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A study of boundary vorticity dynamics and identification of large-scale structures in flow field based on two-dimensional flow around a bluff body 被引量:3
1
作者 Da-peng Zhang Yu-zhu Chen Xi-lin Xie 《Journal of Hydrodynamics》 SCIE EI CSCD 2019年第2期231-248,共18页
A method based on decomposition of acceleration field and Lie derivative is introduced to identify shearing and rotational domains.This method is validated on two typical kinds of model flows.Vorticity dynamics of flo... A method based on decomposition of acceleration field and Lie derivative is introduced to identify shearing and rotational domains.This method is validated on two typical kinds of model flows.Vorticity dynamics of flow around bluff body is studied,illustrated by numerical examples of flow around an elliptic cylinder,a slanted elliptic cylinder and an elliptic cylinder with a pair of bumps on the front side.To explain the generation of vortical structures and how they evolve into inner flow field,boundary vorticity dynamics analysis is performed.Boundary vorticity flux as well as the enstrophy diffusion flux creates vorticity sources and vorticity sinks,which generate or consume boundary vorticity,then shearing layers are generated and interact with each other finally create vortices.The results provide potential in accurate flow control by boundary deformation,and show that relevant theoretical conclusions can be effectively applied in revealing the flow mechanisms. 展开更多
关键词 boundary vorticity dynamics LARGE-SCALE structures LIE DERIVATIVE
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Generalized boundary dilatation flux on a flexible wall 被引量:1
2
作者 Tao Chen Tianshu Liu 《Theoretical & Applied Mechanics Letters》 CAS CSCD 2022年第6期445-450,共6页
In this paper,by applying theoretical method to the governing equations of compressible viscous flow,we derive the theoretical formula of the boundary dilatation flux(BDF)on a flexible wall,which generalizes the most ... In this paper,by applying theoretical method to the governing equations of compressible viscous flow,we derive the theoretical formula of the boundary dilatation flux(BDF)on a flexible wall,which generalizes the most recent work of Mao et al.(Acta Mechanica Sinica 38(2022)321583)for a stationary wall.Different boundary sources of dilatation are explicitly identified,revealing not only the boundary generation mechanisms of vortex sound and entropy sound,but also some additional sources due to the surface vorticity,surface angular velocity,surface acceleration and surface curvature.In particular,the generation mechanism of dilatation at boundary due to the coupled divergence terms is highlighted,namely,the product of the surface velocity divergence(▽_(■B)·U)and the vorticity-induced skin friction divergence(V_(■B)·τ_(ω)).The former is attributed to the surface flexibility while the latter characterizes the footprints of near-wall coherent structures.Therefore,by properly designing the surface velocity distribution,the dilatation generation at the boundary could be controlled for practical purpose in near-wall compressible viscous flows. 展开更多
关键词 boundary dilatation flux Surface deformation boundary vorticity dynamics Near-wall flow
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混流式转轮内部流场的涡动力学分析 被引量:9
3
作者 张梁 刘树红 +1 位作者 张乐福 吴玉林 《水力发电学报》 EI CSCD 北大核心 2007年第6期106-110,共5页
本文通过理论分析,推导了水轮机叶片所受力矩的涡动力学表达式,阐述了用涡动力学分析从全局和局部诊断水轮机内部流动的原理。用数值方法对混流式水轮机的转轮内部流场进行了计算,采用了全三维全流道的湍流计算方法,基于标准k-ε湍流模... 本文通过理论分析,推导了水轮机叶片所受力矩的涡动力学表达式,阐述了用涡动力学分析从全局和局部诊断水轮机内部流动的原理。用数值方法对混流式水轮机的转轮内部流场进行了计算,采用了全三维全流道的湍流计算方法,基于标准k-ε湍流模型和SIMPLEC数值方法,从导叶进口到尾水管出口,包含所有流道在内的整体一次完成计算。根据得到的流场数据,对转轮内部流场进行了涡动力学分析,得到了叶片表面的BVF分布和表面摩擦力线的分布,进行了全局和局部流场诊断,通过和用压力、速度等传统分析方法的对比,结合试验数据,验证了涡动力学分析方法的实用性。 展开更多
关键词 流体力学 涡动力学 边界涡量流 混流式转轮
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双流道泵叶轮边界涡量流分析与水力优化 被引量:3
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作者 赵斌娟 赵尤飞 +2 位作者 仇晶 张成虎 陈汇龙 《农业机械学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第10期85-90,共6页
为优化双流道泵叶轮,对原始泵的内流场进行数值模拟,引入边界涡量动力学理论进行流动诊断,分析了叶轮表面的边界涡量流(BVF)、摩擦力线以及涡量线的分布规律,找到了叶轮内产生不良流动的位置及其动力学根源。根据流动诊断结果,有针对性... 为优化双流道泵叶轮,对原始泵的内流场进行数值模拟,引入边界涡量动力学理论进行流动诊断,分析了叶轮表面的边界涡量流(BVF)、摩擦力线以及涡量线的分布规律,找到了叶轮内产生不良流动的位置及其动力学根源。根据流动诊断结果,有针对性地调整影响双流道泵叶轮内流状态的结构参数,得到优化后的双流道泵叶轮。联合CFD计算和边界涡量动力学流动诊断方法,对比分析了优化前后的双流道泵叶轮,结果表明:优化后叶轮表面的BVF、摩擦力线以及涡线分布得到明显改善,BVF峰值和均值均显著降低,均匀性指数更接近于1,流动分离被抑制,叶轮受力状况得到改善,扬程和效率等水力性能明显提高。研究结果证明了基于边界涡量动力学理论的流动诊断和优化方法在流道式叶轮机械中应用的可行性。 展开更多
关键词 双流道泵叶轮 内流诊断 水力优化 边界涡量动力学
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不同后进气系统对双面复合叶轮的影响 被引量:1
5
作者 罗炳亮 杨蓓 +1 位作者 王云 张呈 《航空工程进展》 CSCD 2022年第5期131-140,共10页
新型双面复合叶轮中,后进气通道与前进气通道完全不同,其流场结构更为复杂,阐明其对双面复合叶轮流场特性的影响具有重要意义。微型双面复合叶轮发动机后进气管通常有直管型、椭圆型和对称翼型三种类型,采用数值模拟方法分析不同后进气... 新型双面复合叶轮中,后进气通道与前进气通道完全不同,其流场结构更为复杂,阐明其对双面复合叶轮流场特性的影响具有重要意义。微型双面复合叶轮发动机后进气管通常有直管型、椭圆型和对称翼型三种类型,采用数值模拟方法分析不同后进气系统对双面复合叶轮压缩特性和流场结构的影响。结果表明:相比于直管型后进气管,椭圆型后进气管和对称翼型后进气管在压缩性能上略差,在流量范围上无明显差异;径向进气方式中椭圆型后进气道方案较佳,可匹配满足双面复合叶轮压缩特性和尾喷管稳定排气的需求;由副叶轮叶根轴向速度下降所引起的压力梯度增大,进一步诱导的分离涡是影响双面复合叶轮性能的主要原因之一。 展开更多
关键词 后进气管 双面复合叶轮 副叶轮 边界涡量动力学 进气畸变
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Causal mechanism behind the stall delay by airfoil's pitching-up motion 被引量:1
6
作者 Shufan Zou Ankang Gao +1 位作者 Yipeng Shi Jiezhi Wu 《Theoretical & Applied Mechanics Letters》 CAS CSCD 2017年第5期311-315,共5页
Why the stall of an airfoil can be significantly delayed by its pitching-up motion? Various attempts have been proposed to answer this question over the past half century, but none is satisfactory. In this letter we ... Why the stall of an airfoil can be significantly delayed by its pitching-up motion? Various attempts have been proposed to answer this question over the past half century, but none is satisfactory. In this letter we prove that a chain of vorticity-dynamics processes at accelerating boundary is fully responsible for the causal mechanism underlying this peculiar phenomenon. The local flow behavior is explained by a simple potential-flow model. 展开更多
关键词 dynamic stall boundary vorticity flux Unsteady aerodynamics
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基于曲面主方向的正交系的非完整基理论及其在流体力学中的相关应用 被引量:2
7
作者 谢锡麟 《空气动力学学报》 CSCD 北大核心 2020年第1期171-195,共25页
本文将微分几何中光滑曲面上局部存在的基于主方向的正交系联系于张量分析中的非完整基理论,以此为曲面与其邻域上的张量场场论提供了一种新方法,称为基于曲面主方向的正交系的非完整基理论。这种场论方法,基于基面的沿主方向的参数坐标... 本文将微分几何中光滑曲面上局部存在的基于主方向的正交系联系于张量分析中的非完整基理论,以此为曲面与其邻域上的张量场场论提供了一种新方法,称为基于曲面主方向的正交系的非完整基理论。这种场论方法,基于基面的沿主方向的参数坐标,然后沿基面的法方向进行空间延拓,以此获得基面邻域内的完整的正交系。对此引入非完整基理论,可得所有的非零Christoffel符号直接对应为基面或者当地曲面的主曲率或者测地曲率,因而张量场的各种微分算子相对于曲面的主方向与法方向展开,所得分量表达式仅含物理量与曲面曲率。由此不仅可以清晰地展现曲面几何特征与物理量/物理过程之间的关系,而且所获得的分量表达式形式上最为简单。另一方面,经典的诸如柱坐标系、球坐标系等正交系也隶属基于曲面主方向的正交系,从而本文方法可以统一相关正交系下的张量场场论。作为应用,本文推导了可变形曲面上涡量、涡量法向梯度与变形率张量的表达式,曲面上流体边界层方程的分量方程,曲面介质相关守恒律方程等。 展开更多
关键词 非完整基理论 曲线坐标系 曲面主方向 曲面曲率 涡量动力学 流体边界层 曲面介质
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固体边界:复杂黏性流动之源 被引量:3
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作者 毛峰 刘罗勤 +2 位作者 邹舒帆 康林林 吴介之 《气动研究与试验》 2023年第4期1-24,共24页
在固体边界上,黏性流动中的纵横过程通过黏附条件发生交叉耦合,导致这些过程从无到有的产生,形成流场内部复杂结构与过程的源头。深入理解这些边界耦合对于优化构型设计和流动与噪声控制有重要的实践意义。在刚性物面上,压力梯度和加速... 在固体边界上,黏性流动中的纵横过程通过黏附条件发生交叉耦合,导致这些过程从无到有的产生,形成流场内部复杂结构与过程的源头。深入理解这些边界耦合对于优化构型设计和流动与噪声控制有重要的实践意义。在刚性物面上,压力梯度和加速度的切向分量是最主要的边界涡量源,有关理论已在工程实践中发挥了作用;而边界拟涡能流和熵梯度则反过来成为可压缩流的边界胀量源。本文阐述纵横过程在物面上产生机制的一般理论,并讨论几个在不同领域中通过实验、理论和计算结合研究的内流纵横过程闭环耦合的案例。除了这些耦合机制导致的纵横过程的边界源之外,深入研究边界上不同物理量之间的相互关联,还能从已知或可测的边界“脚印”推断未知或难测的边界“脚印”,如从压敏漆测得的物面压力梯度推断摩擦力场。这些研究有助于澄清近壁湍流结构与噪声的形成机制。 展开更多
关键词 Lagrange佯谬 边界涡量流 边界拟涡能流 边界胀量流 边界熵梯度 摩擦力场 流动分离 动态失速 声涡共振 水锤理论 火箭燃烧室稳定性
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贯流式水轮机桨叶涡动力学优化设计 被引量:5
9
作者 李凤超 樊红刚 +1 位作者 王正伟 陈乃祥 《清华大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第6期836-839,共4页
为了优化贯流式水轮机桨叶的叶型,引入边界涡量动力学理论。对初始设计的导叶和桨叶叶型进行全流道三维湍流模拟,分析了桨叶表面上边界涡量流分布状态,找到了局部流动不良的部位。通过调整设计中给定的速度矩分布规律,对桨叶叶型进行优... 为了优化贯流式水轮机桨叶的叶型,引入边界涡量动力学理论。对初始设计的导叶和桨叶叶型进行全流道三维湍流模拟,分析了桨叶表面上边界涡量流分布状态,找到了局部流动不良的部位。通过调整设计中给定的速度矩分布规律,对桨叶叶型进行优化。叶型改进后,桨叶轮毂附近和进口边附近边界涡量流分布明显改善,转轮效率提高。计算表明:桨叶表面上边界涡量流分布状态更有效地反映了转轮的流动性能,能够为叶型优化提供可靠的依据。 展开更多
关键词 水力机械 贯流式水轮机 优化设计 边界涡动力学 边界涡量流
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燃气轮机压气机涡量动力学理论及分析方法 被引量:10
10
作者 吴宏 蒋洪德 《航空动力学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第4期903-910,共8页
阐述了压气机涡量动力学理论及分析方法,建立了压气机总性能参数与两个重要的涡量参数(边界涡量流(BVF)和周向涡量)的直接数学物理关系,研究了基于BVF和周向涡量的分析优化方法.将该方法应用于燃气轮机多级轴流压气机中进行涡量动力学分... 阐述了压气机涡量动力学理论及分析方法,建立了压气机总性能参数与两个重要的涡量参数(边界涡量流(BVF)和周向涡量)的直接数学物理关系,研究了基于BVF和周向涡量的分析优化方法.将该方法应用于燃气轮机多级轴流压气机中进行涡量动力学分析,从涡量角度指出了改进的方向.结果表明:周向涡量能反映近壁面的高损失区,使周向涡量峰值束缚在近壁区有利于降低端区损失,在通流设计中可通过优化环量分布控制周向涡量分布,算例中基于周向涡量优化可使跨声压气机转子效率提高1.13%;边界涡量流BVF能反映旋涡的壁面根源,通过优化BVF的分布可控制涡量壁面根源,有利于抑制旋涡和流动分离,基于BVF优化可使转子效率提高1.12%. 展开更多
关键词 压气机 气动分析与优化 涡量动力学 边界涡量流 周向涡量
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旋翼VPM/CFD耦合模型的建立及其在小前进比气动分析中的应用 被引量:1
11
作者 肖宇 徐国华 史勇杰 《航空学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第6期1530-1538,共9页
为了提高旋翼计算流体力学(CFD)流场计算效率及克服其在尾迹捕捉上的不足,将旋翼黏性涡粒子方法(VPM)与CFD分析相结合,建立了一个新的旋翼VPM/CFD耦合气动分析模型。在该模型中,采用VPM分析以实现对旋翼尾迹中黏性涡的高效捕捉而不引入... 为了提高旋翼计算流体力学(CFD)流场计算效率及克服其在尾迹捕捉上的不足,将旋翼黏性涡粒子方法(VPM)与CFD分析相结合,建立了一个新的旋翼VPM/CFD耦合气动分析模型。在该模型中,采用VPM分析以实现对旋翼尾迹中黏性涡的高效捕捉而不引入数值耗散,而采用CFD分析用于精确地模拟旋翼桨叶近体区域内复杂的流动现象,同时也为VPM分析提供一个较高精度的涡源模型。至于两者信息交换,则使用集中涡源法将CFD信息传递至VPM分析,而VPM计算得到的尾迹信息则通过边界修正施加至CFD域的远场边界上,从而可以鲁棒地实现CFD域与VPM域的耦合计算。在此基础上,对"Helishape 7A旋翼"小前进比前飞桨-涡干扰(BVI)状态进行了较为深入的气动分析,计算结果表明:与全CFD计算比较,建立的VPM/CFD耦合分析模型可以有效地避免旋翼尾迹区桨尖涡的数值耗散,从而更加可靠地捕捉桨-涡干扰状态下的桨叶非定常气动载荷脉动,同时对于本文算例,计算效率可以提高30%以上。 展开更多
关键词 计算流体力学 VPM/CFD耦合 旋翼 桨-涡干扰 集中涡源模型 边界修正
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超疏水壁面湍流边界层减阻机理的TRPIV实验 被引量:7
12
作者 王二丹 田海平 +2 位作者 张静娴 姚朝辉 姜楠 《航空动力学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第12期2870-2877,共8页
利用高时间分辨率粒子图像测速(TRPIV)技术,开展超疏水壁面材料湍流边界层减阻机理的实验研究.在循环水槽中,对超疏水壁面和亲水壁面湍流边界层瞬时速度矢量场的时间序列进行了实验测量.得到了同一来流速度(0.17m/s)下超疏水壁面和亲水... 利用高时间分辨率粒子图像测速(TRPIV)技术,开展超疏水壁面材料湍流边界层减阻机理的实验研究.在循环水槽中,对超疏水壁面和亲水壁面湍流边界层瞬时速度矢量场的时间序列进行了实验测量.得到了同一来流速度(0.17m/s)下超疏水壁面和亲水壁面湍流边界层的平均速度、湍流度及雷诺切应力沿法向的分布规律.提出了空间多尺度局部平均涡量的概念,并以此为特征量检测壁湍流发卡涡展向涡头的中心位置.用条件采样及空间相位平均技术提取了不同法向位置发卡涡展向涡头周围流向脉动速度和流线的空间拓扑,对发卡涡展向涡头的俯仰角进行了对比,并从鞍点-焦点动力系统的角度分析了发卡涡展向涡头附近的流线拓扑特征.研究表明:雷诺数约为13 500时,相比亲水壁面,超疏水壁面实现了10.1%的减阻.超疏水壁面平均速度明显增大,雷诺切应力减小,流向湍流度减弱,发卡涡展向涡头俯仰角较小,近壁区相干结构的发展受到抑制. 展开更多
关键词 湍流减阻 超疏水壁面 湍流边界层 高时间分辨率粒子图像测速(TRPIV) 鞍点-焦点动力系统 空间多尺度局部平均涡量
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竖井贯流泵水力不稳定特性的改善研究 被引量:2
13
作者 张睿 谭舒翊 +2 位作者 丁旭洁 江扬阳 徐辉 《水动力学研究与进展(A辑)》 CSCD 北大核心 2022年第4期573-581,共9页
为有效抑制竖井贯流泵水力不稳定马鞍区的产生,该文基于URANS方法和FBM-CC湍流模型,开展了沟槽控制技术改善竖井贯流泵水力不稳定特性研究。在深度失速工况下,采用正交试验方法优选出显著改善竖井贯流泵水力性能的沟槽控制技术方案,利... 为有效抑制竖井贯流泵水力不稳定马鞍区的产生,该文基于URANS方法和FBM-CC湍流模型,开展了沟槽控制技术改善竖井贯流泵水力不稳定特性研究。在深度失速工况下,采用正交试验方法优选出显著改善竖井贯流泵水力性能的沟槽控制技术方案,利用边界涡量动力学和熵产理论深入研究沟槽控制技术改善竖井贯流泵水力不稳定特性的机理。研究结果表明:沟槽控制技术能够有效抑制马鞍区工况下叶顶间隙泄漏涡和叶片表面的流动分离,改善了叶片表面的边界涡量流(BVF)均匀分布情况,提高了叶轮的做功能力以及降低了叶轮区域的水力损失,显著提升了竖井贯流泵的水力性能,其中在深度失速工况时,扬程和效率分别提高了12.3%和1.75%,进而能够有效抑制水力不稳定马鞍区的形成。 展开更多
关键词 沟槽控制技术 竖井贯流泵 马鞍区 水力不稳定特性 边界涡量动力学 熵产理论
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