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尾迹撞击平板诱发旁路转捩前期拟序结构的实验研究

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中国科学：技术科学 2012年第11期42卷 1255-1263页

作者：吴鋆潘翀李天北京航空航天大学流体力学研究所流体力学教育部重点实验室北京100191 中国一航沈阳飞机设计研究所沈阳110035

通过水槽氢气泡流动显示和PIV实验研究了圆柱尾迹与平板前缘发生直接撞击后平板边界层旁路转捩特性,包括边界层旁路转捩前期拟序结构演化及其对流场统计特性影响.结果表明,尾迹撞击平板后能在平板上表面近壁区生成尺度较小展向涡;这些... 详细信息

通过水槽氢气泡流动显示和PIV实验研究了圆柱尾迹与平板前缘发生直接撞击后平板边界层旁路转捩特性,包括边界层旁路转捩前期拟序结构演化及其对流场统计特性影响.结果表明,尾迹撞击平板后能在平板上表面近壁区生成尺度较小展向涡;这些展向涡或者是尾迹涡被平板前缘切割后在近壁区残留部分,或者是由过前缘尾迹涡所诱生成.近壁区展向涡生成使边界层内流向速度脉动最大值在早期即出现快速增长.另一方面,尾迹对平板撞击作用主要体现在圆柱尾迹中发辫涡结构在流经平板前缘时被撕裂,受RDT机制作用在流向上被迅速拉伸形成近壁区流向涡.其后取代展向涡与条带一起成为近壁区主要流动结构,使流向速度脉动最大值出现二次增长.实验中转捩前期近壁区流体同时感受二维动和三维动,使转捩进程相比于尾迹与边界层不发生直接撞击时更加快速.

关键词：圆柱尾迹平板边界层旁路转捩拟序结构

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壁面扰动对超声速湍流边界层拟序结构的影响研究

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Acta Mechanica Sinica 2023年第12期39卷 52-70页

作者：余明周清清粟虹敏郭启龙袁先旭 State Key Laboratory of Aerodynamics Mianyang 621000 China

本文研究了壁面扰动对来流马赫数为2.0的超声速湍流边界层中相干结构和湍流输运的影响.通过对直接数值模拟数据的分析,本文讨论了与动量和热传输相关的物理量的瞬时分布和谱特性.研究发现,壁面扰动在增强动量和热传输方面发挥重要作用,... 详细信息

本文研究了壁面扰动对来流马赫数为2.0的超声速湍流边界层中相干结构和湍流输运的影响.通过对直接数值模拟数据的分析,本文讨论了与动量和热传输相关的物理量的瞬时分布和谱特性.研究发现,壁面扰动在增强动量和热传输方面发挥重要作用,其在近壁区域引起了与壁面扰动波长及其谐波长度尺度的能量湍流脉动.同时,壁面扰动也激发了大尺度运动,其长度尺度为湍流边界层厚度,这是由壁面扰动和某些尺度的湍流运动之间的非线性相互作用所致.壁面扰动还引起了较强的密度和压力脉动,通过改变声速面而穿透边界层,保持等熵的特性向自由流辐射.在此过程中,稳态壁面扰动被湍流扭曲,从而具有了多尺度和多频率的特征.

关键词：湍流边界层非线性相互作用拟序结构直接数值模拟相干结构瞬时分布热传输湍流运动

粗糙壁面湍流边界层流动和拟序结构的大涡模拟研究

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工程热物理学报 2008年第5期29卷 795-798页

作者：杨帆张会强王希麟清华大学航天航空学院北京100084

采用LES方法和虚拟粗糙元模型,模拟了Re_τ=180有粗糙壁面的充分发展槽道湍流流动.从流向平均速度、脉动速度均方根、雷诺剪切应力、脉动速度相关,以及瞬时近壁准流向涡结构等多个方面,对粗糙壁面湍流边界层流动和拟序结构进行了分析。... 详细信息

采用LES方法和虚拟粗糙元模型,模拟了Re_τ=180有粗糙壁面的充分发展槽道湍流流动.从流向平均速度、脉动速度均方根、雷诺剪切应力、脉动速度相关,以及瞬时近壁准流向涡结构等多个方面,对粗糙壁面湍流边界层流动和拟序结构进行了分析。结果表明,粗糙壁面处雷诺剪切应力、脉动速度均方根以及近壁条带平均距离和准流向涡尺度都大于光滑壁面,且随着粗糙元高度的增加这种趋势更加明显.本工作为进一步研究颗粒在近壁区域的弥散规律奠定了基础.

关键词：大涡模拟粗糙壁面湍流拟序结构

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城垛形喷口圆湍射流拟序结构的流动显示

清华大学学报（自然科学版） 2004年第2期44卷 248-251页

作者：容易张会强王希麟清华大学工程力学系北京100084

用流动显示的方法研究了城垛形喷口对圆湍射流拟序结构的影响。实验中喷口流动Reynolds数为5000,Strouhal数为0.50。实验结果表明:城垛形喷口能够影响圆湍射流中大涡结构的产生和演化,进而控制湍射流。无动态激励时,该喷口对射流中拟序... 详细信息

用流动显示的方法研究了城垛形喷口对圆湍射流拟序结构的影响。实验中喷口流动Reynolds数为5000,Strouhal数为0.50。实验结果表明:城垛形喷口能够影响圆湍射流中大涡结构的产生和演化,进而控制湍射流。无动态激励时,该喷口对射流中拟序结构的影响与垛口数目和垛口高度有关。有动态激励时,城垛形喷口和声波扰动一起,在促进大涡结构的产生和演化方面,总是相互加强的。因此,城垛形喷口是控制圆湍射流拟序结构的一个有效途径。

关键词：圆湍射流城垛形喷口激励流动显示拟序结构大涡结构

展向不同间距壁面粗糙元对近壁湍流拟序结构的影响

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实验流体力学 2010年第5期24卷 83-87页

作者：卢浩王兵张会强王希麟清华大学北京市3E能源重点实验室航天航空学院北京100084

采用氢气泡流动显示技术,研究了壁面不同展向间距粗糙元对近壁湍流拟序结构的影响。实验中粗糙元布置在氢泡丝前,其间距按如下两种排列设置:粗糙元直径的0、1和3倍,等间距1、2和4cm;每种情况粗糙元直径均为2.3、4和6mm。基于平均流速和... 详细信息

采用氢气泡流动显示技术,研究了壁面不同展向间距粗糙元对近壁湍流拟序结构的影响。实验中粗糙元布置在氢泡丝前,其间距按如下两种排列设置:粗糙元直径的0、1和3倍,等间距1、2和4cm;每种情况粗糙元直径均为2.3、4和6mm。基于平均流速和水力直径的流动雷诺数从14000到48000变化。实验观测了光滑壁面和粗糙元壁面的近壁湍流拟序结构条带特征。发现:对于两种不同排列,相同雷诺数和相同粗糙元间距条件下条带有量纲间距均随着粗糙元直径增大而减小,条带有量纲高度均随粗糙元直径的增大而增大;相同雷诺数和相同直径粗糙元条件下条带有量纲间距均随着展向间距增大而增大,条带有量纲高度均随展向间距的增大而减小。粗糙元壁面湍流条带有量纲间距均比光滑壁面小,条带有量纲高度均比光滑壁面大。研究结果对近壁湍流的流动控制具有重要指导意义。

关键词：壁湍流拟序结构粗糙元氢气泡流动显示

来流边界层拟序结构对超声速混合层流场结构的影响研究

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实验流体力学 2011年第5期25卷 6-9页

作者：张红朝赵玉新易仕和杨涛国防科技大学航天与材料工程学院长沙410073

超声速混合层涉及可压缩湍流的根本问题,具有重要的应用背景。通过设计超声速混合层实验装置、应用新近提出的高分辨率NPLS测试技术,拍摄了来流边界层分别为层流和湍流流态下混合层的流向和展向流动图像。根据流动图像的特征,分析了混... 详细信息

超声速混合层涉及可压缩湍流的根本问题,具有重要的应用背景。通过设计超声速混合层实验装置、应用新近提出的高分辨率NPLS测试技术,拍摄了来流边界层分别为层流和湍流流态下混合层的流向和展向流动图像。根据流动图像的特征,分析了混合层的流向与展向流场切面中拟序结构的成因;深入讨论了来流边界层中拟序涡结构与混合层涡结构的相互作用问题;比较了层流和湍流来流条件下混合层拟序结构的异同及其对混合效率的影响。结果表明:当来流边界层为湍流时,对应的混合层具有较高的混合效率。

关键词：边界层超声速混合层拟序结构湍流

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超声速边界层转捩拟序结构大涡模拟

宇航学报 2006年第3期27卷 498-502页

作者：潘宏禄马汉东王强航天空气动力技术研究院北京100074

针对超声速边界层转捩问题,以五阶迎风和六阶对称紧致格式数值求解三维可压缩滤波Navier-Stokes方程,对马赫数4.5,雷诺数10000的空间发展超声速平板边界层的谐波扰动转捩问题进行了大涡模拟。时间推进采用紧致存储三阶Runge-Kutta方法,... 详细信息

针对超声速边界层转捩问题,以五阶迎风和六阶对称紧致格式数值求解三维可压缩滤波Navier-Stokes方程,对马赫数4.5,雷诺数10000的空间发展超声速平板边界层的谐波扰动转捩问题进行了大涡模拟。时间推进采用紧致存储三阶Runge-Kutta方法,亚格子尺度模型为修正Smagorinsky涡粘性模型。通过入口叠加一对线性最不稳定第一模态斜波扰动的方法,得到了从线性/弱非线性扰动增长、交替Λ涡结构出现到演化为发卡涡的转捩过程;针对剪切层结构等现象,给出了该转捩拟序运动的详细讨论。比较显示,转捩结构及摩擦系数曲线等同理论分析吻合。

关键词：超声速边界层转捩拟序结构大涡模拟

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一种强化传热管内拟序结构的大涡模拟

工程热物理学报 2019年第10期40卷 2402-2406页

作者：余颖刘鹏郑年本覃思洋单峰华中科技大学能源与动力工程学院

湍流普遍存在于工业应用中,研究表明,看似杂乱无章的湍流中存在着大量周期性出现的拟序结构,这些拟序结构对传热传质具有主导作用。本文利用大涡模拟研究了一种内置涡杆的强化传热管在湍流状态下的流动与换热性能。利用本征正交分解提... 详细信息

湍流普遍存在于工业应用中,研究表明,看似杂乱无章的湍流中存在着大量周期性出现的拟序结构,这些拟序结构对传热传质具有主导作用。本文利用大涡模拟研究了一种内置涡杆的强化传热管在湍流状态下的流动与换热性能。利用本征正交分解提取流场中的拟序结构,结果表明,内置涡杆的结构能使强化传热管内流场产生多对大尺度纵向涡结构。

关键词：湍流拟序结构大涡模拟强化传热

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开缝钝体尾迹的拟序结构

计算力学学报 2006年第1期23卷 118-123页

作者：杜一庆钱壬章张孝春尚守堂游庆江华中科技大学能源与动力工程学院武汉430074 沈阳发动机设计研究所

弄清开缝钝体尾迹的拟序结构是认识其火焰稳定机理的基础。在雷诺数R e为470000条件下,采用RNGk-ε模型对通道内的开缝钝体尾迹进行数值模拟来分析大涡尺度的拟序结构。模拟结果显示,偏向一侧的中缝流将近尾分成主回流区和次回流区,主... 详细信息

弄清开缝钝体尾迹的拟序结构是认识其火焰稳定机理的基础。在雷诺数R e为470000条件下,采用RNGk-ε模型对通道内的开缝钝体尾迹进行数值模拟来分析大涡尺度的拟序结构。模拟结果显示,偏向一侧的中缝流将近尾分成主回流区和次回流区,主回流区的漩涡脱落激发扰动,引起近尾的绝对不稳定。并提出单涡突然置于两剪切层间的漩涡脱落机理来解释拟序结构不稳定特性。为了验证上述结论,在闭式风洞中采用激光粒子测速技术(P IV)对开缝钝体的尾迹进行了实验研究,其结果与数值分析较好地吻合。

关键词：钝体尾迹拟序结构漩涡脱落