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平板湍流边界层流向—法向平面发卡涡的PIV实验研究

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船舶力学 2016年第1期20卷 23-30页

作者：刘璐璐翟树成张国平张军中国船舶科学研究中心船舶振动噪声重点实验室江苏无锡214082

湍流边界层流动精细涡结构的分析对于水下航行体表面减阻乃至降噪机理的深入研究都具有重要意义。文章应用粒子图像测速技术(PIV),对Re_θ=1 743和5 400时的平板湍流边界层的流向一法向平面流场进行了测试研究。一方面,直接对瞬时速度... 详细信息

湍流边界层流动精细涡结构的分析对于水下航行体表面减阻乃至降噪机理的深入研究都具有重要意义。文章应用粒子图像测速技术(PIV),对Re_θ=1 743和5 400时的平板湍流边界层的流向一法向平面流场进行了测试研究。一方面,直接对瞬时速度场精细涡结构进行提取分析,通过Galilean分解和λ_(ci)准则识别出流向—法向平面中的发卡涡及发卡涡包。研究表明,发卡涡和雷诺应力的分布特征具有高度相关性;发卡涡包产生了流向动量的法向不规则分层分布特征。另一方面,文中通过对500个瞬时速度场子样进行时间平均分析,获得了不同雷诺数下平均速度以及湍流度分量的法向分布规律。此外,文中还对发卡涡的几何尺寸和漩涡强度λ_(ci)进行了统计分析。研究表明,在y^+涡强度λ_(ci)δ/u_τ沿法向迅速衰减,且在不同雷诺数下变化曲线基本一致;在y^+>50后λ_(ci)δ/u_τ衰减平缓,且低雷诺数下的值较大。

关键词： PIV 湍流边界层发卡涡涡包漩涡强度涡识别

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槽道流转捩中发卡涡演化与波增长的关系

天津大学学报 2010年第2期43卷 126-131页

作者：王新军罗纪生天津大学机械工程学院天津300072

通过对槽道流常规转捩的直接数值模拟,研究了转捩突变前后,发卡涡的演化与T-S波增长的对应关系,重点对占流场绝大多数、转捩前期增长缓慢的T-S波的急速增长在发卡涡演化中所处的阶段进行了分析.研究发现,在发卡涡头部形成阶段,流场中典... 详细信息

通过对槽道流常规转捩的直接数值模拟,研究了转捩突变前后,发卡涡的演化与T-S波增长的对应关系,重点对占流场绝大多数、转捩前期增长缓慢的T-S波的急速增长在发卡涡演化中所处的阶段进行了分析.研究发现,在发卡涡头部形成阶段,流场中典型的未增长起来的波一直保持着缓慢的增长趋势;当发卡涡头部产生分离时,这些波的实际增长率开始爆发式增加,并在短时间内呈数量级增长,急速增长的过程一直延续到发卡涡头部混乱之后.

关键词： T-S波发卡涡尖峰结构增长率突变

湍流边界层流向-展向平面中发卡涡的涡迹特征

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水动力学研究与进展（A辑） 2015年第4期30卷 376-381页

作者：刘璐璐张军翟树成张国平中国船舶科学研究中心船舶振动噪声重点实验室江苏无锡214082

研究湍流边界层精细流动结构特征,有助于建立流动结构特征与壁面摩阻、流噪声之间的关联,从而为湍流边界层减阻降噪机理的深层次研究奠定基础。该文应用PIV(粒子图像测速)技术,对平板湍流边界层中发卡涡在流向-展向平面的涡迹特征进行... 详细信息

研究湍流边界层精细流动结构特征,有助于建立流动结构特征与壁面摩阻、流噪声之间的关联,从而为湍流边界层减阻降噪机理的深层次研究奠定基础。该文应用PIV(粒子图像测速)技术,对平板湍流边界层中发卡涡在流向-展向平面的涡迹特征进行研究。利用PIV瞬时速度场,捕捉到明显的低速条带,通过统计分析获得对数层范围低速条带间距随壁面法向距离的变化以及雷诺数的影响规律。同时,通过涡识别准则,提取在流向-展向平面内长低速条带两侧的反向漩涡带,揭示了发卡涡包与长低速条带的内在关系。此外,还研究了流向-展向平面发卡涡涡腿间距随壁面法向距离的变化规律以及雷诺数的影响。

关键词：湍流边界层发卡涡低速条带 PIV

平板边界层转捩中发卡涡演化与流动稳定性的关系

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水动力学研究与进展（A辑） 2013年第2期28卷 203-210页

作者：李宁冉启全李建芳董家辛曾齐红中国石油勘探开发研究院油气开发软件中心北京100083 中国石油勘探开发研究院测井与遥感技术研究所北京100083

该文通过对平板边界层转捩的直接数值模拟,研究了转捩过程中涡发展到发卡涡以及环状涡链结构的生成、演化直至破碎的全过程。该模拟结果丰富了对发卡涡演化的认识,并符合已有的实验观察现象及对发卡涡演化的一般认识。研究结果表明,流... 详细信息

该文通过对平板边界层转捩的直接数值模拟,研究了转捩过程中涡发展到发卡涡以及环状涡链结构的生成、演化直至破碎的全过程。该模拟结果丰富了对发卡涡演化的认识,并符合已有的实验观察现象及对发卡涡演化的一般认识。研究结果表明,流向平均脉动动能存在过饱和现象,该现象可以用环状涡链开始破碎及次破碎使流向脉动逐渐转化为展向和法向的脉动来解释。同时发现,发卡涡的演化情况与壁面摩擦系数、平均脉动动能及流动稳定性分析得到的中性曲线范围的大小之间有着明显的对应关系,可以通过流场中壁面摩擦系数、平均脉动动能的变化及流动稳定性分析的结果预测转捩过程中发卡涡的演化状态。

关键词：边界层转捩发卡涡过饱和稳定性分析

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一种由条带失稳产生发卡涡的机制

一种由条带失稳产生发卡涡的机制

圆柱型粗糙元诱导的超声速边界层转捩实验研究

第七届全国流体力学学术会议

作者：王银山许春晓黄伟希崔桂香清华大学航天航空学院工程力学系

本文利用最小槽道湍流的直接数值模拟,对雷诺数Re=400时由条带扰动的瞬态增长产生流向涡,进一步形成发卡涡和发卡涡列的过程进行了研究。发现了条带通过瞬时增长,进一步触发非线性效应生成流向涡与内剪切层,正负流向涡与内剪切层在演化... 详细信息

本文利用最小槽道湍流的直接数值模拟,对雷诺数Re=400时由条带扰动的瞬态增长产生流向涡,进一步形成发卡涡和发卡涡列的过程进行了研究。发现了条带通过瞬时增长,进一步触发非线性效应生成流向涡与内剪切层,正负流向涡与内剪切层在演化过程中互相作用形成发卡涡结构的机制。Schoppa和Hussain曾在雷诺数Re=160的最小槽道中,采用cosine型条带与正弦形式的扰动,观察到了条带失稳最终生成展向涡结构的过程,我们则在更高的雷诺数下,采用湍流统计条带剖面,最终获得了发卡涡结构完整的生成过程。为了进一步研究发卡涡的演化,我们通过增加最小槽道的流向长度,获得了发卡涡列的生成过程,观察到了下游发卡涡与二次,三次发卡涡的生成,这与Zhou等所提出的产生发卡涡的母涡-子涡机制类似。本文获得的发卡涡生成机制具有以下特点:(1)发卡涡在足够强的流向涡之间与剪切层相互作用搭接形成;(2)流向涡与最终产生的发卡涡强度依赖于初始条带强度和给定的扰动幅值,在一定范围内随着条带强度和扰动幅值的增加发卡涡的强度也越强;(3)由流向涡对产生的发卡涡是不对称的,发卡涡列沿准流向排布;(4)在形成发卡涡的同时,由于条带失稳及发卡涡自身诱导,伴随着准流向涡及展向涡的生成。

关键词：最小槽道 DNS 条带失稳发卡涡

来源： cnki会议评论

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cnki会议

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上海交通大学学报 2021年第8期55卷 942-948页

作者：金龙易仕和霍俊杰刘小林牛海波国防科技大学空天科学学院长沙410073

采用纳米粒子示踪的平面激光散射(NPLS)技术研究了马赫数为3.0条件下,不同高度和不同数量的圆柱型粗糙元诱导的边界层转捩过程.获得了超声速流动中圆柱型粗糙元诱导的边界层的流向和展向精细流场结构.观察到了粗糙元尾迹边界层的发展过... 详细信息

采用纳米粒子示踪的平面激光散射(NPLS)技术研究了马赫数为3.0条件下,不同高度和不同数量的圆柱型粗糙元诱导的边界层转捩过程.获得了超声速流动中圆柱型粗糙元诱导的边界层的流向和展向精细流场结构.观察到了粗糙元尾迹边界层的发展过程,再附后的边界层将在一定范围内保持稳定.同时,在边界层发展过程中观测到了清晰的发卡涡结构.利用分形理论对边界层NPLS图像进行定量分析,获得了几种情况下边界层转捩的位置.研究结果表明,多个粗糙元间的相互作用能够抑制边界层的转捩以及尾迹中发卡涡的演化.然而,当两侧粗糙元高于中间的粗糙元时,粗糙元间的相互影响对于尾迹边界层发展的抑制作用反而不明显.

关键词：粗糙元发卡涡纳米粒子示踪的平面激光散射技术分形维数

不同射流角下等离子体激励对平板气膜冷却影响的数值研究

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航空动力学报 2017年第9期32卷 2088-2094页

作者：李国占刘华坪陈浮李林熹宋彦萍哈尔滨工业大学能源科学与工程学院哈尔滨150001

采用大涡模拟(LES)方法对有/无等离子体激励条件下不同射流角时的平板气膜冷却流场进行了对比研究。结果表明:随着射流角的增大,冷却射流对主流的穿透率与气膜孔下游回流区的范围增大,发卡涡的强度及其抬升射流的能力增强并远离壁面,导... 详细信息

采用大涡模拟(LES)方法对有/无等离子体激励条件下不同射流角时的平板气膜冷却流场进行了对比研究。结果表明:随着射流角的增大,冷却射流对主流的穿透率与气膜孔下游回流区的范围增大,发卡涡的强度及其抬升射流的能力增强并远离壁面,导致气膜冷却效率降低,但射流角为90°时部分低能冷却流体会进入回流区引起气膜冷却效率升高,故气膜冷却效率在射流角为35°时最大,在射流角为60°时最小;等离子体激励削弱了冷却射流对主流的穿透率,其下拉诱导作用也使得发卡涡头部受到的库塔-儒科夫斯基升力以及水平涡腿间的相互诱导力减小,抑制了发卡涡的发展并促使其破碎为近壁条带结构,从而提高了气膜冷却效率,且射流角越小,上述作用效果越明显,当射流角为35°时中心线气膜冷却效率提高了55%。

关键词：大涡模拟(LES) 等离子体激励气膜冷却射流角肾形涡发卡涡冷却效率

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脉冲横向射流的大涡模拟

航空动力学报 2013年第1期28卷 143-150页

作者：史万里葛宁南京航空航天大学能源与动力学院南京210016

为了研究脉冲气膜冷却的流动特性,采用基于高阶对称加权本质无振荡(WENO)-Roe格式和隐式牛顿迭代时间推进、动态亚格子模型和预处理技术下的大涡模拟(LES)计算方法,对吹气比为1.0下的斜管横向射流进行了稳态和脉冲两种不同工况下的数值... 详细信息

为了研究脉冲气膜冷却的流动特性,采用基于高阶对称加权本质无振荡(WENO)-Roe格式和隐式牛顿迭代时间推进、动态亚格子模型和预处理技术下的大涡模拟(LES)计算方法,对吹气比为1.0下的斜管横向射流进行了稳态和脉冲两种不同工况下的数值模拟.计算结果显示了射流流场中存在发卡涡结构,研究表明射流孔进口位置的脉冲改变了射流出口拟序结构,即改变了射流与主流的掺混过程.

关键词：脉冲射流气膜冷却大涡模拟发卡涡拟序结构

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定常等离子体强化气膜冷却效果的数值研究

高电压技术 2017年第12期43卷 4013-4019页

作者：李国占刘华坪陈浮李林熹宋彦萍哈尔滨工业大学能源科学与工程学院哈尔滨150001

为获得等离子体气动激励提高气膜冷却效率的物理机制,基于等离子体唯象模型运用大涡模拟方法开展了等离子体控制平板气膜冷却流动的仿真计算,研究了激励器位置和数目对等离子体提高气膜冷却效率的影响。结果表明:激励器越靠近气膜孔出口... 详细信息

为获得等离子体气动激励提高气膜冷却效率的物理机制,基于等离子体唯象模型运用大涡模拟方法开展了等离子体控制平板气膜冷却流动的仿真计算,研究了激励器位置和数目对等离子体提高气膜冷却效率的影响。结果表明:激励器越靠近气膜孔出口,冷却射流在等离子体下拉诱导作用下其中心轨迹越贴近壁面,气膜孔出口气流受到的影响越明显,当激励器布置在x/d=0时射流出口最大流向与法向速度增大了10%和3%左右,而气膜孔前缘附近的法向速度约减小了2%,从而削弱了射流迎风面上冷、热气流的掺混以及降低了肾形涡的强度及其抬升射流的能力,使得中心线气膜冷却效率约提高了40%;同单个激励器相比,当采用2个激励器时冷却射流因再次受激励器的下拉诱导与流向加速作用而更加贴近壁面,其向下游延伸的能力进一步增强,同时促使气膜孔下游的大尺度发卡涡破碎成小尺度近壁条带结构而抑制了冷、热气流的掺混,从而平板中心线和展向平均气膜冷却效率分别提高了17%和40%左右;此外,相同激励强度条件下合理分配激励器数目可有效提高等离子体改善气膜冷却效果的性能。

关键词：气膜冷却等离子体平板气膜冷却效率大涡模拟发卡涡