Large aerodynamic forces on a sweeping wing at low Reynolds number

The aerodynamic forces and flow structure of a model insect wing is studied by solving the Navier-Stokes equations numerically. After an initial start from rest, the wing is made to execute an azimuthal rotation (sweeping) at a large angle of attack and constant angular velocity. The Reynolds number (Re) considered in the present note is 480 (Re is based on the mean chord length of the wing and the speed at 60% wing length from the wing root). During the constant-speed sweeping motion, the stall is absent and large and approximately constant lift and drag coefficients can be maintained. The mechanism for the absence of the stall or the maintenance of large aerodynamic force coefficients is as follows. Soon after the initial start, a vortex ring, which consists of the leading-edge vortex (LEV), the starting vortex, and the two wing-tip vortices, is formed in the wake of the wing. During the subsequent motion of the wing, a base-to-tip spanwise flow converts the vorticity in the LEV to the wing tip and the LEV keeps an approximately constant strength. This prevents the LEV from shedding. As a result, the size of the vortex ring increases approximately linearly with time, resulting in an approximately constant time rate of the first moment of vorticity, or approximately constant lift and drag coefficients. The variation of the relative velocity along the wing span causes a pressure gradient along the wingspan. The base-to-tip spanwise flow is mainly maintained by the pressure-gradient force. The project supported by the National Natural Science Foundation of China (10232010)     

基于重叠网格与结构网格的圆柱绕流数值模拟

为研究重叠网格与结构网格在圆柱绕流数值模拟中的区别,以二维圆柱为例,利用有限元分析软件ANSYS 19.2中的DM与Mesh建立模型并划分重叠网格,利用ANSYS 19.2中的ICEM建立模型并划分结构网格。采用FLUENT 19.2中laminar模型模拟分析系统中的平均升力系数、平均阻力系数、斯特劳哈尔数St等流体动力特性。通过改变流体流速得到两种不同网格下各6组雷诺数Re,这6组雷诺数在60~160之间。结果表明:结构网格与重叠网格的St都随着Re的增加而增加,但相同雷诺数下重叠网格对应的St数值更大,St的增长速度更快;重叠网格与结构网格的平均升力系数与平均阻力系数随着Re的增加趋于稳定的速度都加快,但结构网格的平均升力系数与平均阻力系数趋于稳定的速度更快,且两种网格的平均升力系数与平均阻力系数趋于稳定速度的差距逐渐缩小,当Re=160时,两种网格的平均升力系数与平均阻力系数趋于稳定的速度几乎相同;当雷诺数在60~160之间时,采用重叠网格计算出来的斯特劳哈尔数比结构网格更加接近理论值;从升力功率谱密度分布曲线中可以看出,随着雷诺数的增加,两种网格下的频率逐渐变大,并且相同雷诺数下重叠网格的频率比结构网格大。     

对称翼型低雷诺数小攻角升力系数非线性现象研究

采用Rogers发展的三阶Roe格式,求解非定常不可压N-S方程,时间方向为二阶精度双时间步方法, 数值模拟了对称翼型SD8020低雷诺数(Re=40000,100000)条件下,流场层流分离涡结构和升力系数随攻角的变化．同试验比较证明了数值模拟的正确性．通过对数值模拟时均化流场结果的详细分析,发现对称翼型在小雷诺数0°攻角附近出现的层流分离泡,其内部结构和演化规律都不同于经典层流分离泡模型,从而提出了一种后缘层流分离泡模型．并应用该模型对对称翼型小攻角低雷诺数流场特性以及升力系数非线性效应的形成机理进行了研究和解释．     

关于雷诺数物理意义的质疑

本文以几个简单流动为例,指出了传统的关于雷诺数物理意义的提法与实际流动的矛盾,通过理论分析对关于雷诺数物理意义的传统说法提出质疑....     

密相液固两相湍流流动研究

在ＩＰＳＡＲ算法基础上推导了适用于考虑液度变化影响的密相液固两相湍流流动数值计算的ＤＩＰＳＡＲ算法，并采用低雷诺数模型，对竖直上升管中密相液固两相湍流分别采用ＩＰＳＡＲ算法和ＤＩＰＳＡＲ算法进行了数值计算，计算值与实测值较符合，计算结果的比较表明ＤＩＰＳＡＲ算法能更有效地预测密相液固两相湍流流动     

高磁雷诺数下剪切流对双撕裂模中二级磁岛的影响

在高磁雷诺数下,当双撕裂模发展进入快速磁场重联阶段时,会发生二级磁岛不稳定性,加剧磁场能量的释放。本文基于扰动形式的守恒磁流体方程组发展高精度的数值模拟程序,在平板位形下研究反对称位形剪切流对双撕裂模中二级磁岛的影响。结果表明：随着剪切流强度和剪切梯度的增加,二级磁岛的数目以及电流片横纵比变小。此外,较强的极向剪切流能够抑制二级磁岛不稳定性的发生。     

应用Frumkin吸附模型求解液滴的运动

前人的研究工作大多采用线性吸附模型,没有考虑液滴与表面活性剂之间单饱和与非理想的相互影响。本文采用的非线性Ｆｒｕｍｋｉｎ吸附模型考虑了这些相互作用,与Ｌａｎｇｍｕｉｒ非线性吸附模型相比较Ｆｒｕｍｋｉｎ吸附模型进一步考虑了在表面饱和情况下,吸附式解吸时表面活性剂之间非理想作用,本文用数值解讨论了这些作用,此作用改变了吸附量,表面张力的灵敏性和吸附－解吸变换的动力,随着粘性比κ的增加,液滴速度增大,液     

Stokes流的积分方程法

Stokes流,或称零雷诺数流,指的是尺寸微小、速度缓慢的流动。它的理论在化工、生物力学、物理化学、环境保护、选矿、地球物理和气象科学等各个领域都有重要的应用。零雷诺数流可用Stokes方程来描述:式中μ,V和P分别是流体的粘度、速度向量和压力。直到本世纪60年代,只有数目非常有      

颗粒在黏弹性流体扩张和收缩流中沉降的格子Boltzmann模拟分析

对于Oldroyd-B型黏弹性流体,本文应用格子Boltzmann方法(LBM),实现了流体在二维1:3扩张流道及3:1收缩流道中流动的数值模拟,获得了黏弹性流体在扩张和收缩流道中的流场分布．结合颗粒的受力和运动规则,基于点源颗粒模型,数值分析了颗粒在扩张流和收缩流中的沉降过程和特征,讨论了颗粒相对质量和起始位置以及雷诺数Re和威森伯格数Wi对颗粒沉降特征的影响．结果表明,颗粒相对质量和起始位置以及Re对颗粒沉降轨迹和落点影响较大,而Wi的影响则较小．     

影响占太勒惊险跳伞因素的分析

对占太勒惊险跳伞(世界上最惊险的跳伞)过程进行了力学分析,说明了影响跳伞结果的两个重要因素.