水平切变线上涡层不稳定理论

文中打破了传统的 Kelvin- Helmholtz研究切变不稳定的观点 ,考虑了强涡度切变存在时切变线已构成了一个涡层 ,这时切变线的不稳定问题就变为涡层的不稳定问题。同时考虑由涡层所产生的诱导速度 ,从理论上得到了水平切变线上涡层不稳定必要条件的判据 ,即必须满足 (1 - Rv+Rid) >0 ,且有 U(y,t) >U(A(t) )与之相配合。这表明环境场的配置制约着切变线上扰动的发展 ,这种中尺度扰动同环境场存在着相互作用。文中还用具体个例对如何计算不稳定必要条件做了解释和说明。

Multhopp 网格在弯曲涡层计算中的超收敛性问题

本文从理论上分析了Ｍｕｌｔｈｏｐｐ网格在弯曲涡面积分方程求解中的数值方法和超收敛性问题；并通过算例验证，证实Ｍｕｌｔｈｏｐｐ网格应用于弯曲涡层时，的确同样具有远大于其它任何网格计算的超收敛速度。

近壁旋转圆柱流场特性数值模拟分析

[目的]为探讨近壁旋转圆柱尾流及流体力特性,对典型间隙比下旋转圆柱绕流进行研究。[方法]对雷诺数Re=200下3种典型间隙比(G/D=0.2,0.8,1.4)的旋转圆柱绕流展开数值模拟,对比不同间隙比和转速比下的圆柱尾流及流体力特性。[结果]结果显示:当G/D=0.2时,圆柱表面脱涡会受到显著抑制,圆柱表面升阻力无波动;当G/D=0.8和1.4且转速比较低时,会发生“尾流涡”脱落现象,其结构与2S模式相似,升阻力系数呈正弦周期性波动,振幅较小;当正旋转速较大时,圆柱表面无漩涡脱落,形成稳定的D模式尾流(随转速比增大由D+模式变为D-模式),“尾流涡层”与“壁面涡层”发生分离,“壁面涡”呈现多周期性脱落现象,升阻力系数呈多周期波动,振幅显著增大;当反旋转速较大时,圆柱表面被一层正涡量的涡层包裹,漩涡脱落受到显著抑制,升阻力无波动。[结论]所得结论可为高效流动控制技术发展提供参考。

三角翼前缘脱体涡和尾涡的卷起及其相互作用

本文应用二维非定常比拟和恪子涡(Vortex-in-Cell)方法,数值模拟了三角翼前缘涡层的卷起以及与尾涡的相互作用。由于使用了数千个点涡和较小的空间网格,获得了前缘涡层小涡配对出现的较大的离散涡,模拟了紧卷涡层的不稳定现象。这是以前类似的工作未曾实现的。

二维旋涡相互作用的数值模拟

本文基于流函数和涡量满足的Poisson方程,使用格子涡数值方法,研究无粘流体二维旋涡的相互作用,特别是旋涡的组对和扯裂现象;讨论旋涡之间位相、强度、初始扰动等对旋涡相互作用过程的影响。

横向射流动态流场特征的高帧频实验研究

在横向射流流场中,各种涡结构运动对射流轨迹变化和标量混合有着决定性影响,但目前仍然缺乏输运过程中剪切层涡高频动态特性的相关研究。本文基于40 kHz高频粒子图像测速(Particle Image Velocimetry,PIV)技术和20 kHz丙酮平面激光诱导荧光(Acetone Planar Laser Induced Fluorescence,Acetone PLIF)技术研究了不同直径喷嘴、不同速度比下的横向射流高频动态流场特征和标量场浓度分布规律,以及湍流细微结构的形成和破碎过程。速度场和标量场的实验测量表明增大速度比对回流区的生长起促进作用;通过拟合得到了射流轨迹、速度分布及剪切层涡运动轨迹方程,射流速度沿轨迹呈指数下降,剪切层涡强度与涡运动频率也呈下降趋势,且迎风侧剪切层涡运动频率略低于背风侧;随着射流速度增大,剪切层涡运动频率逐渐增大,斯特劳哈尔数降低。

黄河中游一次大暴雨的观测分析与数值模拟

利用常规观测资料、FY-2E TBB资料、地面加密自动气象站资料等,对2013年7月9日黄河中游地区(山西)暴雨过程进行了观测分析,利用WRF中尺度模式输出结果分析了低层切变线及其附近中尺度扰动的演变特征、动热力结构及水汽特征,以及低层偏东北气流的性质和作用等。结果表明:暴雨大暴雨是由700 h Pa切变线附近激发的4个中尺度对流云团直接造成的;低层稳定的切变线附近形成的中尺度扰动低涡,与地面中尺度露点锋和中尺度辐合线共同作用,触发了中尺度对流云团的发生、发展。受来自低层西路和东北路两支冷空气夹挤,暴雨区暖湿空气沿东南—西北向被迫抬升,形成一个狭窄的沿西路冷空气爬升的倾斜上升气流区,在其两侧形成两个方向相反的次级环流圈。水汽辐合中心在边界层附近,但这不是造成暴雨大暴雨的主要原因。低层辐合上升运动持续增强,偏南风入流将水汽向暴雨区集中,而次级环流的上升支将水汽向高层输送,使得暴雨区上空局地整层可降水量持续增加,以及对流不稳定和对称不稳定共存,加强了涡层不稳定,水汽在强不稳定的环境中沿倾斜上升气流抬升凝结,并高效率下降,可能是此次暴雨大暴雨的重要原因。低层偏东北气流为干冷与暖湿的一个倾斜交界面,该面上各种气象要素并不均匀,但在其中心区域低层为温度的零平流区,以及垂直速度、涡度和散度等物理量的零线区;围绕该支气流形成一个反气旋式的次级环流圈;该支气流两侧均存在较大垂直风切变,随着该支气流的南压和向河套地区的深入,低层暖湿气流的上升辐合作用不断加强,下沉支也逐渐活跃,是中尺度对流系统发生发展的重要触发机制之一。

一次飑线过程中雷达回波的组织结构变化及成因分析

利用ARPS模式的3DVAR系统同化多部实况雷达反射率资料得到初始场,再利用WRF模式对2013年7月4—5日发生在江淮地区的一次飑线过程进行数值模拟,研究了此次过程中雷达回波强度变化的原因。模拟及实况观测均发现本次飑线从东西带状结构经1 h左右演变成东北-西南向的多条带状弱回波结构。分析发现,在变化初期阶段,东西向带状回波的南侧平行出现多个对流单体,北侧的带状回波衰减形成的偏冷出流与低层西南暖湿气流持续交汇,激发对流单体新生并入主对流带后,又使对流带由最初较长的准东西向变为短的东北-西南向回波;在变化中后期阶段,中低层切变加强引起强的涡层出现,进而引发涡层不稳定,使切变线上的小扰动增多导致回波中的小对流单体增多,无法组织成为强回波带,回波带变得松散,同时涡层不稳定以及回波的减弱导致降水变得更不均匀。

低质量比舵系统流致振动特征研究

考虑到舵的展弦比对其振动特性可能造成影响,将经典两自由度系统动力方程进行参数修正。方程中代表惯性效应的项引入附加质量修正系数,而环量项引入环量修正系数,并通过MATLAB编程求解方程得到了不同来流速度时舵系统的时历曲线以及相轨线;随着来流速度的增加,相轨线的形状趋于扁平化,这意味着系统的动能可以转化为更大的势能;此外,利用有限体积法结合半隐式积分法对计算区域进行离散,并选择SIMPLE算法对离散后的控制方程进行求解,从而模拟了流体作用下舵系统的瞬态运动,分析了舵系统发生颤振时的绕流场变化。发现在舵的上表面,前缘和刚心之间的涡不断向后缘扩散,并在刚心和后缘之间形成了明显的涡层,此时舵的上表面形成一个完整的涡层,这与系统做衰减运动时有所不同;并且系统会出现大角度的俯仰运动,此时前缘和刚心之间出现较大的涡量。

等速上仰翼型尾部流动观察及动态失速机理探讨

在尾缘处置氢气泡铂丝,观察了上仰翼型自尾缘流入尾迹的涡层。基于尾涡层及(以往)上翼面分离涡的观察,用涡动力学理论,探讨了动态失速的机理,并解释了新的失速现象。

进气道喘振诱发因素及其可靠性分析

针对飞机进气道的典型故障—喘振的诱发因素进行全方位的分析论证 ,并为从事航空工程的人员提供一种对动力装置整体性能进行可靠性评估方案 ,篇末对世界上比较先进的进气道气动设计思想及其喘振机理进行分析 。

绕扁长椭球体三维分离的积分法

本文利用三维积分边界层法并结合流线法决定涡层型流动分离。由三维不可压湍流边界层方程求得边界层参数后,按流线法计算粘性流线。作为算例,研究了一带迎角的扁长椭球体在不可压缩湍流里的绕流,经与水洞里所观察到的α=15°流型的对比,二者基本一致。

涡量动力学:对几个看点的反思

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。

结冰翼型前缘下垂变弯度容冰特性改善机制

传统容冰气动力优化设计方法难以完全兼顾常规飞行和结冰状态对翼型几何特征的矛盾需求。依据前缘下垂变弯度的思路创新性地提出了一种能有效协调和解耦翼型气动/容冰特性的解决方案。针对GLC305-944结冰翼型典型过失速状态开展了基于IDDES(Improved Delayed Detached Eddy Simulation)方法的前缘下垂前后容冰特性对比分析,表明前缘下垂后结冰翼型失速特性显著改善,前缘吸力以压力平台形式恢复,分离泡形态由大尺度全局回流退化到冰角后方的局部流动结构,湍流脉动影响范围约束于前缘近壁面有限区域内。由于前缘下垂后冰角与当地壁面组成类凹腔结构,剪切层涡系经短暂发展后能迅速在壁面附近触发掺混融合-动量输运效应,有效促进再附过程,导致时均再附点提前、混合层厚度降低、分离泡几何尺度减缩,这是容冰特性改善的主要机制。