关于具有剪应力的普通湍流理论发展

本文叙述了周培源1945年发表具有剪应力的普通湍流理论以后,各种湍流模式理论的主要发展概况.      

低湍流度风洞中湍流度对平板边界层转捩影响的试验研究

本文报告了在西北工业大学壁低流度风洞中进行了平板边界层转捩试验研究的简况及初步结果，试验湍流度为０．０２％、０．１％及０．３３％，用恒温热线风速仪测量时均速度型，求得边界层沿流向的位移厚度分布，并用示波器观察速度脉动脉形变化，从而确定起始转捩点和完全转捩点位置。结果表明，转捩的规律性和国外经典结果极为吻合。     

壁湍流扩展的自相似标度律的实验研究

对风洞中零压力梯度平板湍流边界层进行了实验研究，用热线风速仪测量了不同法向位置的脉动速度，研究了湍流边界层不同法向位置速度结构函数的扩展的自相似标度律。     

燃烧室两相流场亚网格燃烧模型的研究

在三维任意曲线坐标系下采用不同的亚网格燃烧模型对环形燃烧室火焰筒气液两相湍流瞬态反应流进行大涡模拟．计算中所采用的数学度模型有：k方程亚网格尺度模型估算亚网格湍流黏性;热通量辐射模型估算辐射换热,分别采用亚网格EBU燃烧模型（E-A model）、亚网格二阶矩输运方程模型（SOM）和亚网格二阶矩代数模型（SOM-A）估算化学反应速率．并在非交错网格系统下气相采用SIMPLE算法和混合差分格式求解,液相采用Lagrange处理,并用PSIC算法对其进行求解．通过实验结果和计算结果的比较,表明在三维任意曲线坐标系下对燃烧室火焰简两相湍流油雾燃烧流场进行大涡模拟,3种不同的亚网格燃烧模型都能真实反映两相湍流化学反应流流动及实际燃烧过程,而采用亚网格二阶矩输运方程模型稍优于其他两种亚网格燃烧模型．     

基于颗粒湍流和颗粒碰撞相互作用规律的湍流模型的研究

颗粒湍流和颗粒碰撞的相互作用规律是两相流动中的核心问题。用颗粒湍流模型和颗粒碰撞的动力论模型叠加的方法在研究两相湍流流动方面取得了一定的成效,但是还有待改进。本文基于颗粒湍流形成大尺度脉动和颗粒间碰撞引起小尺度脉动的概念,从双流体模型出发,建立了两相流动的双尺度kp-pε两相湍流模型。利用该模型对下行床和突扩室内的气固...     

低雷诺数沟槽表面湍流/非湍流界面特性的实验研究

湍流/非湍流界面是流动中湍流和无旋流的边界,其相关研究在加深对湍流与无旋流之间的物质、动量和能量交换的理解有重要意义.本文采用时间解析的二维粒子图像测速技术,分别对零压梯度光滑、顺流向锯齿形沟槽表面平板在不同雷诺数下对湍流/非湍流界面的几何特征及动力学特性进行了实验研究.实验雷诺数为$Re_{\tau } =400\sim1000$.本文采用了湍动能准则对湍流/非湍流界面进行了识别,并分析界面高度分布、分形特征及界面附近的条件平均速度和涡量.结果表明在不同雷诺数下, 无论是光滑壁面还是沟槽壁面,界面平均高度在0.8 $\sim$ 0.9$\delta_{99} $附近. 对于沟槽壁面而言,减阻时对应的界面高度的概率密度分布与光滑壁面基本一致, 均遵循正态分布,而当阻力增大时, 界面高度分布偏离正态分布出现正的偏度. 在本实验情况下,界面分形维度、跨界面速度跳变均会随着雷诺数增大而增大. 此外,不同壁面情况下无量纲条件平均涡量在界面附近的分布相近,而界面附近无量纲速度梯度最大值近似为常数.      

湍流边界层等动量区演化机理的实验研究

等动量区是瞬时流场中流体动量接近的局部区域,其生成和分布与相干结构密切相关.对等动量区的研究有助于更深入认识湍流边界层相干结构,但目前对其演化过程还缺乏实验支持和机理分析.设计并使用移动式高时间分辨率粒子图像测速技术(TRPIV)系统对光滑平板湍流边界层进行了跟踪测量,用滤波方式对数据进行降噪,结合对直接数值模拟数据的...     

收缩湍流场中标量扩散的实验研究

在近似均匀各向同性湍流场中加一个收缩段,对所得到的非各向同性湍流中温度混合层和热尾流作了初步实验研究。实验测量结果表明,它们在收缩段被“压缩”后又继续扩展,在实验的范围内(即发展初期)两者的T,(?)和(?)剖面具有相似性。     

湍流参数影响下高层建筑风压的不确定性研究

极值风压是高层建筑围护结构抗风设计的依据,本文利用挡板和粗糙元模拟出《建筑结构荷载规范》(GB 50009-2012)规定的C类风场,以此为基准,保持湍流度基本不变,减小湍流积分尺度得到CL1、CL2风场;保持湍流积分尺度基本不变,增大湍流度得到CI风场。在4类风场下对高层建筑模型均进行了500次重复采样试验,通过试验研究了湍流参数影响下高层建筑风压不确定性的基本规律,并确定了满足工程应用的极值风压所需的采用次数。结果表明,湍流度的增大导致高层建筑极值风压的变异系数增大,而湍流积分尺度对极值风压的变异系数的影响基本可以忽略;风压的变异系数达到稳定所需的样本数量主要取决于采样顺序,与湍流参数没有关联性;按《建筑结构可靠度设计统一标准》(GB 50068-2018)的规定,活荷载的分项系数取1.5,以1.5作为目标分项系数,4类风场下均只需单次采样即可获得稳定的极值风压。     

湍流逆梯度输运的理论与实验研究

湍流中存在的动量、标量的逆梯度输运是当前湍流研究中一个十分重要的方向,它具有深刻的理论意义和重要的实用背景．本文从实验、理论两方面综述了湍流逆梯度输运的研究成果,并指出了一些值得今后进一步研究的方向．     

The experimental results of micro-structure in grid-produced turbulence

The variation of main turbulent quantities in an isotropic turbulent flow, such as the decay of turbulent energy and the variation of Taylor microscale of turbulence with time are obtained, by employing a hot-wire anemometer and a nearly isotropic turbulent flow which is produced by a gridscreen located at the entrance of the test section in a low-level turbulence and low-speed wind tunnel in Peking University. The experimental results of the decay of turbulent energy and the variation of Taylor microscale of turbulence with time at the whole period from initial to final stage, normalized in an non-dimensional form, are consistent quite well with the computational results by the theory of the statistical vorticity structure^[1]. The experimental results presented in this paper also agree with Townsend's results obtained in earlier years^[2] as well as with Bennett's in the seventy's^[3].     

基于NPLS技术的可压缩湍流机理实验研究新进展

可压缩湍流机理的实验研究是一件难度很大的工作, 其主要的难度在于高时空分辨率的可压缩湍流结构非接触精细测试技术和低噪声的高速风洞设备技术. 近几年来, 由于在低噪声的超声速、高超声速风洞研究和可压缩流动精细结构测量技术研究方面取得的重要进展及其在可压缩湍流机理研究方面的应用, 超声速流动转捩与湍流的机理研究取得了较大的进展. 本文介绍了最近几年高速流动非接触精细测试技术, 尤其是基于纳米粒子的平面激光散射技术(nano-tracer planar laser scattering, NPLS)、背景导向纹影技术(background oriented schlieren, BOS) 和超声速流场的粒子图像测速技术(particle image velocimetry, PIV)的研究进展和发展前景, 以及基于这些技术, 在可压缩湍流机理实验研究方面的进展和发展前景, 其中包括在超声速混合层转捩、超声速绕流与尾流结构、超声速边界层转捩、激波边界层干扰等典型流场的机理研究方面, 以及气动光学机理研究方面的研究进展. 最后, 展望了目前湍流机理实验研究对湍流工程模型研究的可能贡献.      

横向紊动射流的数值与实验研究进展

横向紊动射流作为流体运动的一种重要类型,广泛存在于如: 燃气轮机气膜冷却、锅炉燃烧室等的燃烧控制, V/STOL(垂直或短距离起落)飞机、废气排放的控制等工程实际应用中.由于射流的存在,增加了流场的复杂性,流场中同时存在射流剪切层涡、马蹄形涡系、反向旋涡对和尾迹涡等4种涡系结构,这对流体力学理论研究具有重要意义.长期以来,研究人员从理论分析、实验测量和数值模拟方面对横向紊动射流进行了大量的研究工作,目前已经认识了流场中的许多流动特性和流动机理.从数值模拟和实验研究两个方面,比较并分析了国内外横向紊动射流研究的现状和研究结果,评述了不同湍流模型以及不同的实验测量方法对横向紊动射流的预测能力,讨论了存在的问题并对该领域的研究方向进行了展望.      

大气边界层流场的模拟与大气边界层风洞

动态风荷载测试数据的可靠性依赖于大气边界层流场的正确模拟。本文根据作者在ＦＤ－４大气边界层风洞中,进行大气边界层流场调试时,就如何准确模拟自然风的四个参数方面所积累经验的总结。     

非线性湍流模式研究及进展

现代湍流模式研究已经超出了经典的Ｂｏｕｓｓｉｎｅｓｑ涡粘性概念和线性的雷诺应力输运范畴,湍流运动过程中的非线性本质已成为模式研究人员所关心的中心问题。其目的在于使湍流模式能更加真实地再现湍流运动的复杂性,提高模式的适用范围,使复杂湍流能够得到合理的模拟,非线性湍流模式在解决复杂湍流运动的计算中已经取得可喜进展,正逐步应用于工程湍流的计算。同时,工程中的湍流问题计算也已走出了简单剪切流动类型及传统的ｋ－ε（及其它形式的）二方程模式框架,二阶矩封闭模式在先进的工程计算中已被用来解决诸如可压缩的空气动力学、发动机气缸及三维复杂几何场内等具有重要应用背景的流动问题,并逐步进入计算流体力学商业软件包。      

涡度拟能传输惯性区二维湍流标量场方差谱

本文应用非平衡统计力学封闭方法,给出涡度拟能传输惯性区二维湍流标量场方差谱的完整表达式,数值计算该表达式中的比例系数B。由于传输过程的非局部性,B依赖于表征波数变化范围的局部化因子,不再是普适常数。     

剪切湍流的涡黏张量模式

对剪切湍流提出了涡黏系数为四阶张量的涡黏张量模式。引入近代数学中Ｍｏｏｒｅ－Ｐｅｎｒｏｓｅ广义逆矩阵的研究结果，给出了构造涡黏张量各分量的计算公式。用平面后台阶流动验算了剪切湍流的涡黏张量模式，比ＲＳＭ和ｋ－ε模式更接近实验结果。提出了剪切湍流涡黏张量模式的应用设想。     

湍流的相干结构:推演方法和结果

本文讨论壁面湍流发展的相干结构的观点.在简要的历史文献综述后,我们回顾一些基本观点, 并且介绍相干结构的思想.基于大量主要是由实验所得的结果,本文通过广泛运用的事件检 测技术,探讨湍流边界层内部和外部区域发生的现象.我们从边界层内部区域发生的现象、 边界层外部大尺度运动的发展和涡结构动力学的角度来描述流动的现象.在文章的 第2部分,介绍从背景流动中推演出湍流相干结构的各种方法以及在各种方法框架下所得到的结果, 讨论速度梯度张量不变量、压力的Hessian矩阵分析和本征正交分解等方法.每一个过程 都有``相干结构'的特定的定义,满足恰当的数学构架,并可以对湍流数据做相干结构动力 学分析.这一工作可能会对当前流体动力学家在湍流研究中用到的最新理论和技术的传播有 所贡献.