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特定湍动激励-响应类型二次非线性系统双谱分析仿真建模
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作者 沈勇 沈煜航 +5 位作者 董家齐 李佳 石中兵 宗文刚 潘莉 李继全 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2024年第18期206-219,共14页
自然界存在一类特定湍动激励类型二次非线性系统,属于一种特殊的非高斯信号系统,其特征是输入信号谱由湍流波动产生,而且这种湍流波动信号功率谱分布接近高斯分布.本文从拓展Choi等(1985 J.Sound Vib.99309]和Kim等(1987 IEEE J.Ocean.E... 自然界存在一类特定湍动激励类型二次非线性系统,属于一种特殊的非高斯信号系统,其特征是输入信号谱由湍流波动产生,而且这种湍流波动信号功率谱分布接近高斯分布.本文从拓展Choi等(1985 J.Sound Vib.99309]和Kim等(1987 IEEE J.Ocean.Eng.OE-12568)的工作入手,对以海浪激励-系泊船舶响应和充分发展湍流为代表的特定湍动激励-响应类二次非线性系统,基于双谱分析技术进行系统仿真,并对仿真系统进行了扩展的、系统的建模分析,并首次应用完备迭代法(2020 Phys.Scr.95055202)进行模型求解,计算了线性传递函数与二次非线性传递函数.所得结果均符合预期.相干分析表明,随机海浪-船舶摇动系统二次相干性远大于线性相干性,但近高斯输入型充分发展湍流的线性相干性更大.反算验证或与真实系统的对比表明,本文的湍流仿真手段与系统建模方法准确性好,求解算法效率高,可以有效应用于与湍动激励相关的二次非线性系统的模型描述与系统分析. 展开更多
关键词 湍流 二次非线性系统 双谱分析 仿真 建模
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基于等值面体的三维涡旋数量与形状特征研究
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作者 陈槐 张磊 +1 位作者 王乃茹 朱立俊 《力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第1期70-78,共9页
涡旋是湍流的基本结构,被誉为流体运动的肌腱,涡旋研究对自然探索和工程应用有重要的意义.基于直接数值模拟的槽道湍流数据与旋转强度涡旋识别方法,以涡旋三维结构等值面体(以三角网格为单位)为研究对象,通过设置三角形切面,利用两三角... 涡旋是湍流的基本结构,被誉为流体运动的肌腱,涡旋研究对自然探索和工程应用有重要的意义.基于直接数值模拟的槽道湍流数据与旋转强度涡旋识别方法,以涡旋三维结构等值面体(以三角网格为单位)为研究对象,通过设置三角形切面,利用两三角形相交快速检测算法提取涡旋多边形,研究不同等值面体阈值及壁面距离条件下,涡旋数量与形状特征(圆度、半径、凸状及纵横比因子)的变化规律.以对数区内涡旋为例:随着阈值的增加,涡旋密度呈对数律快速递减,圆度和半径因子概率密度函数(PDF)变高耸,圆度均值快速递增后保持不变而半径均值不断递减,纵横比因子PDF未显著改变且均值基本不变,凸状因子PDF向脉冲函数靠近,说明阈值增大导致涡旋逐渐变少、变圆、变小并更饱满.在同一阈值下,随着壁面距离的增加,涡旋密度在外区(除靠近水面区域外)也呈对数律递减,圆度、纵横比及凸状因子先快速增加随后不变或缓慢增长,半径因子快速递减后保持不变,说明涡旋在远离壁面的过程中在不断破灭但形态却较为稳定. 展开更多
关键词 等值面体 涡旋 数量 形状因子 阈值 壁面距离
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湍流的多尺度效应与统计理论
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作者 刘沛清 《力学与实践》 2024年第4期895-900,共6页
湍流是一种由不同尺度、不同频率组成的不规则涡结构引起的随机现象。研究表明,在湍流脉动过程中虽然存在湍涡的多尺度效应及其演变,但两种尺度的涡最为重要,一种是与时均流动发生相互作用的大尺度涡,这类涡通过时均剪切作用,从时均流... 湍流是一种由不同尺度、不同频率组成的不规则涡结构引起的随机现象。研究表明,在湍流脉动过程中虽然存在湍涡的多尺度效应及其演变,但两种尺度的涡最为重要,一种是与时均流动发生相互作用的大尺度涡,这类涡通过时均剪切作用,从时均流动中源源不断地提取能量以维持湍流的脉动;另一种是小尺度的耗散涡,这类涡与黏性尺度同量级,它们通过黏性而耗散湍流脉动。本文详细分析了湍涡的多尺度效应及其演变、大涡和小涡的量级比较,并在此基础上,阐述了湍流中任意两点脉动速度的相关性和频谱分布特性,以便为初学者提供参考。 展开更多
关键词 湍涡 多尺度效应 脉动速度 能谱分布
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壁湍流等动量区空间分布的实验研究 被引量:1
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作者 程肖岐 范子椰 +2 位作者 唐湛棋 白建侠 姜楠 《实验流体力学》 CAS CSCD 北大核心 2024年第4期21-28,共8页
为深入探索湍流边界层等动量区的空间分布特性,使用大视场粒子图像测速仪在水洞中测量了平板湍流边界层流向–法向(x–y)平面内的速度矢量场。通过计算流向速度的概率密度函数,得到不同时刻和空间位置的等动量区分布,分析不同数量的等... 为深入探索湍流边界层等动量区的空间分布特性,使用大视场粒子图像测速仪在水洞中测量了平板湍流边界层流向–法向(x–y)平面内的速度矢量场。通过计算流向速度的概率密度函数,得到不同时刻和空间位置的等动量区分布,分析不同数量的等动量区沿流向的持续距离及出现频率。不同等动量区数量下,其对应的流向持续距离和流向间隔具有显著差异。当等动量区数量与其平均值相近时,等动量区在流向的持续距离较长,且流向间隔较小、出现频率较大;当等动量区数量与其平均值相差较大,其对应的流向持续距离较短,且流向间隔较大、出现频率较低。 展开更多
关键词 等动量区 湍流边界层 粒子图像测速 相干结构 空间分布
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超临界压力流体管内湍流对流传热的计算方法
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作者 毛宇飞 曹飞 上官燕琴 《化工学报》 EI CSCD 北大核心 2024年第8期2821-2830,共10页
将边界层积分方法应用于管内变物性湍流流动导出了剪切应力的分布方程,基于该方程可以对超临界压力流体的对流传热行为做出合理的定性解释。对于加热条件下的传热工况,结合“热可压缩”状态流体密度的变化,引入浮力阻力系数表征热流方... 将边界层积分方法应用于管内变物性湍流流动导出了剪切应力的分布方程,基于该方程可以对超临界压力流体的对流传热行为做出合理的定性解释。对于加热条件下的传热工况,结合“热可压缩”状态流体密度的变化,引入浮力阻力系数表征热流方向上的“浮力效应”,引入加速阻力系数表征流动方向上的“加速效应”。根据边界层理论和动量-热量传递比拟法导出了新型传热关联式,该关联式将不可压缩流体和热可压缩流体的管内湍流对流传热计算统一起来。应用关联式预测不同超临界流体的管内湍流对流传热系数,计算结果与实验数据的比较表明:关联式能较为准确合理地预测出大部分传热工况下的传热强化和传热恶化行为,其预测精度与摩擦阻力系数的计算有关。 展开更多
关键词 超临界流体 湍流 对流 传热 热可压缩 关联式
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海洋盐度对水下航行器热尾流行为的影响
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作者 吴霆锋 杜永成 +2 位作者 杨立 王保霖 张泽华 《哈尔滨工程大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第1期182-188,共7页
针对海洋中的盐度环境对于水下航行器热尾流浮升扩散的影响,本文基于重叠网格技术,建立了水下航行器热尾流三维模型,分别对热尾流在均匀盐度与分层盐度环境下的浮升扩散过程进行了数值模拟,采用浮频率数表征盐度环境特征,研究了海洋盐... 针对海洋中的盐度环境对于水下航行器热尾流浮升扩散的影响,本文基于重叠网格技术,建立了水下航行器热尾流三维模型,分别对热尾流在均匀盐度与分层盐度环境下的浮升扩散过程进行了数值模拟,采用浮频率数表征盐度环境特征,研究了海洋盐度对于热尾流的影响。结果表明:盐度分层环境对潜艇冷却水浮升具有明显抑制作用,该环境下海面温度特征随盐度梯度的增大而减弱。 展开更多
关键词 热尾流 海洋盐度 重叠网格技术 温度场 浮升扩散 水下航行器
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非定常流场时程重构的深度学习方法
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作者 战庆亮 白春锦 +1 位作者 吴智虎 葛耀君 《船舶力学》 EI CSCD 北大核心 2024年第3期319-327,共9页
高分辨率的流场数据对流动问题的研究具有重要意义。受测量方法、计算效率等多因素限制,高分辨率流场的直接获取仍有一定困难。本文基于流场时程数据的低维表征模型,提出非定常流动时程数据重构的深度学习方法。该方法直接面向样本时程... 高分辨率的流场数据对流动问题的研究具有重要意义。受测量方法、计算效率等多因素限制,高分辨率流场的直接获取仍有一定困难。本文基于流场时程数据的低维表征模型,提出非定常流动时程数据重构的深度学习方法。该方法直接面向样本时程数据,凭借一维卷积的特性提取出样本中包含的时程特征;然后,建立物理空间与表征模型编码空间之间的映射关系;最后,利用一维反卷积对低维表征进行解码,实现对流场中任意位置数据的重构。对Re_(D)=200的非定常圆柱层流绕流流场进行低维表征与验证,进而实现高分辨率流场时程数据的重构,并证明方法的准确性。本文方法是一种无监督方法,是一种时间维度上具有高精度的流场数据重构方法,适用于基于传感器的时程数据处理。 展开更多
关键词 流场重构 流场时程 深度学习 特征提取 无监督模型
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亚临界区圆柱绕流相干结构壁面模化混合RANS/LES模型
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作者 季梦 尤云祥 +3 位作者 韩盼盼 邱小平 马乔 吴凯健 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2024年第5期190-216,共27页
本文发展了一种具有壁面模化大涡模拟能力的雷诺平均纳维-斯托克斯(RANS)和大涡模拟(LES)方法的混合模型(简称WM-HRL模型),致力于对亚临界区雷诺数钝体绕流相干结构这类复杂流动现象进行高置信度的CFD解析模拟研究.该方法通过一个仅与... 本文发展了一种具有壁面模化大涡模拟能力的雷诺平均纳维-斯托克斯(RANS)和大涡模拟(LES)方法的混合模型(简称WM-HRL模型),致力于对亚临界区雷诺数钝体绕流相干结构这类复杂流动现象进行高置信度的CFD解析模拟研究.该方法通过一个仅与当地网格空间分布尺寸有关的湍动能解析度指标参数rk即可实现从RANS到LES的无缝快速转换,并且RANS/LES混合转换区的边界位置及其各个分区(包括RANS区、LES区及RANS/LES混合转换区)对湍动能的解析能力均可通过两个指标参数nrk1-Q和nrk2-Q准则进行预先设定.通过对雷诺数Re=3900下圆柱绕流场的系列数值模拟研究,获得了能够高置信度解析并捕捉其绕流场中三维时空瞬态发展相干结构特性的湍动能解析度指标参数nrk1-Q和nrk2-Q准则的组合条件.研究表明,该WM-HRL模型不仅能够准确获取圆柱绕流场中剪切层小尺度K-H不稳定性结构的精细谱结构,而且在同一套网格系统下通过变化湍动能解析度指标参数nrk2-Q和nrk1-Q准则的组合条件,还可以精细解析圆柱绕流场中两类不同回流区的长度结构特征,及其对应的圆柱尾部近壁面处V和U形两个平均流向速度剖面的分支结构特性. 展开更多
关键词 圆柱绕流 相干结构 KELVIN-HELMHOLTZ不稳定性 混合RANS/LES模型
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仿生鲨鱼皮复合微纳减风阻结构的仿真与制备
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作者 徐征 刘日 +3 位作者 王天昊 迟振东 王作斌 李理 《实验流体力学》 CAS CSCD 北大核心 2024年第2期107-114,共8页
仿生学与减阻技术的结合,为减阻开辟了重要的研究方向,在航空航天领域有着潜在的发展与应用前景。为提高降低风阻效果,本文对复合微纳减风阻结构进行了研究,基于仿生学原理,采用CFD仿真及激光微纳制造技术,建立了减阻结构组合模型,并在... 仿生学与减阻技术的结合,为减阻开辟了重要的研究方向,在航空航天领域有着潜在的发展与应用前景。为提高降低风阻效果,本文对复合微纳减风阻结构进行了研究,基于仿生学原理,采用CFD仿真及激光微纳制造技术,建立了减阻结构组合模型,并在飞行器的大气传感器半球头体模型表面制造仿生鲨鱼皮复合微纳结构,即在仿生鲨鱼皮鳞片结构的基础上,通过激光干涉扫描二级微沟槽,以进一步提升减阻效果。采用CFD仿真与风洞实验相结合的方式,对减阻机理进行理论分析,完成了复合结构的微纳制造,减阻率最高可达10.3%。 展开更多
关键词 鲨鱼皮 减阻 风洞实验 CFD流场仿真 微纳结构 鳞片 仿生
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水下航行体首部边界层转捩噪声源定位研究
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作者 徐琛 李晓东 +2 位作者 柏宝红 黄红波 刘建华 《实验流体力学》 CAS CSCD 北大核心 2024年第2期52-58,共7页
为研究水下航行体首部边界层转捩区的噪声特性及声源位置,本文采用缩比SUBOFF模型在高速水洞中开展了试验研究。水洞试验段来流速度为3~7 m/s,基于模型长度的雷诺数为10^(7)量级,首部表面布置14支脉动压力传感器,测量了首部层流边界层... 为研究水下航行体首部边界层转捩区的噪声特性及声源位置,本文采用缩比SUBOFF模型在高速水洞中开展了试验研究。水洞试验段来流速度为3~7 m/s,基于模型长度的雷诺数为10^(7)量级,首部表面布置14支脉动压力传感器,测量了首部层流边界层、转捩和湍流边界层的脉动压力场。为定位声源位置,采用传声器阵列进行了水下航行体首部主要噪声源的三维声源定位,定位方法为基于小波变换的函数波束形成方法。试验结果表明:随着来流速度增大,首部边界层转捩起始位置不断向前移动,同时脉动压力频谱中的中频分量显著增加。声源定位结果表明:水下航行体首部主要噪声源呈三维环形分布,且声源所在流向位置与边界层转捩区位置基本重合,表明边界层转捩区是水下航行体首部的主要噪声源。 展开更多
关键词 水下航行体 边界层转捩 水动力噪声 导流罩 自噪声 三维声源定位 噪声源
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基于添加粘度抵消项的MRT-LBM对高雷诺数流态的研究
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作者 张宗宁 张巧玲 +1 位作者 景何仿 沈启霞 《数学物理学报(A辑)》 CSCD 北大核心 2024年第5期1216-1229,共14页
该文探究了添加粘度抵消方法(viscosity counteracting,VC)的多松弛格子玻尔兹曼方法(multiple-relaxation-time lattice Boltzmann method,MRT-LBM),即MRT-VC方法可以模拟的最大雷诺数.首先,模拟了经典二维顶盖驱动方腔流来验证模型的... 该文探究了添加粘度抵消方法(viscosity counteracting,VC)的多松弛格子玻尔兹曼方法(multiple-relaxation-time lattice Boltzmann method,MRT-LBM),即MRT-VC方法可以模拟的最大雷诺数.首先,模拟了经典二维顶盖驱动方腔流来验证模型的准确性,重点分析了雷诺数为5430和7000的流场,并分析了方腔流流场、涡心坐标、轴向速度和速度空间图谱.其次,随着模拟雷诺数的增大,流场内旋涡的数目逐渐增加,且流动依次呈现出稳定流、周期流、不完全混沌流、混沌流等状态.从稳定流到周期流的临界跃迁雷诺数在10000-12500之间,周期流到不完全混沌态流的临界跃迁雷诺数在45000-50000之间,不完全混沌态流到混沌流的临界跃迁雷诺数在95000-100000之间. 展开更多
关键词 多松弛时间格子玻尔兹曼方法 粘度抵消方法 高雷诺数流 临界跃迁雷诺数
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湍流边界层拟序结构的实验研究 被引量:28
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作者 连祺祥 《力学进展》 EI CSCD 北大核心 2006年第3期373-388,共16页
20世纪60年代后,先后从流动显示发现了快慢斑、猝发、上升流、下扫流和多种涡结构等湍流边界层的拟序结构.它们对湍流边界层的摩阻、传热传质和湍动能的产生等特性有重要影响.涡结构是上述拟序结构的核心,它影响其它拟序结构的发展和... 20世纪60年代后,先后从流动显示发现了快慢斑、猝发、上升流、下扫流和多种涡结构等湍流边界层的拟序结构.它们对湍流边界层的摩阻、传热传质和湍动能的产生等特性有重要影响.涡结构是上述拟序结构的核心,它影响其它拟序结构的发展和演变.发卡涡通常被认为是基本涡结构.发卡涡等涡结构的再生,是湍流边界层拟序结构能够自持续的必要的因素.壁面低速流上升产生猝发,是湍流边界层湍能的主要来源;条件采样是测量猝发频率和其它拟序结构出现频率的重要手段.流动显示对湍流边界层拟序结构作了大量定性观察,有许多减阻和增加传热率等应用性研究在此基础上发展起来.80年代后,出现了测量湍流边界层的瞬时流速矢量场的多热线法和PIV技术,三维PIV技术可望将来为湍流边界层的实验研究带来重大进展.本文评述了流动显示法、多热线法和PIV技术的优点和不足之处,以及它们在对湍流边界层拟序结构的研究中的贡献. 展开更多
关键词 湍流边界层 拟序结构 发卡涡 涡结构 猝发
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温度分层环境中水下航行器机动下潜热尾流特征
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作者 李戈洋 杜永成 杨立 《哈尔滨工程大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第6期1111-1118,共8页
为研究水下航行器热尾流引起的水面温度异常,本文采用有限体积法建立三维SUBOFF数学模型。使用Fluent UDF、Patch分别控制水下航行器机动下潜方式和水域温度分层。数值模拟结果表明:水下航行器在机动下潜时,热尾流在水面会形成由2条不... 为研究水下航行器热尾流引起的水面温度异常,本文采用有限体积法建立三维SUBOFF数学模型。使用Fluent UDF、Patch分别控制水下航行器机动下潜方式和水域温度分层。数值模拟结果表明:水下航行器在机动下潜时,热尾流在水面会形成由2条不连续高温热斑组成的椭圆形温度异常区,且正温度梯度分层水域会增强热尾流引起的水面温度异常。在无热排放条件下,水下航行器机动下潜会对水域温度分层发生较大扰动,从而出现冷尾迹。相反,受热排放影响,热尾流以肾形涡的形式向上浮升,涡结构尺度随着航行距离的增大而增大,核心温度随着航行距离的增大而减小。正温度梯度分层海水会增强冷却水引起的海面温度异常特征,且温度梯度越大,热斑越连续,热斑核心最高温度为292.24 K,与周围海水温度差值为0.12 K。 展开更多
关键词 水下航行器 热尾流 有限体积法 机动下潜 温度分层 高温热斑 椭圆形温度异常区 正温度梯度
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Mapping Network-Coordinated Stacked Gated Recurrent Units for Turbulence Prediction 被引量:1
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作者 Zhiming Zhang Shangce Gao +2 位作者 MengChu Zhou Mengtao Yan Shuyang Cao 《IEEE/CAA Journal of Automatica Sinica》 SCIE EI CSCD 2024年第6期1331-1341,共11页
Accurately predicting fluid forces acting on the sur-face of a structure is crucial in engineering design.However,this task becomes particularly challenging in turbulent flow,due to the complex and irregular changes i... Accurately predicting fluid forces acting on the sur-face of a structure is crucial in engineering design.However,this task becomes particularly challenging in turbulent flow,due to the complex and irregular changes in the flow field.In this study,we propose a novel deep learning method,named mapping net-work-coordinated stacked gated recurrent units(MSU),for pre-dicting pressure on a circular cylinder from velocity data.Specifi-cally,our coordinated learning strategy is designed to extract the most critical velocity point for prediction,a process that has not been explored before.In our experiments,MSU extracts one point from a velocity field containing 121 points and utilizes this point to accurately predict 100 pressure points on the cylinder.This method significantly reduces the workload of data measure-ment in practical engineering applications.Our experimental results demonstrate that MSU predictions are highly similar to the real turbulent data in both spatio-temporal and individual aspects.Furthermore,the comparison results show that MSU predicts more precise results,even outperforming models that use all velocity field points.Compared with state-of-the-art methods,MSU has an average improvement of more than 45%in various indicators such as root mean square error(RMSE).Through comprehensive and authoritative physical verification,we estab-lished that MSU’s prediction results closely align with pressure field data obtained in real turbulence fields.This confirmation underscores the considerable potential of MSU for practical applications in real engineering scenarios.The code is available at https://github.com/zhangzm0128/MSU. 展开更多
关键词 Convolutional neural network deep learning recurrent neural network turbulence prediction wind load predic-tion.
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不同雷诺数下4∶1圆角矩形柱气动力特性及流场数值模拟研究
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作者 于春放 靖洪淼 +3 位作者 张记涛 许浩然 乔明哲 刘庆宽 《工程力学》 EI CSCD 北大核心 2024年第S01期332-338,共7页
圆角化处理的矩形柱绕流具有复杂的气动力和流场特性。为深入了解圆角矩形柱的雷诺数(Reynolds number, Re)效应,采用基于计算流体力学(Computational fluid dynamics, CFD)的大涡模拟(Large eddy simulation,LES)方法,开展了不同Re下... 圆角化处理的矩形柱绕流具有复杂的气动力和流场特性。为深入了解圆角矩形柱的雷诺数(Reynolds number, Re)效应,采用基于计算流体力学(Computational fluid dynamics, CFD)的大涡模拟(Large eddy simulation,LES)方法,开展了不同Re下宽高比4∶1圆角矩形柱绕流数值模拟,研究了不同Re下圆角矩形柱的气动力系数、斯特劳哈尔数(Strouhal number, St)、风压系数和流场等变化规律。结果表明:表面风压和时均流场在Re≤4×10^(3)时,Re效应显著,但当Re>4×10^(3)时,Re效应较弱。当Re≤4×10^(3)时,升力系数均方根和平均阻力系数随着Re先增大后减小,在Re=1×10^(3)时达到最大;而St先增大后减小再增大,分别在Re=2×10^(3)时达到最大,在Re=4×10^(3)时达到最小。回流长度随着Re先减小后增大,尾流旋涡中心逐渐后移。 展开更多
关键词 4∶1圆角矩形柱 大涡模拟方法 雷诺数 气动力特性 流场
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基于动力学模态分解的方柱绕流非定常流场分析
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作者 刘士杰 张珍 刘庆宽 《工程力学》 EI CSCD 北大核心 2024年第S01期326-331,共6页
具有方形断面的结构或构件广泛应用于实际工程中,针对方柱绕流风荷载和风致振动特性开展研究至关重要。方柱绕流的尾流效应往往涉及多种复杂流动现象,捕捉其流动主要模态对深入分析流场特性以及流动控制具有重要意义。该文基于动力学模... 具有方形断面的结构或构件广泛应用于实际工程中,针对方柱绕流风荷载和风致振动特性开展研究至关重要。方柱绕流的尾流效应往往涉及多种复杂流动现象,捕捉其流动主要模态对深入分析流场特性以及流动控制具有重要意义。该文基于动力学模态分解(Dynamic Mode Decomposition,DMD)方法建立了能够提取流场主要模态并进行流场重构的降阶模型。基于数值模拟获取非定常流场快照;利用DMD进行主要模态提取;基于提取的主要模态对非定常流场进行重构。结果表明:DMD方法提取的前4阶模态能够准确重构原始流场,为流动控制和结构设计提供参考。 展开更多
关键词 动力学模态分解 方柱绕流 数据驱动 非定常流动 降阶模型
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被动标量湍流混合的实验研究方法与进展
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作者 李慧鑫 徐多 《实验流体力学》 CAS CSCD 北大核心 2024年第4期90-103,共14页
湍流混合与日常生活和工程应用息息相关,研究湍流混合对湍流理论及湍流燃烧、化学工程等重要领域具有重要意义。在湍流混合的实验研究方面,传感器技术和非接触式(光学)测量技术的发展促进了人们对湍流混合多尺度、非线性过程的深入研究... 湍流混合与日常生活和工程应用息息相关,研究湍流混合对湍流理论及湍流燃烧、化学工程等重要领域具有重要意义。在湍流混合的实验研究方面,传感器技术和非接触式(光学)测量技术的发展促进了人们对湍流混合多尺度、非线性过程的深入研究和机理认知。本文介绍了标量场湍流混合实验中较为常用的瑞利散射技术和激光诱导荧光技术,着重讨论了提高后者空间测量分辨率的方法,可为湍流混合的二维高分辨率精细化测量提供思路。另外,从实验测量角度对小尺度混合的标度律(黏性−对流区)、标量场的概率密度函数和标量场混合界面的分形维数等方面进行了介绍,旨在结合被动标量湍流混合基础理论简要介绍相关实验研究方法与进展。 展开更多
关键词 湍流混合 被动标量场 标度律 概率密度函数 分形维数
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基于γ-Re_(θt)转捩模型的高雷诺数旋转圆柱绕流数值研究
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作者 徐一航 陈少松 《应用力学学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第5期1193-1203,共11页
采用γ-Re_(θt)转捩模型对高雷诺数下旋转圆柱绕流的壁面边界层的流动特征以及边界层的转捩现象进行数值模拟,用Re=5.0×10^(3)时的旋转圆柱绕流问题作为算例与直接数值模拟(direct numerical simulation,DNS)的结果进行了对比,验... 采用γ-Re_(θt)转捩模型对高雷诺数下旋转圆柱绕流的壁面边界层的流动特征以及边界层的转捩现象进行数值模拟,用Re=5.0×10^(3)时的旋转圆柱绕流问题作为算例与直接数值模拟(direct numerical simulation,DNS)的结果进行了对比,验证了γ-Re_(θt)转捩模型在模拟旋转圆柱绕流问题方面的准确性。然后分别对亚临界区、临界区和超临界区的旋转圆柱绕流问题进行数值模拟,分析了不同雷诺数和不同相对转速下旋转圆柱绕流的近壁面流动特征及表面时均压力系数、时均摩擦力系数,总结了圆柱表面绕流转捩位置相对转速的变化规律。结果表明,当自由来流雷诺数一定时,圆柱下表面来流与线速度方向一致处的转捩点随相对转速的增加而后移,圆柱上表面来流与线速度方向相反处的转捩点随相对转速的增加而前移。圆柱上表面来流与线速度方向相反处的流动分离是由于壁面黏性摩擦和逆压梯度共同作用下导致动能下降的结果,并且壁面的运动方向与主流方向相反更加剧了黏性摩擦对动能的耗散。圆柱下表面来流与线速度方向一致处的流动分离是由于背风面的逆压梯度致使壁面附近流体无法继续跟随壁面运动而产生回流的结果。 展开更多
关键词 旋转圆柱绕流 γ-Re_(θt)转捩模型 转捩现象 流动分离
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弧形涡流发生器对湍流相干结构及强化换热的影响
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作者 管新蕾 孙小姣 +1 位作者 王维 王利军 《实验流体力学》 CAS CSCD 北大核心 2024年第4期104-112,共9页
涡流发生器是一种常见的被动强化换热元件,因高性价比而受到广泛应用。本文针对带有弧形涡流发生器的方形管道,采用高时间分辨率粒子图像测速(Time-Resolved Particle Image Velocimetry,TRPIV)技术和大涡模拟(Large Eddy Simulation,L... 涡流发生器是一种常见的被动强化换热元件,因高性价比而受到广泛应用。本文针对带有弧形涡流发生器的方形管道,采用高时间分辨率粒子图像测速(Time-Resolved Particle Image Velocimetry,TRPIV)技术和大涡模拟(Large Eddy Simulation,LES)方法,研究了涡流发生器诱导的湍流相干结构特征及其对涡流发生器强化换热的影响。实验分析表明,湍流特征量统计图捕捉到了发卡涡涡腿和低速条带的印记。利用涡旋辨识准则提取了发卡涡和反向旋转的准流向涡对(Counter-rotating quasi-streamwise Vortices Pair,CVP),两者在弧形涡流发生器诱导的流场中共存且相互作用,随着涡旋结构演变与发展,其展向尺度不断增大。为研究湍流相干结构与强化换热的关系,通过数值模拟分析了湍流相干结构与温度梯度的空间分布情况,发现两者的分布具有良好的区域一致性,反映了湍流相干结构对强化换热的影响与控制。对比安装弧形涡流发生器前后的壁面平均努塞尔数,发现平均努塞尔数大幅提升,最大提升20%左右,且其沿流向的变化趋势与湍流相干结构的发展演化一致。 展开更多
关键词 弧形涡流发生器 湍流相干结构 温度梯度 强化换热
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正弦波形壁面紊流临界分离流动特性的数值研究
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作者 余泽江 黄社华 《水电能源科学》 北大核心 2024年第5期84-87,共4页
波形壁面对波纹管内流动的影响十分显著,其中流动分离对波纹管的流动阻力和传热特性有重要和本质的影响。针对波形比对产生流动分离的影响问题,采用SSTκ-ω紊流模型对不同波形比的正弦型波纹管内流动进行数值模拟,描述了波纹管流的流... 波形壁面对波纹管内流动的影响十分显著,其中流动分离对波纹管的流动阻力和传热特性有重要和本质的影响。针对波形比对产生流动分离的影响问题,采用SSTκ-ω紊流模型对不同波形比的正弦型波纹管内流动进行数值模拟,描述了波纹管流的流动特性,分析了波纹管波形比和雷诺数对流动分离的影响。结果表明,在不同波形比的波纹管流中均存在一个流动分离的临界雷诺数,当雷诺数小于临界雷诺数时,波纹管内不会发生流动分离现象;最后拟合得到流动分离临界雷诺数关于波形比的分布公式。研究结果可在一定程度上为波形壁面的工业设计提供参考。 展开更多
关键词 流动分离 波纹管 SSTκ-ω紊流模型 数值计算
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