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奇妙的“波浪云”——浅谈开尔文-亥姆霍兹不稳定性现象 被引量:4
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作者 杨绍琼 姜楠 《力学与实践》 北大核心 2014年第6期802-805,共4页
开尔文-亥姆霍兹不稳定性是两种流体作平行于水平界面的相对运动时的流动稳定性问题之一.文章从自然现象"波浪云"谈起,介绍了开尔文-亥姆霍兹不稳定性的理论定义、该不稳定性现象形成发展的过程及其流动可视化;并简单阐述了... 开尔文-亥姆霍兹不稳定性是两种流体作平行于水平界面的相对运动时的流动稳定性问题之一.文章从自然现象"波浪云"谈起,介绍了开尔文-亥姆霍兹不稳定性的理论定义、该不稳定性现象形成发展的过程及其流动可视化;并简单阐述了实验室和自然界中其他"类开尔文-亥姆霍兹不稳定"现象,重点介绍了梵高名画《星月夜》和笔者在从事沟槽壁面湍流场可视化实验中观察到的一种展向"类开尔文-亥姆霍兹涡棍"结构,指出它们的形成及发展演化是沟槽湍流减阻达到最优之后,减阻效应趋弱直至增阻的原因. 展开更多
关键词 波浪云 开尔文-霍兹不稳定性 开尔文-霍兹不稳定性现象 开尔文-霍兹涡棍
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黏性各向异性等离子体对Kelvin-Helmholtz不稳定性的影响
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作者 杨阳 曹玉脉 +1 位作者 王向丽 王佳琪 《西北师范大学学报(自然科学版)》 CAS 北大核心 2022年第1期51-57,共7页
基于磁流体力学方程组,采用计算机数值模拟,研究了等离子体中黏性各向异性对Kelvin-Helmholtz不稳定性的影响.分别从密度和磁场分布、涡流结构演化、熵的空间分布和能量转化的角度讨论了黏性各向异性对Kelvin-Helmholtz不稳定性的影响,... 基于磁流体力学方程组,采用计算机数值模拟,研究了等离子体中黏性各向异性对Kelvin-Helmholtz不稳定性的影响.分别从密度和磁场分布、涡流结构演化、熵的空间分布和能量转化的角度讨论了黏性各向异性对Kelvin-Helmholtz不稳定性的影响,并且与黏性各项同性的结果进行对比.数值模拟结果表明,在Kelvin-Helmholtz不稳定性演化过程中,黏性各向同性和各向异性等离子体剪切界面密度越低的位置,涡量越大,熵值也越大.相比黏性各向同性,黏性各向异性等离子体对Kelvin-Helmholtz不稳定性有抑制作用. 展开更多
关键词 磁流体 开尔文-霍兹不稳定性 黏性各向异性
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纵向沟槽壁面湍流边界层内类开尔文-亥姆霍兹涡结构的流动显示 被引量:7
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作者 杨绍琼 崔宏昭 姜楠 《力学学报》 EI CSCD 北大核心 2015年第3期529-533,共5页
纵向沟槽壁面的湍流边界层,当沟槽的脊-脊内尺度无量纲展向间距s^+在一定范围内,与光滑壁面湍流边界层相比,具有减阻效应;并在s^+约为17个黏性长度单位时减阻效果达到最优,之后其减阻趋弱,直至增阻;其原因可能是沟槽壁面湍流边界层由于&... 纵向沟槽壁面的湍流边界层,当沟槽的脊-脊内尺度无量纲展向间距s^+在一定范围内,与光滑壁面湍流边界层相比,具有减阻效应;并在s^+约为17个黏性长度单位时减阻效果达到最优,之后其减阻趋弱,直至增阻;其原因可能是沟槽壁面湍流边界层由于"开尔文-亥姆霍兹"不稳定性而产生的一种"类开尔文-亥姆霍兹"展向涡结构.实验采用烟雾流动显示技术,首次在风洞中显示了这种"类开尔文-亥姆霍兹"展向涡结构,确认了其存在性,并在概念上简单勾勒了其结构模型. 展开更多
关键词 湍流边界层 开尔文-霍兹不稳定性 “类开尔文-霍兹”涡 沟槽 流动显示
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黏性各向异性磁流体Kelvin-Helmholtz不稳定性:二维数值研究 被引量:1
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作者 刘迎 陈志华 郑纯 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2019年第3期187-194,共8页
利用corner transport upwind和constrained transport算法求解非理想磁流体动力学方程组,对匀强平行磁场作用下,黏性各向异性等离子体自由剪切层中的Kelvin-Helmholtz不稳定性进行了数值模拟.从流动结构、涡结构演化、磁场分布、横向... 利用corner transport upwind和constrained transport算法求解非理想磁流体动力学方程组,对匀强平行磁场作用下,黏性各向异性等离子体自由剪切层中的Kelvin-Helmholtz不稳定性进行了数值模拟.从流动结构、涡结构演化、磁场分布、横向磁压力、抗弯磁张力等角度对各向同性和各向异性黏性算例结果进行了讨论,分析了黏性各向异性对Kelvin-Helmholtz不稳定性的影响.结果表明,黏性各向异性比黏性各向同性更利于流动的稳定.其稳定性作用是由于磁感线方向上剪切速率降低导致界面卷起程度和圈数的降低,并使卷起结构中小涡产生增殖、合并,破坏了涡的常规增长,从而导致流动的稳定.黏性各向异性对横向磁压力的影响比对抗弯磁张力更大. 展开更多
关键词 磁流体动力学 开尔文-霍兹不稳定性 黏性各向异性
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基于界面追踪法的Kelvin-Helmholtz不稳定性直接数值模拟 被引量:1
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作者 过海龙 张莹 +1 位作者 李文彬 李培生 《内燃机工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第3期16-25,共10页
利用界面追踪法对三组分不混溶流体的开尔文亥姆霍兹不稳定性(Kelvin-Helmholtz instability,KHI)进行直接数值模拟。并针对中间流体层密度及黏度、重力、表面张力及剪切力对KHI的影响进行了着重探讨。研究结果表明,理查德森数增大不仅... 利用界面追踪法对三组分不混溶流体的开尔文亥姆霍兹不稳定性(Kelvin-Helmholtz instability,KHI)进行直接数值模拟。并针对中间流体层密度及黏度、重力、表面张力及剪切力对KHI的影响进行了着重探讨。研究结果表明,理查德森数增大不仅能够抑制界面的演化,同时还会限制界面的退化。除此之外,卷起高度和KHI的增长速率与弗劳德数之间呈正相关关系。表面张力能够抑制KHI向内发展,随着表面张力系数的增大,KHI向内的发展会逐渐变慢。但当波数较小时,表面张力对KHI向上发展的影响很小,且当界面的波数大于4时不会触发KHI的典型形式。剪切力越大,界面卷起高度和增长速率越大。 展开更多
关键词 开尔文霍兹不稳定性 界面跟踪法 卷起高度 增长速率 界面比较
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剪切流对双撕裂模不稳定性的影响
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作者 孙光兰 艾凌艳 董春颖 《廊坊师范学院学报(自然科学版)》 2020年第2期38-41,共4页
采用二维可压缩磁流体模型,在平板位型下研究了剪切流对双撕裂模不稳定性的影响。具体分析剪切流的幅值和流剪切对双撕裂模不稳定性的影响,发现剪切流幅值越大,剪切流对双撕裂模抑制效果越好,而流剪切强度对双撕裂模的影响受剪切流幅值... 采用二维可压缩磁流体模型,在平板位型下研究了剪切流对双撕裂模不稳定性的影响。具体分析剪切流的幅值和流剪切对双撕裂模不稳定性的影响,发现剪切流幅值越大,剪切流对双撕裂模抑制效果越好,而流剪切强度对双撕裂模的影响受剪切流幅值的影响。当剪切流幅值较小时流剪切强度对双撕裂模演化时间的影响是非线性的,当剪切流幅值较大时,流剪切强度越大双撕裂模的演化时间越长,抑制作用越强。综合来看,剪切流幅值对双撕裂模的影响更大。 展开更多
关键词 剪切流 双撕裂模不稳定性 开尔文-亥姆赫兹不稳定性
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基于大涡模拟的圆柱绕流剪切层不稳定性 被引量:4
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作者 郭志远 虞培祥 欧阳华 《上海交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第8期924-933,共10页
圆柱绕流是一种常见的流体力学研究对象,随着雷诺数(Re)增加,其下游尾迹剪切层中会产生开尔文-亥姆霍兹不稳定性现象.利用大涡模拟方法,数值求解中等Re(Re=2000,3900,5000)的圆柱绕流问题,可得圆柱下游的精细化流场,继而开展对剪切层不... 圆柱绕流是一种常见的流体力学研究对象,随着雷诺数(Re)增加,其下游尾迹剪切层中会产生开尔文-亥姆霍兹不稳定性现象.利用大涡模拟方法,数值求解中等Re(Re=2000,3900,5000)的圆柱绕流问题,可得圆柱下游的精细化流场,继而开展对剪切层不稳定性的深入研究.为获得剪切层不稳定性的特征频率,分别采用传统的监测点分析与局部流场的动态模态分解方法进行计算.结果显示,两种方法得到的频率基本一致.不过,相比传统方法,动态模态分解方法一方面能克服人为选择监测点带来的随机误差,较便捷地给出剪切层不稳定性特征频率,另一方面还能进一步通过不同流场模态分析出不同Re对剪切层不稳定性特性的影响. 展开更多
关键词 圆柱绕流 开尔文-霍兹不稳定性 大涡模拟 动态模态分解
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水下固体火箭发动机垂直气体射流结构和推力影响研究 被引量:5
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作者 张小圆 李世鹏 +4 位作者 杨保雨 王宁飞 郑庆 王勇 童悦 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第5期961-969,共9页
为了探究高背压水介质条件下,固体火箭发动机垂直气体射流在浮力影响下的流场结构和发动机推力特点,建立了轴对称几何模型,在考虑有/无浮力的条件下,采用VOF(Volume of fluid)多相流模型进行气体-水两相耦合仿真计算,获取尾流气体射流... 为了探究高背压水介质条件下,固体火箭发动机垂直气体射流在浮力影响下的流场结构和发动机推力特点,建立了轴对称几何模型,在考虑有/无浮力的条件下,采用VOF(Volume of fluid)多相流模型进行气体-水两相耦合仿真计算,获取尾流气体射流流场结构,以及发动机尾部壁面受力和推力振荡曲线进行分析。研究结果表明,考虑浮力的仿真结果更加符合试验结果;射流动量段气体的马赫数分布会导致喷管出口附近的气-水界面产生周期性胀鼓-颈缩,从而引起尾部空间背压振荡,在设计工况下,尾部压力变化范围为环境水深压强的0.327到2.43倍;背压振荡将引起尾壁面受力振荡和推力振荡,振荡频率为736.89Hz;气体射流喷出过程中,气-水界面由速度梯度主导的开尔文-亥姆赫兹(K-H)不稳定性逐渐转变为由重力和浮力主导的瑞利-泰勒(R-T)不稳定性。 展开更多
关键词 水下气体射流 胀鼓和颈缩 激波胞室 推力振荡 开尔文-亥姆赫兹不稳定性 瑞利-泰勒不稳定性
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橡胶复合靶板抗射流侵彻的理论和实验研究 被引量:6
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作者 祖旭东 黄正祥 贾鑫 《爆炸与冲击》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第4期376-383,共8页
根据射流侵彻橡胶复合靶板后射流变形情况,将橡胶复合靶板抗射流侵彻过程分为4个阶段。基于应力波传播理论和开尔文-亥姆霍兹不稳定性对橡胶复合靶板抗射流侵彻过程进行了理论分析,得到射流失稳时射流的速度区间及橡胶复合靶板对射流的... 根据射流侵彻橡胶复合靶板后射流变形情况,将橡胶复合靶板抗射流侵彻过程分为4个阶段。基于应力波传播理论和开尔文-亥姆霍兹不稳定性对橡胶复合靶板抗射流侵彻过程进行了理论分析,得到射流失稳时射流的速度区间及橡胶复合靶板对射流的干扰频率,并分析了射流侵彻橡胶复合靶板后的剩余侵彻能力。分析了橡胶夹层厚度变化和橡胶复合靶板倾角对橡胶复合靶板抗射流干扰的影响,得到最佳橡胶夹层厚度和倾角,并通过实验对理论结果进行了验证。结果表明,开尔文-亥姆霍兹不稳定性能很好地分析橡胶复合靶板对射流的干扰作用。橡胶复合靶板在倾角为60°、橡胶夹层厚度为3~3.5 mm时具有最佳防护性能。 展开更多
关键词 流体力学 干扰能力 开尔文-霍兹不稳定性 橡胶复合板 射流 防护性能
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土星千米波辐射源及磁层内磁力线弯曲 被引量:1
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作者 王翼 陈出新 《地球物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2007年第3期672-677,共6页
本文提出一个模型,通过此模型得到土星千米波辐射源(Saturn’s Kilometrlc Radiation Source)的分布.这个模型就是:磁层顶的开尔文一亥姆霍兹不稳定性(Kelvin-Helmholtz Instability)会导致阿尔芬波沿着弯曲的磁力线传播到土星... 本文提出一个模型,通过此模型得到土星千米波辐射源(Saturn’s Kilometrlc Radiation Source)的分布.这个模型就是:磁层顶的开尔文一亥姆霍兹不稳定性(Kelvin-Helmholtz Instability)会导致阿尔芬波沿着弯曲的磁力线传播到土星极区附近,并在这个过程中使土星电离层附近(1Ra高度,Ra为土星半径)的粒子加速沉降,发生回旋不稳定性(Cyclotron MaserInstability),进而产生R—x模式辐射的非寻常波(Extraordinarywave).我们认为,极区发生回旋不稳定性的区域就是土星千米波辐射源的区域.本文求出了磁层顶附近开尔文一亥姆霍兹不稳定性发生在土星本地时(Saturn’s Local Time)11 LT以前,得出了阿尔芬波沿磁力线传播到土星需要约38.3min,求解出向阳面磁力线弯曲了约80°,最后得出土星千米波辐射源分布从黎明段的7~9LT延伸到傍晚段的18LT,并且黎明段分布的纬度比傍晚段低. 展开更多
关键词 土星 千米波 开尔文-霍兹不稳定性 阿尔芬波 磁力线弯曲 辐射源分布
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涡量动力学:对几个看点的反思 被引量:8
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作者 毛峰 高安康 吴介之 《气动研究与试验》 2023年第2期1-22,共22页
涡量动力学是横场的理论基础,发展得比纵场理论成熟。由于在这个领域已有若干专著和教科书,本文只专注于涡量动力学几个值得进一步探讨的方面,而且仅聚焦于无界流体中的有关理论。首先,讨论了涡量运动学的三个复杂问题:涡量和流体元角... 涡量动力学是横场的理论基础,发展得比纵场理论成熟。由于在这个领域已有若干专著和教科书,本文只专注于涡量动力学几个值得进一步探讨的方面,而且仅聚焦于无界流体中的有关理论。首先,讨论了涡量运动学的三个复杂问题:涡量和流体元角速度的关系;沿弯曲迹线运动的流体元角速度如何分解成公转和自旋两种形态;作为一个矢量场,涡量线的不动点和极限环如何导致涡量面和涡量管具有非直观的复杂特性。其次,按照加速度是否无旋,简要评述了一般意义下的两类涡运动(“涡”的严格定义仍不存在)。加速度无旋意味着自由的涡运动,和牛顿质点的惯性运动相对应,无始无终;其动力学退化为纯运动学,涡运动所具有的各种物理属性被冻结为拉格朗日不变量。加速度有旋则导致不自由的涡运动,使之受力而具有动理学原因。对涡运动最普遍的约束力来自黏性,它使现实的涡量场有始有终。对于二维流和某些三维流,可以解析地判断不自由涡运动如何偏离相应的虚拟自由涡运动。再次,在自由涡运动和不自由涡运动之间有个桥梁,即黏性或雷诺数的倒数非零但趋于零时出现的物质面涡,它是一族物质涡量面的浓缩形态和黏性剪切层的简化模型。这个模型的独特重要性在于无论黏性多小,在流体中运动的固体总包着一层附着面涡为其紧身衣;由于固有的运动学自诱导,一个自由面涡会自发地卷绕而形成卷紧的轴状涡。 展开更多
关键词 横场 运动学 动力学 流体微元的自转与公转 涡量线/面/管 环量 霍兹定理 拉格朗日-柯西定理 开尔文定理 自由和受限涡运动 拉格朗日不变量 剪切层 涡层
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流体力学
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作者 靳绍巍 《国外科技新书评介》 2012年第1期7-8,共2页
流体力学是目前物理学、数学和工程学发展最活跃的领域之一。本书从一名物理学家的视角来重新审视流体力学的基本概念,书中使用从日常生活中得到的例子,从厨房下水槽道的水跃现象到云彩中的开尔文.亥姆霍兹不稳定性现象,使得读者能... 流体力学是目前物理学、数学和工程学发展最活跃的领域之一。本书从一名物理学家的视角来重新审视流体力学的基本概念,书中使用从日常生活中得到的例子,从厨房下水槽道的水跃现象到云彩中的开尔文.亥姆霍兹不稳定性现象,使得读者能够更好地了解他们生活的世界。 展开更多
关键词 流体力学 物理学家 不稳定性 霍兹 工程学 开尔文 生活 数学
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Saturation level of Alfvén waves driven by Kelvin–Helmholtz instability
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作者 Ling Chen Dejin Wu +1 位作者 Guoqing Zhao Jing Huang 《Chinese Science Bulletin》 SCIE EI CAS 2014年第28期3536-3542,共7页
Alfve′n waves(AWs) can play an important role in the macroscopic dynamics as well as in the microscopic wave–particle interaction in various magnetoplasma environments. A very wide observed range of the relative amp... Alfve′n waves(AWs) can play an important role in the macroscopic dynamics as well as in the microscopic wave–particle interaction in various magnetoplasma environments. A very wide observed range of the relative amplitude of magnetic fluctuations of AWs from lower than 10-3in the terrestrial magnetosphere up to *1in the solar wind implies the complexity of saturation mechanisms of AWs. Taking account of the ion-neutral collision damping in a partially ionized plasma, the saturation level of AWs driven by the Kelvin–Helmholtz(K–H) instability is investigated in this paper. The intensified magnetic field due to the excited AWs may result in the saturation of the excited AWs when the growth rate is balanced by the damping rate. An equation determining the saturation level of the AWs is obtained. The results show that, for a fixed-frequency wave, the saturation level of the AWs considerably increases as the ionization degree increases as well as the sheared-flow velocity. On the other hand, for a fixed ionization degree the saturation level of the AWs slightly increases as the plasma b increases but decreases as the wave frequency increases. These results have potential importance for us to estimate the saturation level of AWs in space and astrophysical plasmas. 展开更多
关键词 阿尔芬波 不稳定性 霍兹 饱和度 开尔文 驱动 等离子体环境 AWS
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