我怎样讲授边界层概念

本概述作在本科生流体力学课程中讲授边界层概念的体会：一方面通过实例反复阐明雷诺数极限下在物面附近引入边界层概念的必要性;另一方面通过反复练习培养学生掌握量阶分析方法。     

一种新的运动激波--非定常边界层相互干扰现象

本文探讨了一种新的激波－非定常边界层相互干扰现象，这种激波－边界层干扰现象既不同于定常激波－边界层干扰现象，又不同于激波在端面反射后与该激波所诱导的边界层之间的干扰现象，而是运动激波与稀疏波和第一激波所诱导的非这常边界层之间的干扰现象，本文对这种现象用微波动力学理论进行分析，并把这种干扰现象看成激波的绕射现象，同时在稀疏波破膜的双驱动激波管中进行实验观察，最后把理论分析与实验观察进行了比较。     

流过泰氟龙烧蚀表面的化学非平衡边界层数值研究

对流过泰氟龙烧蚀表面的化学非平衡边界层进行了数值分析．研究了气体模型、化学反应速率常数和壁画催化对边界层特性的影响．研究表明，气体模型对烧蚀产物组元浓度大小的排序有很大影响，但不同气体模型造成的电子数密度差最大仅一个数量级；不同的氟碳反应速率常数，虽在非催化壁条件下，对组元浓度剖面有强烈影响，但对电子数密度剖面，不管壁面催化特性如何，几乎都没有影响；表面烧蚀可能引起边界层分离．     

考虑床面边界层效应的波浪海床相互作用分析

在考虑海床表面附近黏性边界层的影响下, 考察了波浪与弹性多孔海床之间的相互作用．波浪场包括势流部分和边界层部分,海床域控制方程由比奥固结理论给出．波浪场和海床域通过交界面处应力连续和速度连续条件进行耦合．在简谐波和小变形的前提下,通过联立求解势流方程、波浪边界层方程和海床准静态比奥固结方程得到了波浪运动及相应的海床动力响应的解析解．通过与以往文献的实验结果进行对比,解析解的合理性得到了验证．通过参数分析讨论了实际问题中需要考虑波浪和海床相互作用机制的海床土质条件,以及流体黏性对波能衰减的影响规律．      

壁湍流多尺度相干结构复涡黏模型的实验研究

在湍流相干结构动力学方程中,非相干结构成分对相干结构贡献的雷诺应力的模型为涡黏性模型,即涡黏性系数乘以相干结构平均速度变形率的形式.基于非相干结构成分对相干结构贡献的雷诺应力与相干结构速度变形率之间存在相位差的事实,在理论上提出了非相干结构成分对相干结构贡献的雷诺应力复涡黏性模型的假设.应用热线测速技术,在低速风洞中对湍流边界层非相干结构成分对相干结构贡献的雷诺应力与相干结构法向速度变形率之间的相位关系进行了实验测量.通过分析湍流相干结构猝发过程中非相干结构成分对相干结构贡献的雷诺应力与相干结构速度变形率之间的相位关系,研究了相干结构雷诺应力分量与流向速度法向梯度之间的相位差沿湍流边界层法向的变化规律,肯定了湍流相干结构复涡黏性系数模型的合理性.     

二维边界层方程的迭代求解

针对二维边界层方程,提出了分析积分迭代法.首先将该方法应用于Blasius方程和Falkner-Skan方程的求解,数值计算结果稳定,计算精度高;然后对外部有势流不能达到自相似要求、必须二维求解的二维层流边界层问题,在分析积分迭代法中加上计算力学的松弛迭代法,形成了一套有效的算法.数值结果表明该方法用于层流边界层的计算是很有效的.     

Series solutions for the stagnation flow of a second-grade fluid over a shrinking sheet

This study derives the analytic solutions of boundary layer flows bounded by a shrinking sheet. With the similarity transformations, the partial differential equations are reduced into the ordinary differential equations which are then solved by the homotopy analysis method （HAM）. Two-dimensional and axisymmetric shrinking flow cases are discussed.     

MHD控制超声速边界层的理论研究和数值分析

对MHD(mechanisms of magnetohy drodynamics)控制超声速平板湍流边界层的机理进行了理论研究和数值模拟. 理论上,采用等离子体低频近似碰撞频率模型,建立等离子体中电子和离子的力平衡方程,得到等离子体速度、极化电场以及边界层速度. 数值上,通过空间HLLE格式、LU--SGS时间推进求解时均磁流体动力学湍流方程,其中湍流模型采用sst--k\omega双方程模型. 研究结果表明:(1)边界层速度的理论结果和数值结果误差在7%范围内;(2)只有磁场而电场为零时,洛仑兹力起到减小摩阻的作用. 施加电场后,洛仑兹力能够加速边界层低速区流体;(3) 在边界层外层,越靠近壁面,作用参数越小;而在边界层近壁区黏性底层,虽然惯性力减小, 但黏性力却迅速增加,因此越靠近壁面,作用参数反而越大,加速低速流的代价增加.      

湍流水沙边界层扩散传质浓度和通量的精确解

为探索河道及消落带水沙传质效应对自然水体水质的影响,研究湍流条件下水沙边界层的传质机理,本文引入传质阻抗,在涡旋扩散封闭假设的基础上,通过水沙边界层阻抗分布预测物质浓度分布,数值模拟紊动对水沙边界层扩散传质浓度分布和传质通量的影响。研究结果表明：根据传质阻抗（mass-transfer resistance）分布预测物质浓度分布是研究水沙边界层传质的重要方法;由物质浓度分布推导的传质系数 mh 、剪切速度*u 、施密特数Sc的相互关系式( m 0.0827*h=u Sc?2/3)能为气液边界层传质通量的研究提供理论依据;由泥沙表面到自由水流的传质总阻抗关系式( R′=12.092 Sc u 2/3 T*)可得,总阻抗随施密特数的2/3次幂增长,且总阻抗与剪切速度成反比,即传质阻抗随剪切速度的增加而下降。     

壁面温度在多参数下对平板边界层的影响研究

为了得到壁面温度在不同来流速度、不同湍流强度条件下对边界层转捩与减阻的影响规律,本文采用Transitionk-kl-ω模型对低来流速度下无压力梯度的光滑平板进行了数值模拟。结果表明,随着来流速度的升高,壁温升高所起到的减阻效果更好,即高来流速度对壁面温度更为敏感。当来流处于中高湍流强度下时,壁温升高能起到推迟转捩的作用,且随着湍流强度的升高,转捩推迟的效果越好,但减阻效果正好相反;当来流处于低湍流强度下时,壁温升高会使得转捩提前发生。壁温升高抑制了边界层内流体的脉动程度,使得层流的稳态不易被破坏,流动更加稳定;同时,壁温升高使得边界层内流体的速度梯度减小,从而降低了壁面摩擦系数,故壁温升高能起到推迟边界层转捩与减阻的作用。