基于涡量-流函数法的曲面方腔顶盖驱动问题的数值研究

对几种不同几何构型下的曲面方腔顶盖驱动问题进行了数值研究。采用曲面上的涡量-流函数方法和曲线坐标系下的有限差分格式对曲面上的不可压缩流动Navier-Stokes方程进行数值求解。计算结果表明：在Re=100和Re=1 000下得到的稳态解与近期文献中基于原始变量的高阶曲面有限元方法所得的结果一致;在有限雷诺数下,正高斯曲率对漩涡有排斥作用,负高斯曲率对漩涡有吸引作用;曲面的曲率与涡量分布有复杂的耦合作用,可以造成更多漩涡结构的产生,且雷诺数越高,高斯曲率绝对值越大,几何效应越明显。     

开放剪切流空间全局动力学与空间相位斑图间的关系

开放流动空间动力学可基于两类全局能量关系式进行研究;而空间相位斑图则可通过互谱空间演化加以测定。全局能量关系式以时间Fourier系数的形式建立流场任意两点问速度脉动能量间的关系,籍此可定义全局意义上的线性、非线性和线性一非线性机制。基于轴对称剪切流、变密度轴对称圆射流以及平面对称剪切流的实验发现：轴对称旋涡结构的配对由线性、线性一非线性机制表征,对应有序空间相位斑图;并且能量可通过线性一非线性机制在具有相同相速度的扰动间传递。螺旋结构由线性机制表征,对应有序相位斑图。全局自激励振荡由非线性的能量共振表征,对应无序相位斑图。籍此,有序空间相位斑图对应线性和线性一非线性机制;而混沌相位斑图则对应非线性机制。     

基于郭仲衡先生现代张量分析及有限变形理论知识体系的相关研究

作为我国理性力学先驱之一的郭仲衡先生在其所著《张量(理论和应用)》以及《非线性弹性理论》中记述了现代张量分析以及有限变形理论知识体系.本文按有限维Euclid空间上微积分以及一般赋范线性空间上微分学认识相关知识体系的理论框架,相关思想及方法,阐述了有关思想及方法的发展及其应用.本文未涉及现代几何学在连续介质力学中的应用.     

基于多维Fourier分析研究流场的空间尺度分解

提出了一种对流场数据进行尺度分解的方法.该方法通过移动一定宽度的矩形网格截取流场,通过傅里叶变换及能量分布判断所截取流场的尺度信息是否和矩形网格尺度相符合,然后用不同宽度的网格对整个流场进行处理,并通过阈值控制,实现了流场不同尺度的分解.将该方法用于二维和三维流场数据的尺度分解,并进行了验证.     

有限变形理论的若干进展及其在流体力学中的相关应用

概要性地叙述了作者新近提出的当前物理构型对应之曲线坐标系显含时间的有限变形理论、几何形态为曲面的连续介质的有限变形理论,前者针对介质几何形态为Euclid流形(体积形态),后者针对Riemann流形(曲面形态).类比于一般有限变形理论,上述理论均包括物理及参数构型构造,变形梯度定义及其基本性质,变形刻画,输运定理以及守恒律方程.基于上述理论提出对应曲线坐标系显含时间的流函数涡量解法,固定曲面上二维不可压缩流动的流函数涡量解法以及海面油污扩散控制方程,并给出了相关数值研究结果.     

实验研究具有周向抽吸轴对称射流的拟序结构

基于实验研究具有周向抽吸轴对称射流拟序结构的动力学行为,定义了临界出口主速度以及超临界工况（低速工况）和亚临界工况。提出了超临界工况下,拟序结构的空间演化特征。基于功率谱确定了超、亚临界工况流动系统发生自激励振荡的速度比范围。     

热射流拟序结构中混沌现象的实验研究

就开放流体系统中的热射流拟序结构的混沌现象进行了实验研究．发现流场在绝对不稳定情况（S＜0.72）下,环涡模式控制了整个流场．此时相空间中对应的动力系统发生倍周期和Hopf分岔,说明动力系统可通过Feigenbaum和RTN途径进入混沌．相关维、相关熵和Lyapunov指数的计算表明：在一定Re数下,动力系统的时间渐近行为已呈混沌态,表现为奇异吸引子,相关维数D2约为3．80．     

2011力学与相关学科复旦大学博士生学术论坛

力学与相关学科复旦大学博士生学术论坛于2011年1月8日（周六）上午9时在光华楼东辅楼102会议室隆重开幕。复旦大学副校长、复旦大学研究生院院长金力教授,上海市力学学会理事长、上海交通大学刘桦教授,复旦大学校长助理丁光宏教授,复旦大学党委研究生工作部周立志部长,复旦大学力学与工程科学系主任艾剑良教授等领导出席开幕式。     

曲面层的主方向正交基的非完整理论

为了在参考曲面的邻域中进行张量分析,常常采用带有拉梅系数的主方向单位正交基.本文系统地提出了一种称为曲面主方向正交基的非完整理论(PDOB),新的场论方法使得形式Christoffel符号与曲面的主曲率和测地线曲率直接相关.此外,本文通过一些示例提出了一种确定曲面曲率的系统且简单的方法,其亦可作为一种定性识别表面弯曲特性的方法.     

Coherent structures in countercurrent axisymmetric shear flows

The dynamical behaviors of coherent structures in countercurrent axisymmetric shear flows are experimentally studied.The forward velocity U1 and the velocity ratio R=(U1-U2)/(U1+U2),where U2 denotes the suction velocity,are consldered as the control parameters.Two kinds of vortex structures,i.e.,axisymmetric and helical structures,were discovered with respect to different reginmes in the R versus U1 diagram .In the case of U1 rangjing from 3 to 20m/s and R from 1 to 3,the axisymmetric structures plan an important role.Based on the dynamical behaviors of axisymmetric structures,a critical forward velocity U1cr=6.8m/s was defined,subsequently,the subcritical velocity regime:U1>U1cr and the supercritical velocity regime:U1<U1er,In the subcritical velocity regine,the flow system contains shear layer self-excited oscillations in a certain range of the velocity ratio with respect to any forward velocity.In the supercritical velocity regime,the effect of the velocity ratio could be explained by the relative movement and the spatial evolution of the axisymmetric structure undergoes the following stages:(1) Kelvin-Helmholtz instability leading to vortex rolling up,(2) first time vortex agglomeration.(3) jet colunn self-excited oscillation,(4) shear layer self-excited oscillation,(5)“ordered tearing“,(6) turbulence in the case of U1<4m/s (the “ordered tearing“ does not exist when U1>4m/s),correspondingly,the spatial evolution of the temporal asymptotic behavior of a dynamical system can be described as follows:(1) Hopt bifurcation,(5) chaos(“weak turbulence“)in the case of U1<4m/s(superharmonic bifurcation does not exist when U1>4m/s).The proposed new terms,superharmonic and reversed superbarmonic bifurcations,are characterized of the frequency doubling rather than the period doubling.A kind of unfamiliar vortices referred to as the helical structure was discovered experimentally when the forward velocity around 2m/s and the velocity range from 1.1 to 2.3,There are two base frequencies contained in the flow system and they could coexist as indicated by the Wigner-Ville-Distribution and the temporal asymptotic behavior of the dynamical system corresponding to the helical vortex could be described as 2-torus as indicted by the 3D reconstructed phase trajectory and correlation dimension.The scenario of the spatial evolution of helical structures could be described as follows:the jet column is separated into two parts at a certain spatial location and they entangle each other to form the helical vortex until the occurrence of those separated jet columns to reconnect further downstream with the result that the flow system evolves into turbulence in a catastrophic form.Correspondingly,the dynamical system evolves directly into 2-tiorus through the supercritical Hopf bifurcation followed by a transition from a quasi-periodic attractor to a strange attractor.In the case of U1=2m/s,the parametric evolution of the temporal asymptotic behavior of the dynamical system as the velocity ratio increases from 1 to 3 could be described as follows:(1)2-torus(Hopf bifurcation),(2) limit cycle(reversed Hopf bifurcation),(3) strange attractor (subbarmonic bifurcation).