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壁湍流中猝发现象的一个简单模型

壁湍流中猝发现象的一个简单模型

第九届全国流体力学学术会议

作者：苏卫东湍流与复杂系统国家重点实验室北京大学工学院力学与工程科学系

普遍认为,壁湍流中的猝发现象是产生湍流脉动和雷诺应力的主要机制。近壁流体条带的缓慢抬升、振荡和突然破碎产生了强烈的速度脉动,对其机理的认识离不开对近壁区马蹄涡结构演化过程的观察和分析。目前虽已有大量的实验和直接数值模拟... 详细信息

普遍认为,壁湍流中的猝发现象是产生湍流脉动和雷诺应力的主要机制。近壁流体条带的缓慢抬升、振荡和突然破碎产生了强烈的速度脉动,对其机理的认识离不开对近壁区马蹄涡结构演化过程的观察和分析。目前虽已有大量的实验和直接数值模拟研究,但对近壁湍流的结构和动力学尚未形成所有细节上的共识,特别是对马蹄涡头部突然加速和破碎的机理还没有很好的理解。本文尝试根据一种粘性剪切流背景中涡丝动力学的简化卡通模型,通过对马蹄涡头部速度随时间演化的分析,对猝发现象的成因进行粗浅的解释。模型采用局部自诱导近似和诱导速度方向不变性假设等。与以往模型不同的是,其中特别考虑了可能的边界层中涡量扩散机制导致的马蹄涡丝环量增强效应。在这些假设下,获得了马蹄涡头部速度演化的两个常微分方程,在此基础上我们对解进行了近似分析。结果表明,马蹄涡头部演化最终阶段的规律与边界层平均流向速度型密切相关。如果对缓冲层速度剖面采用幂次律近似,则可能导致有限时间奇异性的爆破现象。虽然由于实际流体的粘性和耗散机制,这种爆破现象只能是理想模型的结果,但却对我们理解猝发的本质有一定的帮助。

关键词：湍流边界层猝发现象马蹄涡演化奇异性

来源： cnki会议评论

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多尺度B-Z荡系统中的猝发现象及其机理

多尺度B-Z荡系统中的猝发现象及其机理

中国力学学会学术大会'2009

作者：毕勤胜江苏大学理学院

研究了一类典型的多时间尺度Belousov-Zhabotinsky(BZ)反应的动力学行为,得到了与实验结果吻合良好的动力学演化过程,给出了各种不同的诸如周期、混沌等不同的猝发现象。分析了猝发现象中连接

关键词： Belousov-Zhabotinsky反应多时间尺度猝发现象分岔机制混沌

来源： cnki会议评论

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利用子波分析对平壁湍流猝发现象的研究

力学学报 2001年第2期33卷 153-162页

作者：李栎许春晓张兆顺清华大学工程力学系北京100084

利用槽道湍流直接数值模拟的数据库，采用于波分析的方法，对平壁湍流猝发现象的多尺度特性进行了研究，在不同尺度上对猝发平均周期进行了统计，并利用局部标度指数研究了猝发过程的奇异性。

关键词：湍流猝发现象子波分析

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植物条件下明渠紊流拟序结构的可视化研究

四川大学学报（工程科学版） 2016年第2期48卷 21-27页

作者：闫静戴坤唐洪武陈扬张明河海大学水利水电学院江苏南京210098 河海大学水文水资源与水利工程科学国家重点实验室江苏南京210098 广东粤港供水有限公司广东深圳518021

运用数字图像处理及流动显示技术,对植物条件下明渠紊流拟序结构进行了初步研究。实验结果表明,植物改变了明渠的紊流结构,与无植物条件相比存在明显差异。根据拟序结构特性,流动可以划分为3个区域:植物内层区,弱猝发现象与类卡门涡街... 详细信息

运用数字图像处理及流动显示技术,对植物条件下明渠紊流拟序结构进行了初步研究。实验结果表明,植物改变了明渠的紊流结构,与无植物条件相比存在明显差异。根据拟序结构特性,流动可以划分为3个区域:植物内层区,弱猝发现象与类卡门涡街综合作用,尾流涡结构受植物直径及排列方式影响大;植物顶部附近区,紊流结构复杂、结构变化快,同时存在壁面边界层中的猝发现象及自由混合层中大涡配对现象,猝发周期与流速负相关,涡平均渗透深度与流速和淹没度正相关;植物外层区,与明渠外区类似,表现为涡体拉伸及紊流的间歇性。各区紊流拟序结构各不相同,但却相互作用、相互影响。

关键词：流动显示植物明渠紊流拟序结构猝发现象涡结构

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平底光面明渠中紊流猝发的特性研究

水动力学研究与进展（A辑） 2002年第4期17卷 413-421页

作者：毛野杨华袁新明吉庆丰河海大学水电学院江苏南京210098 扬州大学江苏扬州225002

在保持循环水槽底部平整和表面光滑仅改变流速的条件下进行了系统的实验研究 ,重点研究了雷诺数ReR 对紊流猝发的形态和特性的影响。采用流场综合分析法将流动显示与计算机图像处理相结合 ,与常用的点流速条件检测猝发现象相比有了明显... 详细信息

在保持循环水槽底部平整和表面光滑仅改变流速的条件下进行了系统的实验研究 ,重点研究了雷诺数ReR 对紊流猝发的形态和特性的影响。采用流场综合分析法将流动显示与计算机图像处理相结合 ,与常用的点流速条件检测猝发现象相比有了明显改进 ,有利于加深对明渠紊流猝发的认识。PIV激光片光源频闪技术拍摄的猝发系列照片生动展示了明渠紊流流场的猝发特性 ,可用于直接分析 ;再经过计算机图像处理后可绘制流速矢量场图并进行相关计算分析。试验表明猝发喷射角约为 4 0°～ 6 0°,雷诺数ReR 增大会使喷射角略有增加 ;猝发喷射高度约可达到边界层名义厚度的 1/4～ 1/3高度。雷诺数ReR 增大明显增加了多头群体喷射现象 ,无量纲猝发周期加大 ,喷射尺度和清扫尺度也有增大趋势。对试验的分析表明雷诺数ReR 对明渠中紊流猝发的特性有重要影响 ,增大ReR

关键词：紊流拟序结构猝发现象明渠水流 PIV

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沙波附近紊流拟序结构特性初步研究

河海大学学报（自然科学版） 2002年第5期30卷 56-61页

作者：毛野张志军袁新明刘超河海大学水利水电工程学院江苏南京210098 扬州大学水利与建筑工程学院江苏扬州225009

在底部为定床沙波的循环水槽中采用流场综合分析法将流动显示与计算机图像处理相结合进行系统实验研究 ,重点研究了紊流猝发形态和特性 .分析表明 :沙波床面对明渠紊流拟序结构的特性有重要影响 .水流在沙波坡顶分离 ,沙波周围高于沙波... 详细信息

在底部为定床沙波的循环水槽中采用流场综合分析法将流动显示与计算机图像处理相结合进行系统实验研究 ,重点研究了紊流猝发形态和特性 .分析表明 :沙波床面对明渠紊流拟序结构的特性有重要影响 .水流在沙波坡顶分离 ,沙波周围高于沙波顶部的流区为自由紊流区 ,低于沙波顶部的流区为沙波紊流区 ;在自由紊流区典型的剪切混合层也有显著的以喷射和清扫为主要特征的猝发现象 ;在沙波紊流区的沙波迎水坡面上水流分离 ,在背水坡附近产生漩涡 ;自由紊流区与沙波紊流区之间的紊流拟序结构不同 ,它们相互作用的结果产生了特有的泡漩现象 ;

关键词：沙波明渠紊流猝发现象拟序结构泡漩漩涡

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湍流一般机理及其应用

力学进展 1992年第4期22卷 489-495页

作者：杨文熊上海交通大学工程力学系 200030

本文综述了湍流机理发展中最重要的一些文章,包括:Brown-Roshko的混合剪切层中大尺度涡的发展;Perry和Chong的湍流边界层中A形涡结构的湍流机理;以及笔者提出的关于3维湍流场中涡结构的涡量脉动对流和扩散并存的一般机理。在一般机理基... 详细信息

本文综述了湍流机理发展中最重要的一些文章,包括:Brown-Roshko的混合剪切层中大尺度涡的发展;Perry和Chong的湍流边界层中A形涡结构的湍流机理;以及笔者提出的关于3维湍流场中涡结构的涡量脉动对流和扩散并存的一般机理。在一般机理基础上建立了判别流场的准则,列举了在固壁边界附近的猝发现象并展望它的未来应用。

关键词：湍流涡量流涡对流和扩散猝发现象

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基于平均紊动结构下明渠水流流速分布研究

灌溉排水学报 2018年第8期37卷 106-114页

作者：刘晓东韩宇邱流潮于洋中国农业大学北京100083 清华大学北京100084

【目的】揭示明渠水流外区域流速分布偏离传统对数定律的潜在机理。【方法】基于猝发现象,根据雷诺纳维-斯托克斯方程推导出了描述明渠水流流速分布的改进模型,并通过多组试验工况对改进模型的准确性进行了验证。【结果】(1)该模型的分... 详细信息

【目的】揭示明渠水流外区域流速分布偏离传统对数定律的潜在机理。【方法】基于猝发现象,根据雷诺纳维-斯托克斯方程推导出了描述明渠水流流速分布的改进模型,并通过多组试验工况对改进模型的准确性进行了验证。【结果】(1)该模型的分析结果与明渠中内/外区域的流速分布均吻合较好,仅有1.1%左右的误差;(2)将试验结果与当前应用较为广泛的YL、ML和CL定律对比,这些定律预测的结果与外层区域的实测数据相比分别存在3.1%、4.5%、5.2%左右的误差。【结论】二维均匀流中存在尾流定律的原因来自于流速的上下紊动,这种紊动造成外区水流的流速微降。

关键词：流速分布明渠湍流对数定律猝发现象

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脊状表面近壁区湍流度分布规律

火力与指挥控制 2010年第6期35卷 17-20页

作者：胡海豹宋保维刘占一黄桥高西北工业大学航海学院西安710072

通过对不同风速下,不同形状、尺寸脊状表面及光滑平板表面边界层内湍流度的测试,对比分析了脊状表面近壁区湍流度的分布规律。试验在小型直流风洞中开展,流场测试中使用恒温式IFA 300智能型流动分析仪,测试模型则采用有机玻璃及铝两种... 详细信息

通过对不同风速下,不同形状、尺寸脊状表面及光滑平板表面边界层内湍流度的测试,对比分析了脊状表面近壁区湍流度的分布规律。试验在小型直流风洞中开展,流场测试中使用恒温式IFA 300智能型流动分析仪,测试模型则采用有机玻璃及铝两种材质的平板模型。在脊状表面理论零点及壁面摩擦速度的计算中,采用了基于紊流边界层对数律区流速分布公式同时计算壁面理论零点和壁面摩擦速度的改进方法。最终测试结果表明:脊状表面边界层过渡区和对数律区内湍流度与平板相比显著下降,最大降幅超过10%,证明脊状结构的存在有效减弱了壁面近壁区内"猝发现象"的发生。

关键词：脊状表面边界层湍流度风洞猝发现象