湍流边界层近壁区相干结构起因的研究

利用流动稳定性理论中的一般共振三波的概念,提出了一种湍流边界层近壁区相干结构产生机理的理论模型。由此所得的相干结构的空间形态,展向尺度,传播速度等都与数值模拟所得结果相近。特别是计算了多数是不对称的各种流向涡对环量差的概率密度分布曲线,得到了与数值模拟结果相比基本满意的结果。     

湍流边界层外区扰动激发近壁区相干结构的一种机制

应用直接数值模拟的方法,研究了湍流边界层近壁区由于外区扰动的作用而导致相干结构产生的问题．结果表明:在湍流边界层近壁区的上边界存在的速度扰动,可以在近壁区内激发出相干结构,从而完善了单个相干结构的理论模型．     

湍流相干结构的机理研究（Ⅱ）——粗糙壁边界层相干结构的物理模型

本文主要分析了粗糙壁面相干结构的特性以及与光滑壁面相干结构的区别，讨论了从光滑壁到粗糙壁过渡的问题，在此基础上建立了粗糙壁面相干结构的物理模型，从理论上得到了慢条宽度、猝发时间等物理量与动量厚度雷诺数的关系，其结果与实验结果是相符合的。     

压力梯度对湍流边界层相干结构的影响

利用流动稳定性理论中一般共振三波的概念,对有压力梯度湍流边界层的相干结构进行研究。通过计算得出顺压梯度能够抑制相干结构的产生和发展,而逆压梯度对之有激励和促进的作用。此外,与无压力梯度相比,相干结构的尺度、形状以及传播速度等都已改变,理论分析所得变化趋势与实验结果相一致。计算流向涡对无量纲环量差概率密度分布曲线发现逆压梯度下流向涡对较无压梯度更趋于对称。     

湍流相干结构的机理研究(Ⅱ)─粗糙壁边界层相干结构的物理模型*

本文主要分析了粗糙壁面相干结构的特性以及与光滑壁面相干结构的区别,讨论了从光滑壁到粗糙壁过渡的问题,在此基础上建立了粗糙壁面相干结构的物理模型,从理论上得到了慢条宽度、猝发时间等物理量与动量厚度雷诺数的关系,其结果与实验结果是相符合的.     

湍流相干结构机理研究(Ⅰ)──光滑壁边界层相干结构的物理模型*

本文主要讨论了光滑壁边界层相干结构的特性,建立了这种相干结构的物理模型,从理论上得到慢条宽度、猝发时间等物理量与动量厚度雷诺数的关系,其结果与实验结果[3'4'5'7]是相吻合的。     

湍流边界层外区大尺度相干结构的理论模型及与实验的比较

本文基于流动稳定性理论,提出了一种解释湍流边界层外区大尺度相干结构产生机理的理论模型.将计算所得流线、等涡线分布及利用相干结构理论模型计算湍流边界层中平均温度分布的结果与实验比较,结果是比较满意的.     

湍流边界层内准流向发卡涡生成的数值模拟

采用根据共振三波理论模型建立的初始准二维流场和直接数值模拟方法,对湍流边界层近壁区流向涡的生成进行了研究．计算得到了准流向发卡涡和次生准流向涡结构的生成过程及其主要特征,讨论了它们的产生机理．作为相干结构的主要特征,利用共振三波理论模型对流向涡结构生成与演化过程的研究为湍流边界层内相干结构的研究与流动控制提供了新的途径和思路．     

用局部平均速度结构函数检测湍流边界层多尺度相干结构

测量风洞中平板湍流边界层不同法向位置的流向速度时间序列信号,提出了基于局部多尺度平均意义的湍流多尺度局部平均结构函数的概念,以描述湍流多尺度结构的伸缩变形和相对运动;基于多尺度局部平均结构函数的概念与Harr子波变换的一致性,提出了用湍流多尺度局部平均结构函数的平坦因子检测湍流边界层多尺度相干结构及其间歇性的检测方法,提取近壁区域不同法向位置处多尺度相干结构的条件相位平均波形,以研究多尺度相干结构猝发的动力学过程及其对湍流统计性质的影响．     

湍流边界层近壁区的传热问题

主要研究了湍流边界层近壁区的传热问题 .利用流动稳定性理论中的共振三波模型来求湍流边界层近壁区的相干结构所引起的流场 ,而小尺度湍流则用一简单的模型来表示 .通过这种新的模型 ,求解了三维温度场 ,得到了近壁区的平均温度剖面及表征热通量的Nusselt数 ,后者与实验符合得很好 .瞬时温度场具有条纹结构 ,也说明了数值模拟中所发现的条纹结构产生机理 .     

湍流边界层底层相干结构的一个理论模型*

本文采用非线性稳定性分析方法,研究了湍流边界层底层相干结干结构的成因.计算得到的增长最快的不稳定波的展向尺度与纵向尺度都与实验相符.这一分析的特点是采用了不同于湍流平均速度剖面的更合理的速度剖面作为稳定性分析的基础,并采用了新的非线性理论.文中结果有助于理解湍流边界层底层相干结构的拟有序现象.     

湍流相干结构与小尺度结构之间的相互作用

本文首先对切变湍流场中存在大尺度相干结构与小尺度结构和不同尺度结构之间的相互作用进行了试验研究,得到了一些特征值,其次,在试验的基础上,建立了考虑不同尺度结构之间的相互作用后相干结构的数学描述和模式识别方法,并对光滑壁面与均匀密集加糙壁面条件下湍流边界层中的相干结构进行了模式识别。结果表明,文中所建立的计算方法是可行的。     

壁湍流外层周期扰动对内层脉动特性的影响

在湍流边界层外层施加正弦波扰动,扰动波明显影响内层的猝发平均周期,破坏内层的大尺度低频脉动,诱发较小尺度的高频脉动,减小内层的积分尺度,提高内层流动的总脉动幅值。     

湍流边界层中固体小颗粒湍流运动的Lagrangian模型

给出了固体小颗粒在边界层中的Lagrangian运动方程,方程中包括受壁面影响的粘性阻力,Saffman升力及Magus升力等.使用频谱法,得到了颗粒响应流体的Lagrangian能谱的表达式,使用这些结果研究了各种响应特性.本文的结果清楚地表明了固体个颗粒在湍流扩散过程中,其湍流扩散是可能大于流体的.     

湍流相干结构机理研究（Ⅲ）——湍流拟序结构的统计及动力模型及 …

在文献「１」、「２」的启发下，本文建立一个零压梯度下，考虑局部产生以及外来扰动涡旋的壁湍流边界层大涡拟序结构的统计及动力学模型，在此基础上对充分发展的宽明渠流动中壁面附近的热扩散进行了数值模拟，建立了边界层拟序脉动速度和温度的数据库，发现了与速度快慢条相对应的高低温流条及其随时间的展向的摆动，数值模拟结果与前人的计算和实验结果吻合很好。     

粘性底层内横向速度强脉冲现象的机制探索 *

通过对直接数值模拟的槽道湍流数据库的研究,发现了粘性底层内横向速度的强脉冲现象.分析并研究了这种强脉冲现象的一般特征和对湍流的贡献以及与涡结构的关系.     

近壁区Reynolds应力及湍能耗散率输运特性的理论模型 *

提出在湍流边界层的近壁区采用三维不稳定波来描述湍流相干结构 ,然后根据理论模型对Reynolds应力及湍能耗散率的输运特性进行系统的计算和定量的分析 ,并计算了平均速度分布 .所得理论结果与直接数值模拟结果符合较好 ,表明本文方法正确地体现了湍流边界层近壁区的物理实质 .这不仅有益于对湍流机制的了解 ,而且可能为湍流的近壁模型化开辟一条新的途径 .     

超声速钝锥湍流边界层DNS入口边界条件的研究

如何选取恰当的入口条件,是进行湍流边界层直接数值模拟时必须考虑的一个问题.为此建议了一种方法,只需要有平板湍流边界层时间模式直接数值模拟(DNS)所得的一个瞬时的流场,而且其Mach数、Reynolds数及壁面温度条件无需和实际问题中的完全相同,就可导出超声速钝锥湍流边界层空间模式直接数值模拟所需的入口条件.通过3个典型算例,将结果与用其它方法所得结果相比,证实了该方法的可行性.     

近壁湍流脉动的概率分布函数

采用大涡模拟方法,模拟槽道湍流,获得了不同雷诺数情形下的槽道流大涡模拟数据库．在此基础上,获得了流向和垂向脉动速度的概率分布函数,并运用假设检验,分析了其与正态分布的定量差别．进一步计算了流向和垂向脉动速度的偏斜度、平坦度,讨论了二者在粘性子层、过渡区和对数律区的变化．同时,讨论了粘性子层、过渡区和对数律区流向和垂向脉动速度概率分布函数的特点及其与湍流猝发的高速流下扫和低速流喷发事件的关系．最后,分析了雷诺数对流向、垂向脉动速度分布的影响．     

湍流拟序结构与动力系统*

用动力系统描述湍流的主要困难是:如何建立无限维连续介质系统与低维动力系统的联系与确定湍流的空间结构.本文综述复杂系统低维描述的各种方法以及解决湍流问题的新途径.