面层,使机翼机身附面层掺混失稳,向下游流动发展形成边角涡。     

均匀来流中旋转圆柱黏性绕流的数值研究

从不可压非定常Ｎ－Ｓ方程出发，首次数值求解了均匀来流中圆柱作周向旋转振荡的黏性绕流问题。探讨了旋转角速度振幅、振荡频率及Ｒｅ数等因素对流场结构及其非定常演化过程的影响，并根据计算结果，给出了在旋转振动频率。速度振幅平面内流场涡结构的分区图。     

矩形截面直管中的振荡流动

通过解析求解纳维尔-斯托克斯方程,本文给出了矩形截面直管中的层流振荡流动解。该解适用于不同的截面高宽比r和不同的振荡流动雷诺数。对典型的r和λ(雷诺数的平方根),给出了振荡流动速度的振幅比和相位差的等值线分布以及振荡流动速度随时间的变化,可以看出流动的速度分布如何从低频高粘性类型向高频低粘性的边界层流型逐渐变化;也可以看出管的边壁和角部对振荡流动的影响。当振荡频率ω为零时,本文结果即成为通过矩形截面定常管流的Stokes解。     

弯曲渠道中的振荡流和二次流

本文以弯道理想不可压缩流动的流线和等势线为曲线坐标系给出了弯道内不可压缩粘性振荡流动的一阶解以及边界层流型下的二阶解,以直角弯道为例对弯道內的粘性振荡流动以及二次流的影响进行了讨论。     

高弹粘流狭缝流动的有限块解法

在二维非牛顿流体流动分析的基础上，根据高弹粘流在狭缝流道中流动的特点，建立了一种半数值解析有限元法——有限块法。该法可将三维流动问题化为平面问题处理，具有节约内存与机时，使用方便等优点。通过算例证实，该法可用于工程中使用的一般流道，且解的精度令人满意     

剪切流及分离流结构和层流-湍流转捩的研究(成就和问题)

本文介绍了剪切层(边界层,Poiseujlle.流、分离流、尾流)中层流向湍流转捩过程的连续各阶段的实验研究结果,包括:给定流动对外部扰动的敏感性,产生的波(拟序结构)的线性发展,以及引起有序的层流流态破坏的非线性过程.     

环形截面螺旋管道内的粘性流动

根据张量分析,建立了非正交的曲线柱坐标系巾的N-S方程,采用摄动法求解环形截面螺旋管道内的粘性流动。结果表明:环形截面上存在二次流     

不可压粘流N－S方程的边界积分解法

对原变量的Ｎ－Ｓ方程进行一阶时间离散，采用共轭梯度法解除压强－速度的耦合．对所得的一系列Ｌａｐｌａｃｅ方程、Ｐｏｓｓｉｏｎ方程和Ｈｅｌｍｈｏｔｚ方程均进行边界积分法求解，首次得到了粘性Ｎ－Ｓ方程的边界积分表示式．圆柱的定常、非定常尾迹计算结果表明了本文方法的有效性．     

高雷诺数流动理论、算法和应用的若干研究进展

在黏性流体力学的历史发展中,Navier-Stokes (NS)方程组的 简化理论、相应算法和应用构成了不同历史时期的学科前沿、核心内 容的应用热点。以此为线索,简要评述经典边界层、多层(三层)边界 层、干扰边界层、扩散抛物化(DP) NS方程诸理论、相应算法和应用的 若干研究进展;诸理论之间以及他们与实验的关系;简化湍流计算的 一点注释以及物理分析和数值模拟相结合的一些问题。     

Viscous-inviscid interacting flow theory

In this paper a viscous-inviscid interacting flow theory (IFT) is developed for an incompressible, two—dimensional laminar flow. IFT's main points are as follows. (1) By introducing a concept of interaction layer where the normal momentum exchange is dominating, a new three-layer structure is established. (2) Through the conventional manipulations and by introducing an interaction model, both the streamwise and normal length scales are proved to be functions of a single parameterm, which is related to the streamwise pressure gradient and Reynolds number. (3) The approximate equations governing the flow of each layer as well as the whole interaction flow are derived. The present IFT is applicable to both attached and attached-separation bubble—reattached flows. The classical boundary layer theory^[1] and Triple-deck theory^[2] are shown to be two special cases of the present theory underm=0 and 1/4, respectively. Furthermore IFT provides new distinctions of both the normal and streamwise length scales for flow-field numerical computation and also gives a new approach to developing the simplified Navier-Stokes (SNS) equations. The project is supported by the National Natural Science Foundation of China.     

剪切流动中声、涡弱非线性作用与声控流动机理

对非均匀流（特别是平行剪切流）中声、涡运动模式的划分及其相互作用进行了弱非线性分析，着重研究了一阶声、涡作用产生二阶涡的情况，计算了二阶生成涡相对于一阶涡的时均放大倍数。从这一角度分析了声学控制流动问题，指出与声波发生作用的涡的性质以及涡频率与声频率之间的关系，并定性地讨论了声压阈值问题。     

THEORY OF NONFLUIDIZED GAS SOLIDS FLOW AND ITS APPLICATION

A theory of nonfluidized gas-solids flow, which combines the theory of multiphase flow with the mechanics of particulate media, was proposed on the basis of understanding that the particles contact each other, solids and gas are in movement, and the drag force on the particles caused by interstitial gas flow is similar to gravity force having the property of mass force. Then this theory was verified by experiments on vertical and inclined moving beds, and was applied to calculation and design of equipment and devices with moving beds, such as pneumatic moving bed transport,dipleg, V-value, L-valve, orifice flow, and arching prevention. It can be used to guide the design and operation of moving beds and fixed beds.     

幂率流体圆管非定常流动的数值分析

本文讨论水平圆管中幂率流体的起动问题。用显式和隐式两种格式,我们得到了问题的数值解并从而得到流动建立时间的近似公式。     

流固耦合力学概述

本文简要介绍了流固耦合力学及其特点、研究分支、一些进展及进一步发展的趋势     

交通流理论的研究进展

交通难已成为困扰大中城市发展的普遍问题,亟待发展有效的交通流理论来指导这一问题的解决。本文从交通流的动力分析和交叉口延滞模型两大方面评介交通流理论研究进展和现状,列举了有关的数学、力学模型,分析了它们的效用与不足之处。      

跨声速激波边界层相互作用的被动控制

运用激波管风洞在Ｒ＿（ｅ∞／ｍ＝３×１０￣７，Ｍ＿∞＝０．７３２－０．８１７范围内，在厚度比为１２％的圆弧翼型半模型和厚度比为１４％的超临界翼型半模型上，对被动控制现象及其若干规律进行了实验研究。结果表明，不同空腔深度的开孔壁和导管连通壁均可对壁面激波与边界层的相互作用实现被动控制，使得沿以上两种模型表面的马赫数峰值、逆压力梯度和激波强度明显减小。这对于飞行器将起到减阻作用，如将这一原理和方法用于超、跨声速压气机内激波与边界层相互作用的控制，将提高压气机的效率和工作的稳定性。     

Matlab求解库埃特流在计算流体力学课程中的应用

计算流体力学主要研究如何通过数值方法来求解流体力学的控制方程。本文以不可压缩库埃特流为例,在有理论解析解的基础上建立显式、隐式方法的有限差分法控制方程,并提出了基于压力修正法的第三种方法,采用Matlab编程求解流场分布,并研究推进步数、等分数、时间间隔与雷诺数对计算误差的影响。通过对经典流动现象力学特性的学习,可加深学生对计算流体力学求解基本方法和思路的理解,培养理论联系实践的能力。

     

跨声速激波边界层相互作用的被动控制

运用激波管风洞在Ｒ＿（ｅ∞／ｍ＝３×１０￣７，Ｍ＿∞＝０．７３２－０．８１７范围内，在厚度比为１２％的圆弧翼型半模型和厚度比为１４％的超临界翼型半模型上，对被动控制现象及其若干规律进行了实验研究。结果表明，不同空腔深度的开孔壁和导管连通壁均可对壁面激波与边界层的相互作用实现被动控制，使得沿以上两种模型表面的马赫数峰值、逆压力梯度和激波强度明显减小。这对于飞行器将起到减阻作用，如将这一原理和方法用于超、跨声速压气机内激波与边界层相互作用的控制，将提高压气机的效率和工作的稳定性。