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空间发展光滑圆管流动转捩的直接数值模拟

本文使用直接数值模拟(DNS)方法,通过谱方法结合嵌边法求解非线性的Navier-Stokes方程,来研究由圆管壁面引入的周期性吹吸(PSB)扰动作用下,圆管流动沿流向的空间演化规律及其相应的时间演化过程。本文计算中流动的雷诺数选定为3000,PSB扰动的周向波数选定为1,扰动频率选定为0.5,扰动宽度选定为。在这一组参数下,本文研究了不同扰动幅值的PSB扰动作用下圆管流动的转捩过程,首次给出圆管流动从层流转捩到湍流的时空演化全过程,发现了圆管流动的二次转捩现象,并进一步揭示了发卡涡是圆管流动转捩中的主要结构,流动的转捩过程与发卡涡的演化直接相关。此外,发卡涡与圆管流动中的高剪切层结构以及尖峰密切关联。在一定幅值的PSB弱扰动作用下,圆管流动中出现一系列发卡涡,发卡涡前缘处环形涡的形成、扩散和破裂以及发卡涡头部的破碎导致了流动的第一次失稳,产生塞流结构。塞流结构由于得不到来自上游的持续扰动激励,而其自身不具有维持其空间位置的能  (本文共108页) 本文目录 | 阅读全文>>

《中国电机工程学报》2017年16期
中国电机工程学报

基于转捩模型Phase VI风力机气动特性数值计算

Science Foundation)(SBK201340780).轮的转矩、叶片表面压力系数以及表面流线,并与S?rensen计算结果、风洞试验数据进行对比。转矩对比结果表明,转捩模型计算结果与试验值吻合良好,最大误差为7.8%;SST湍流模型最大误差为24.3%;S?rensen计算最大误差为33.4%,误差主要发生在叶片失速风速区域。在大部分叶片截面,转捩模型的表面压力系数结果与试验值更加吻合。从叶片表面流线看出,转捩模型可以反映出叶片表面转捩现象,而湍流模型无法体现。0引言风力机气动性能预测方法有叶素动量理论、涡尾迹、计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)等。为检验这些方法预测精度和可靠性,2000年美国可再生能源实验室(national renewable energylaboratory,NREL)在24.4m×36.6m风洞中对20k W双叶片Phase VI风力机进行了1...  (本文共9页) 阅读全文>>

《推进技术》2017年09期
推进技术

高超声速进气道钻石型强制转捩装置的转捩准则研究

1引言为了减少吸气式高超声速飞行器前体/进气道流动分离,提高抗逆压的能力,便于进气道起动和超燃冲压发动机正常工作,通常采用在前体安装强迫转捩装置,以使流动转变为湍流。美国X-43A的飞行试验证明:沿飞行弹道的主要部分,在进气道上都实现了强制转捩,没有强制转捩的进气道背面保持层流状态。风洞试验和数值计算表明:层流在进气道压缩面的拐角附近和隔离段入口激波反射区产生比较大的分离区,严重时将导致进气道的不起动,使飞行试验失败[1]。Berry[2]总结指出:高超声速前体/进气道的强制转捩有以下作用:(1)减少层流的流动分离,提高质量捕获率和燃料混合[3];(2)实现从缩尺飞行器到全尺寸飞行器试验结果的推广;(3)实现从风洞试验到飞行试验的推广。因此,需要研究影响转捩的因素,并可靠预测转捩发生的位置。转捩[4,5]的理论预测模型可以分为转捩准则[6~8]、基于稳定性理论的方法、基于Reynold平均的低Reynolds数湍流模型、考虑间歇...  (本文共7页) 阅读全文>>

《空气动力学学报》2017年03期
空气动力学学报

高超声速边界层转捩研究现状与发展趋势

0引言边界层转捩通常是指边界层流动由层流状态发展为湍流状态的过程,是一个多因素耦合影响的强非线性复杂流动物理现象。转捩问题是经典力学遗留的少数基础科学问题之一,与湍流问题一起被称为“百年(或世纪)难题”。边界层转捩在工业部门具有广泛的应用背景,这主要是因为层流流动和湍流流动在摩擦阻力、噪声、热交换和掺混等方面有巨大差别,比如湍流摩阻和热流通常是层流的3-5倍[1],且随着马赫数增加,热流增加量更为可观。转捩对飞行器设计的影响是多方面的,可带来有利影响和不利影响[2]。有利的一面是,湍流有利于克服流动分离,能够增强流体掺混,因而能够用来提高燃烧效率,提高发动机性能。例如超燃冲压发动机入口前添加转捩装置可以促进流动从层流转捩成湍流,进而提高发动机效率、防止发动机不启动。转捩的不利影响包括引起摩阻增加,产生气动光学效应,降低飞行器稳定性(比如横侧稳定性[3-5]),引起热流成倍增加等。因此,开展转捩机理以及转捩预测与控制等方面的研究,...  (本文共27页) 阅读全文>>

《水利学报》2017年08期
水利学报

基于转捩SST模型的钝尾缘水翼绕流数值计算与分析

2.北京市供水管网系统安全与节能工程技术研究中心,北京100083)1研究背景水力机械叶片表面的流动转捩,直接影响叶片升阻力、尾涡脱落频率等宏观流动特征及机组的水力性能。水翼是水力机械叶片的简化模型,在低湍流度自由来流条件下,光滑水翼壁面边界层存在从层流到湍流的自然转捩[1],因此,构建适合水翼绕流边界层转捩计算模型,研究钝尾缘水翼边界层转捩及尾涡脱落特性,对研究水力机械导叶及叶片尾迹流动、揭示叶片尾涡诱导的压力脉动特征等具有重要参考意义。数值模拟是研究水翼绕流特性的重要手段。SST(Shear Stress Transport)k-ω模型较有效考虑了流线曲率及逆压梯度效应的影响[2],可以求解近壁区的低雷诺数流动,并能较好预测流动分离,在水翼绕流计算及尾涡动力学特性分析中得到了较广泛应用[3-4]。但该模型不能基于流场的当地化变量来反映边界层的转捩过程,在水翼边界层转捩的流动预测中,具有明显的局限性[5-6]。为了提升转捩的预...  (本文共9页) 阅读全文>>

《航空科学技术》2015年10期
航空科学技术

固定转捩和自由转捩流动预测方法验证

瞿丽霞*,白文中国航空研究院航空数值模拟技术研究应用中心,北京100012转捩现象是流体运动中的重要物理现象,从流动中扰动波各种不稳定模态的发展导致层流失稳开始的。对于边界层流动,湍流的不规则运动导致流动的阻力增加,使得边界层流动中,湍流区壁面摩擦阻力、热流量都远远大于层流区的值。因此,边界层流动的转捩求解对先进航空航天飞行器、船舶以及高速列车的气动设计等十分重要。特别是在飞行器设计过程中,由于边界层转捩现象对流场的特性有着重要的影响,能否确定边界层转捩位置直接影响了气动力特性预测的准确性。流动转捩预测方法大致分为经验准则、稳定性分析理论和CFD转捩模型等三类。目前,用得较多的CFD转捩模拟方法是考虑间歇性的γ-Reθt系列转捩模型。早在1958年,Dhawan&Narasimha等[1]学者就引入了基于间歇因子的转捩预测方法,之后出现了大量间歇因子的转捩预测方法,但是这些间歇因子方法也需要积分动量厚度,难以与现代CFD方法相匹...  (本文共5页) 阅读全文>>