沙纹床面振荡流边界层的三维格子玻尔兹曼模拟研究

将壁面自适应局部涡黏(WALE)模型引入三维格子玻尔兹曼模型,对沙纹床面上的振荡流边界层运动进行了模拟,并与Smagorinsky模型的模拟结果进行了比较.结果表明,在振荡流沙纹床面模拟中,WALE模型与Smagorinsky模型均获得与已有实验结果吻合较好的垂向流速剖面,但WALE模型可以更好地反映粗糙紊流的特性.引入WALE模型的LB模型模拟得到的沙纹床面形状摩阻系数和肤面摩阻系数结果与前人数模结果一致,床面总摩阻力中形状摩阻相比肤面摩阻占主要部分.该模型可进一步应用于振荡流作用下沙纹床面紊流边界层运动特性的系统研究.

平板和翼型壁面上振荡流底边界层中拟序涡结构运动演化的大涡模拟研究

本文结合飞行器和船舶减阻机理的研究 ,利用大涡模拟的方法 ,建立了模拟振荡流边界层湍流运动特性的数学模型 ,进而对飞行器和船舶设计中遇到的 ,较为典型的两种边界层流动中拟序涡的生成过程进行模拟研究 ,计算结果表明 ,在振荡流加速阶段 ,靠近壁面处的流动由于剪切层的不稳定性而产生紊动 ,但受到主流的抑制不能得到充分发展 ;振荡流随着减速阶段的开始 ,紊动逐步变得更加强烈 ,并形成拟序涡结构。本文工作为进一步研究如何控制或适应边界层中湍流结构 。

振荡流边界层中颗粒受力的三维格子玻耳兹曼模拟

应用格子玻耳兹曼方法对振荡流边界层中单个颗粒在近壁面处的受力进行了三维模拟,计算结果与已有数值模拟结果(雷诺数为300)和实验结果(雷诺数为2000)进行了比较,吻合均较好。计算结果表明,当雷诺数为300时,在振荡流做正反向运动时力系数的幅值变化过程相同,横向涡量的空间分布具有对称性。雷诺数为2000时,紊动增强使力系数在不同流动方向时的变化有所差异,而且横向涡量的分布呈现非对称性,这时颗粒受到横向力作用。