纪念周培源湍流理论创建八十周年

正周培源先生是中国湍流理论研究的创始人和力学学科的缔造者,是理论物理在相对论领域享誉海内外的科学巨匠,是北大百余年来历任校长中堪称与蔡元培先生齐名并在欧美学界享有盛誉的大教育家,也是我国力学界唯一的一位与冯·卡门齐名并联手创建国际理论和应用力学联合会(IUTAM)的大力学家。周培源湍流学说创始于1940年的抗战艰难时期,先生时任清华大学教授,辗转在西南联大任教。     

周培源湍流理论的实验研究——纪念周培源先生诞辰一百二十周年

<正>周培源先生于1952年在北京大学创建了我国第一个力学专业,联合力学所、清华大学和北京航空航天大学创建了我国第一座以混凝土薄壳结构为主体的大型低速风洞,亲自用爱因斯坦符号讲授理论力学课,在湍流课上形象地介绍均匀各向同性湍流以及湍流的声产生特征^[1]。周培源先生^[2-3]第一个得到了对N–S方程在统计意义上的准确解,其湍流理论覆盖了从各向同性湍流到剪切湍流和极高湍流强度的极限湍流,     

自然对流边界层中湍流的发生

自然对流边界层中从层流到湍流的转捩经历了浮力振型、无摩擦振型和黏性振型的三重流动不稳定性相继产生的前转捩过程,以及近壁迅速出现强湍流源,随之平缓地向自模拟的湍流边界层过渡的热转捩过程.浮力振型在修正Grashof数G>40时开始失稳并成为主要振型,在振幅分布中3种振型的临界层位置处出现3个峰值;在G>100时浮力振型消失,无摩擦振型失稳并成为主要振型,振幅分布中在近壁区还出现黏性振型的峰值;在G>170时无摩擦振型经非线性演化在外层形成较弱的湍流,但内层黏性应力仍远高于湍流应力,振幅分布中仅有与黏性振型相应的峰值,在频谱中黏性振型的基频、第一、第二、第三阶亚谐频随G的增加相继出现,此时黏性不稳定波的高频成分已转化为湍流,但低频成分仍按线性规律增长,直至湍流惯性子区开始形成;至G>800时黏性振型消失,并在G=850附近时近壁区出现强湍流源,湍流应力、湍能产生项和近壁湍流热流率剧增.在热转捩后期,湍流应力和湍能产生项明显下降,流动在内外层趋于平衡.     

大气边界层模拟的湍流相似

大气边界层的风洞模拟,是目前研究建筑物风载,污染质的大气扩散,以及解决某些环境科学和军事科学中大型课题的重要手段之一。在许多国家,风洞模拟已成为环境部门设计大型工程、林区、厂区和城区规划的主要依据。最初的大气边界层模拟装置,仅考虑形成一定的平均风速廓线,并未考虑到气流的湍流特性。微气象学的研究表明,大气的湍流特性是影响扩散的主要因素。特别是Monin和Obukhov通过大量实测资料提出大气表面层中的相似性理论,成为研究大气扩散的重要依据。从50年代开始,一些研究大气扩散和建筑物风载问题的长实验段风洞相继筹划和建立。其中较著名的有,美国科罗拉多州立大学的1.8米×1.8米×30米的回流式长实验段气      

低马赫数射流混合层中的相干声源

通过二维射流混合层中相干时间尺度的测量,对声激励不稳定波增长过程及破碎点后的相干特性进行研究。实验结果表明,相干时间尺度在基波和第一亚谐波增长区较大,在破碎点后突然下降并在下游呈逐渐减小趋势。增加声激励强度可使不稳定波增长区的相干时间尺度增大,并对下游的流动结构有明显影响。     

乳化原油的超声波脱水研究

从理论上分析了油中的水滴粒子在超声波辐射下的位移效应,给出了超声波分离油水的理论根据．针对其它物理化学方法不能有效破乳的污水回收油进行了实验,证实了超声波分离乳化原油中油和水的可行性、得到了超声波破乳脱水的声学参数．     

二维混合层中不稳定波的共振干涉和涡的卷并

本文对二维混合层中不稳定波的非线性增长和共振干涉过程进行研究,并分析它们与涡对卷并和湍流化过程的关系     

不稳定波辐射噪声

本文通过系统的实验证明在低马赫数时射流中的不稳定波对于噪声辐射具有重要的贡献。不稳定波辐射噪声的主要特点表现为:当射流上游条件充分乾净时远场声谱中有一族离散的谱峰,峰值频率对应于射流中She-laycr modes的特征频率和它们的干涉频率;各特征频率的声源位置和相应的混合层中的涡对卷并位置重合;远场声辐射呈天线效应;声源位置固定,无多善勒频移。