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A sub-grid scale model for Burgers turbulence based on the artificial neural network method
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作者 Xin Zhao Kaiyi Yin 《Theoretical & Applied Mechanics Letters》 CAS CSCD 2024年第3期162-165,共4页
The present study proposes a sub-grid scale model for the one-dimensional Burgers turbulence based on the neuralnetwork and deep learning method.The filtered data of the direct numerical simulation is used to establis... The present study proposes a sub-grid scale model for the one-dimensional Burgers turbulence based on the neuralnetwork and deep learning method.The filtered data of the direct numerical simulation is used to establish thetraining data set,the validation data set,and the test data set.The artificial neural network(ANN)methodand Back Propagation method are employed to train parameters in the ANN.The developed ANN is applied toconstruct the sub-grid scale model for the large eddy simulation of the Burgers turbulence in the one-dimensionalspace.The proposed model well predicts the time correlation and the space correlation of the Burgers turbulence. 展开更多
关键词 Artificial neural network Back propagation method Burgers turbulence Large eddy simulation sub-grid scale model
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Multi-scale analysis of subgrid stress and energy dissipation in turbulent channel flow 被引量:1
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作者 Chun-Xiao Xu 《Acta Mechanica Sinica》 SCIE EI CAS CSCD 2010年第1期81-90,共10页
In present study, the subgrid scale (SGS) stress and dissipation for multiscale formulation of large eddy simulation are analyzed using the data of turbulent channel flow at Ret = 180 obtained by direct numerical si... In present study, the subgrid scale (SGS) stress and dissipation for multiscale formulation of large eddy simulation are analyzed using the data of turbulent channel flow at Ret = 180 obtained by direct numerical simulation. It is found that the small scale SGS stress is much smaller than the large scale SGS stress for all the stress components. The dominant contributor to large scale SGS stress is the cross stress between small scale and subgrid scale motions, while the cross stress between large scale and subgrid scale motions make major contributions to small scale SGS stress. The energy transfer from resolved large scales to subgrid scales is mainly caused by SGS Reynolds stress, while that between resolved small scales and subgrid scales are mainly due to the cross stress. The multiscale formulation of SGS models are evaluated a priori, and it is found that the small- small model is superior to other variants in terms of SGS dissipation. 展开更多
关键词 SGS stress SGS dissipation - Multi-scale energy transfer Multi-scale SGS model - turbulent channel flow
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The impact of heterogeneity of land surface roughness length on estimation of turbulent flux in model
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作者 Bin Chen XiangDe Xu +1 位作者 YuGuo Ding XiaoHui Shi 《Research in Cold and Arid Regions》 2011年第1期31-40,共10页
Based on preliminary theoretical analysis and numerical experiment, it is found that land surface heterogeneity plays an important role in the models turbulent flux calculation. In nearly neutral atmosphere conditions... Based on preliminary theoretical analysis and numerical experiment, it is found that land surface heterogeneity plays an important role in the models turbulent flux calculation. In nearly neutral atmosphere conditions, variation coefficient of sub-scale roughness length, cell-average roughness, and reference height are main factors affecting the calculation of grid turbulent fluxes. The first factor has a determinant role on calculation deviation. The relative error generated by roughness heterogeneity could be more than 40% in some cases in certain areas (e.g., in vegetation-climate transition belt). Selecting a specific reference height may improve the calculation of turbulent flux. In stable or unstable atmosphere conditions, with sensible heat flux as an example, analysis shows that the discrepancy is correlated to the sub-grid distributions of mean wind velocity, potential temperature gradient between land surface and reference levels, and atmosphere stability near surface layer caused by the heterogeneity of land surface roughness. The calculation of turbulent flux is the most sensitive to stability in the above three factors. The above analysis shows that it is necessary to make a further consideration for the calculation deviation of the turbulent fluxes brought from land surface heterogeneity in the present numerical models. 展开更多
关键词 land surface heterogeneity sub-grid scale grid turbulent flux surface roughness length
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On two distinct Reynolds number regimes of a turbulent square jet
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作者 Minyi Xu Jianpeng Zhang +1 位作者 Pengfei Li Jianchun Mi 《Theoretical & Applied Mechanics Letters》 CAS CSCD 2015年第3期117-120,共4页
The effects of Reynolds number on both large-scale and small-scale turbulence properties are investigated in a square jet issuing from a square pipe. The detailed velocity fields were measured at five different exit R... The effects of Reynolds number on both large-scale and small-scale turbulence properties are investigated in a square jet issuing from a square pipe. The detailed velocity fields were measured at five different exit Reynolds numbers of 8 × 10^3 〈 Re 〈 5 × 10^4. It is found that both large-scale properties (e.g,, rates of mean velocity decay and spread) and small-scale properties (e.g., the dimensionless dissipation rate constant A = εL/(u^2)^3/2) are dependent on Re for Re ≤ 3 ×10^4 or Reλ ≤ 190, but virtually become Re-independent with increasing Re or Reλ. In addition, for Reλ 〉 190, the value ofA = εL/(u^2)^3/2 in the present square jet converges to 0.5, which is consistent with the observation in direct numerical simulations of box turbulence, but lower than that in circular jet, plate wake flows, and grid turbulence. The discrepancies in critical Reynolds number and A = εL/(u^2)^3/2 among different turbulent flows most likely result from the flow type and initial conditions. 展开更多
关键词 Square jet Hot-wire Reynolds number Small-scale turbulence Mean energy dissipation rate
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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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壁湍流的复合减阻及能流分析
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作者 段鹏宇 陈曦 《实验流体力学》 CAS CSCD 北大核心 2024年第4期1-10,共10页
湍流减阻的技术与机理具有重要的科学和工程意义。近年来,研究者对壁湍流的减阻策略和机理开展了多方位探索。本文回顾了摩阻的能流分析框架,该框架将摩阻系数和能量耗散率定量地结合了起来,清晰地给出了驱动能量和控制能量在相干、随... 湍流减阻的技术与机理具有重要的科学和工程意义。近年来,研究者对壁湍流的减阻策略和机理开展了多方位探索。本文回顾了摩阻的能流分析框架,该框架将摩阻系数和能量耗散率定量地结合了起来,清晰地给出了驱动能量和控制能量在相干、随机和平均流动中的耗散原理,该框架的分析思路对复杂控制情况仍然适用;介绍了展向对吹射流引发的大尺度环流减阻方法,该方法可有效地完成速度条带的卷并,抑制流向涡的生成,减弱近壁湍流强度,在摩擦雷诺数为180的槽道流中可达到最佳约19%的减阻率,实现了通过输入相干能量减小湍流随机耗散的控制目标;展示了结合大尺度环流和壁面吹吸气的复合控制方法的优势,该方法实现了远超单一控制方法的减阻效果,在摩擦雷诺数为180时达到最佳约33%的减阻率和32%的净能量节省率。在前人研究的基础上,本文检验了在含肋壁面上施加大尺度环流控制的复合方案,验证了大尺度环流控制的鲁棒性,发现壁面小肋能够在一定程度上减小大尺度环流二次涡的影响,从而有效提升壁面小肋的减阻效率。 展开更多
关键词 壁湍流 复合减阻 减阻机理 能流分析 大尺度环流减阻
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基于粒子图像测速(PIV)技术的圆盘桨搅拌槽湍流动能耗散率研究
7
作者 胡帅 王瀚彬 +2 位作者 毕丰雷 李隽森 贺来宾 《北京化工大学学报(自然科学版)》 CAS CSCD 北大核心 2024年第5期39-45,共7页
在边长L为220 mm的方形搅拌槽内,采用高解析率的二维粒子图像测速(PIV)技术在搅拌雷诺数Re=1300下对圆盘桨形成的流场进行研究,得到Kolmogorov尺度下的高解析流场。基于流场数据和各向同性假设得到湍流动能分布,并比较了直接定义法和大... 在边长L为220 mm的方形搅拌槽内,采用高解析率的二维粒子图像测速(PIV)技术在搅拌雷诺数Re=1300下对圆盘桨形成的流场进行研究,得到Kolmogorov尺度下的高解析流场。基于流场数据和各向同性假设得到湍流动能分布,并比较了直接定义法和大涡PIV法计算的湍流动能耗散率。结果表明:当离底高度C=0.15L时,圆盘桨的流型呈现出独特的单循环流型,流体主要旋涡为单旋涡结构;搅拌槽内湍流动能的最大值出现在桨叶排出流的末端;在Kolmogorov空间解析尺度下直接定义法计算得到的湍流动能耗散率大于大涡PIV法,并且湍流动能耗散率的峰值位于桨叶端和排出流区域。直接数值模拟的验证结果表明,这两种计算方法中使用的各向同性假设是合理的。 展开更多
关键词 搅拌槽 粒子图像测速(PIV) Kolmogorov尺度 湍流动能耗散率 直接数值模拟
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AN ANALYSIS OF SUBGRID-RESOLVED SCALE INTERACTIONS WITH USE OF RESULTS FROM DIRECT NUMERICAL SIMULATIONS 被引量:2
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作者 H. Gong S. Chen G.W. He 《Acta Mechanica Sinica》 SCIE EI CAS CSCD 1999年第2期108-115,共8页
Subgrid nonlinear interaction and energy transfer are analyzed using direct numerical simulations of isotropic turbulence. Influences of cutoff wave number at different ranges of scale on the energetics and dynamics h... Subgrid nonlinear interaction and energy transfer are analyzed using direct numerical simulations of isotropic turbulence. Influences of cutoff wave number at different ranges of scale on the energetics and dynamics have been investigated. It is observed that subgrid-subgrid interaction dominates the turbulent dynamics when cut-off wave number locates in the energy-containing range while resolved-subgrid interaction dominates if it is in the dissipation range. By decomposing the subgrid energy transfer and nonlinear interaction into ‘forward’ and ‘backward’ groups according to the sign of triadic interaction, we find that individually each group has very large contribution, but the net of them is much smaller, implying that tremendous cancellation happens between these two groups. 展开更多
关键词 subgrid nonlinear interaction energy transfer large eddy simulation (LES) subgrid scale (SGS) direct numerical simulation isotropic turbulence
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声波扰动对大气湍流内外尺度与折射率功率谱函数的影响分析
9
作者 王明军 席建霞 +2 位作者 王婉柔 李勇俊 张佳琳 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2023年第12期159-169,共11页
声波是一种机械波,作为能量的载体,在大气湍流环境下传输会“扰动”湍流耗散率的变化,从而会影响湍流物理结构演化.本文基于声波能量和湍流能量平衡方程,结合湍流内外尺度和大气折射率功率谱函数,研究了在不同声波扰动下大气湍流的内外... 声波是一种机械波,作为能量的载体,在大气湍流环境下传输会“扰动”湍流耗散率的变化,从而会影响湍流物理结构演化.本文基于声波能量和湍流能量平衡方程,结合湍流内外尺度和大气折射率功率谱函数,研究了在不同声波扰动下大气湍流的内外尺度和折射率功率谱函数的变化特征.结果表明:不同声波的传播会使得湍流的内外尺度发生变化,声源功率越大,对湍流尺度的影响越大,然而声源频率越大,对湍流尺度的影响并不是特别明显;不同声波的传播会使大气折射率功率谱函数发生改变,在惯性区内,考虑到声波对湍流内外尺度的影响,不同声源对大气折射率功率谱的影响程度不同,在耗散区内,大气折射率功率谱都出现随声波传输距离波动的情况.本文探索声波扰动对大气湍流折射率功率谱函数特征参数的变化规律,为激光在声波扰动大气湍流中传输特性以及声光耦合研究提供理论依据. 展开更多
关键词 声波能量 大气湍流 湍涡尺度 功率谱模型
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格栅式底流消能掺气特性研究
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作者 葛亚飞 邱勇 +2 位作者 何沛山 普进兵 和云秋 《水电能源科学》 北大核心 2023年第11期99-103,共5页
对于底流消能,格栅的布置能够缩短消力池长度,使其更容易适应地形条件的变化。为此,通过FLOW-3D中的掺气模型对圆孔Γ形格栅式消力池内水气两相流进行数值模拟。结果表明,纵向临底掺气浓度沿程递减(由31.3%减小到8.0%),在格栅位置出现... 对于底流消能,格栅的布置能够缩短消力池长度,使其更容易适应地形条件的变化。为此,通过FLOW-3D中的掺气模型对圆孔Γ形格栅式消力池内水气两相流进行数值模拟。结果表明,纵向临底掺气浓度沿程递减(由31.3%减小到8.0%),在格栅位置出现明显下降,栅前(^(#)6断面)临底空穴数最小为5.6,格栅附近空穴数均在9.0左右,栅后空穴数远大于9.0;栅前沿轴线方向近底气泡尺寸沿程增大(由0.9 mm增大到8.1 mm),栅后近底板气泡尺寸则沿程减小(由1.6 mm减小到接近0 mm);流速较大区域较小直径的气泡在掺气减蚀中起主要作用,对混凝土固体边界的保护作用明显,包括格栅在内的消力池结构不易发生空蚀破坏。 展开更多
关键词 气泡尺度 湍动强度 掺气减蚀 底流消能 数值模拟
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南京市近地层湍流结构及输送特征研究 被引量:16
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作者 陈铭夏 李宗恺 王庆安 《气象科学》 CSCD 北大核心 2000年第2期111-119,共9页
本文利用“城市生物气溶胶研究”中的超声风温仪观测资料,对南京市近地层大气的湍流强度、相关系数、速度谱及通量输送等进行研究,得到南京市近地层湍流结构及输送特征的一些结论。
关键词 湍流 相关系数 湍流强度 湍流结构 输送特征
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亚格子尺度湍流特性研究 被引量:8
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作者 王兵 张会强 王希麟 《工程力学》 EI CSCD 北大核心 2006年第2期47-51,共5页
采用大涡模拟方法模拟了雷诺数ReH=18,400的后台阶湍流流动,研究了亚格子尺度湍流动能和湍流耗散的特性。给出了后台阶湍流流动的流场结构以及亚格子湍动能和亚格子湍耗散的空间分布结果,比较了大涡模拟预报湍流粘性以及等效计算粘性。... 采用大涡模拟方法模拟了雷诺数ReH=18,400的后台阶湍流流动,研究了亚格子尺度湍流动能和湍流耗散的特性。给出了后台阶湍流流动的流场结构以及亚格子湍动能和亚格子湍耗散的空间分布结果,比较了大涡模拟预报湍流粘性以及等效计算粘性。研究表明,亚格子尺度湍动能和亚格子湍耗散随着流动在空间的发展而呈现减弱趋势,回流区内亚格子湍动能和耗散较弱;在台阶截面(y/H=1处)亚格子湍动能和耗散最大。亚格子湍动能小于脉动动能统计量,亚格子粘性小于等效湍流模型粘性预报结果。 展开更多
关键词 湍流特性 大涡模拟 亚格子尺度 湍动能 湍耗散
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近地面大气湍流平均动能耗散率测量与分析 被引量:7
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作者 吴晓庆 聂群 方强 《力学学报》 EI CSCD 北大核心 2007年第6期721-726,共6页
用三维超声风速计测量了合肥地区风速脉动和温度脉动数据,并用二阶和三阶径向风速结构函数以及相似理论估算了湍流动能耗散率,估算结果基本一致.其与稳定度相关性分析表明.在大气处于中性条件下,湍流动能耗散率最大,并随|z/L|值增大而下... 用三维超声风速计测量了合肥地区风速脉动和温度脉动数据,并用二阶和三阶径向风速结构函数以及相似理论估算了湍流动能耗散率,估算结果基本一致.其与稳定度相关性分析表明.在大气处于中性条件下,湍流动能耗散率最大,并随|z/L|值增大而下降;Kolmogorov耗散尺度η与ε^(1/4)成反比,其与稳定度z/L的变化趋势与ε随z/L的变化趋势正好相反;C_n^2在大气处于中性条件下最小,并随|z/L|值的增大而增大,但在不稳定条件下C_n^2增大得更快.热力湍流内尺度不能用湍流动能耗散率ε进行计算,而应引入与温度θ梯度有关的耗散率ε_θ. 展开更多
关键词 大气湍流 平均动能耗散率 稳定度 热力湍流 内尺度
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在EBEX-2000实验资料中湍流耗散率、长度尺度和结构参数特征 被引量:7
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作者 刘树华 刘和平 +6 位作者 李洁 梁福明 王建华 Johnny C.L.CHAN AndrewY.S.CHENG 胡非 刘辉志 《大气科学》 CSCD 北大核心 2005年第3期475-481,共7页
采用2000年8月在美国加州棉花地两个高度上应用超声三分量仪、快速响应温度和湿度仪进行的EBEX2000(InternationalEnergyBalanceExperiment,2000,简称EBEX2000)风速三分量、温度和湿度湍流实验观测数据,计算分析了在不同稳定度下的湍流... 采用2000年8月在美国加州棉花地两个高度上应用超声三分量仪、快速响应温度和湿度仪进行的EBEX2000(InternationalEnergyBalanceExperiment,2000,简称EBEX2000)风速三分量、温度和湿度湍流实验观测数据,计算分析了在不同稳定度下的湍流能量和热量耗散率和湍流结构参数特征。并与Kansas和长白山原始森林湍流实验得到的结果进行了比较,得到了一些湍流特征量在不同下垫面情况下的一些有意义的特征。 展开更多
关键词 湍流 能量耗散率 长度尺度 结构参数 动量
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基于小波和双谱分析的湍流相干结构辨识 被引量:5
15
作者 张斌 王彤 +1 位作者 谷传纲 戴正元 《农业机械学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第11期203-207,共5页
为了从湍流信号中获取更多关于相干结构的定量信息,提出了一种基于小波和双谱分析的辨识相干结构的方法。该方法通过双谱和互相关分析合理地得到了包含相干结构信息的大涡信号,利用小波变换有效地提取出表征湍流多尺度相干结构的信号成... 为了从湍流信号中获取更多关于相干结构的定量信息,提出了一种基于小波和双谱分析的辨识相干结构的方法。该方法通过双谱和互相关分析合理地得到了包含相干结构信息的大涡信号,利用小波变换有效地提取出表征湍流多尺度相干结构的信号成份。建立了基于小波分析辨识湍流含能尺度的能量最大准则,以沟槽壁面减阻机理实验的湍流数据分析为例,验证了该方法的合理性和可靠性。 展开更多
关键词 湍流信号 相干结构 双谱 小波分析 含能尺度
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天然明渠减速流超大尺度湍流结构特性初步研究 被引量:2
16
作者 张鹏 段炎冲 +3 位作者 王永强 胡江 杨胜发 李文杰 《长江科学院院报》 CSCD 北大核心 2022年第9期77-83,共7页
为探究天然明渠减速流中超大尺度湍流结构特性,使用声学多普勒剖面流速仪(ADCP)和声学多普勒流速仪(ADV)对重庆河段开展了单条垂线以及水面区域固定点的三维瞬时流速测量,对紊动强度、超大尺度湍流结构波长以及湍动能占比等进行了分析... 为探究天然明渠减速流中超大尺度湍流结构特性,使用声学多普勒剖面流速仪(ADCP)和声学多普勒流速仪(ADV)对重庆河段开展了单条垂线以及水面区域固定点的三维瞬时流速测量,对紊动强度、超大尺度湍流结构波长以及湍动能占比等进行了分析。初步结果显示:在天然明渠减速流中仍然存在超大尺度湍流结构,其纵向尺度在沿水深方向上表现为先增大后减小的变化趋势;减速流中超大尺度湍流结构能够在水面区域维持自身结构且携带着大部分的湍动能。 展开更多
关键词 减速流 超大尺度湍流 拟序结构 功率谱 湍动能
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试探大气边界层湍流运动的若干问题 被引量:2
17
作者 张强 胡隐樵 《高原气象》 CSCD 北大核心 1996年第2期243-249,共7页
对湍流运动的几个基本理论问题作了一定程度的探讨。并根据湍流动能方程分析了大气边界层湍流产生和发展的能量机制,以此为判据推导出了湍流运动的尺度范围和物理含意较为清楚的混合长表达式。
关键词 大气边界层 混合长理论 湍流尺度 湍流运动
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可压缩混合层交界面附近湍动能特性的实验研究 被引量:1
18
作者 甘才俊 魏连风 +2 位作者 李烺 马汉东 熊红亮 《空气动力学学报》 EI CSCD 北大核心 2012年第6期704-708,共5页
利用粒子示踪、粒子图像测速(PIV)和纹影技术研究了对流马赫数Mc=0.38时大尺度结构主导的可压缩混合层界面特性,主要是超-亚声速来流与混合层交界面附近湍动能的增长率特性。研究结果表明:在混合层交界面附近,湍动能发展所需能量主要来... 利用粒子示踪、粒子图像测速(PIV)和纹影技术研究了对流马赫数Mc=0.38时大尺度结构主导的可压缩混合层界面特性,主要是超-亚声速来流与混合层交界面附近湍动能的增长率特性。研究结果表明:在混合层交界面附近,湍动能发展所需能量主要来自当地流体微团的可压缩性,占主导地位的是雷诺应力通过流向线变形向流体微元的输入功;而混合层内部则以雷诺应力通过流向剪切变形引起的输入功为主;此外,交界面附近的大尺度结构对流体微元的线变形输入功具有抑制作用。 展开更多
关键词 可压缩混合层 湍动能 大尺度结构 PIV技术
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湍流基础问题研究进展:能量传递,相互作用尺度,各向同性衰减的自保持性 被引量:5
19
作者 董务民 《力学进展》 EI CSCD 北大核心 2000年第1期95-144,共50页
为了更深入地了解湍流的物理过程,本文综述了各向同性湍流的基础问题.在评述了Kolmogorov能谱及能量级串过程后,深入讨论了Kolmogorov局部各向同性假设.接着综述了涉及能量传递的以及包括三元组相互作用的各向... 为了更深入地了解湍流的物理过程,本文综述了各向同性湍流的基础问题.在评述了Kolmogorov能谱及能量级串过程后,深入讨论了Kolmogorov局部各向同性假设.接着综述了涉及能量传递的以及包括三元组相互作用的各向同性湍流相互作用尺度的详细物理过程.还讨论了惯性区、自相似性以及小尺度对大尺度各向异性的响应和末期衰减过程.之后为了举例说明这些论点,详细讨论了根据各向同性湍流直接模拟及大涡模拟得到的结果(包括对亚格子模型的讨论).最后,综述了各向同性湍流的自保持性,并展望了今后的研究方向. 展开更多
关键词 湍流 各向同性 能量传递 相互作用 尺度 相似性
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利用能量最小多尺度模型预测圆射流的速度分布
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作者 余克志 张海 刘艳玲 《上海交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第8期1259-1263,共5页
将能量最小多尺度(EMMS)模型拓展到圆射流的研究.利用圆射流的稳定性条件,预测圆射流的流速分布.分析表明,湍流圆射流的速度分布指数为1.94.通过与实验结果的对比分析,EMMS模型的平均误差和最大误差分别是-0.69%和-10.57%,低于传统的Ga... 将能量最小多尺度(EMMS)模型拓展到圆射流的研究.利用圆射流的稳定性条件,预测圆射流的流速分布.分析表明,湍流圆射流的速度分布指数为1.94.通过与实验结果的对比分析,EMMS模型的平均误差和最大误差分别是-0.69%和-10.57%,低于传统的Gauss分布解、Tollmien解和G?rtler解. 展开更多
关键词 能量最小多尺度 圆射流 湍流 速度分布 耗散
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