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On hairpin vortex generation from near-wall streamwise vortices 被引量:5
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作者 Yinshan Wang Weixi Huang Chunxiao Xu 《Acta Mechanica Sinica》 SCIE EI CAS CSCD 2015年第2期139-152,共14页
The generation of a hairpin vortex from near-wall streamwise vortices is studied via the direct numerical simulation(DNS) of the streak transient growth in the minimal channel flow at Re_τ- 400.The streak profile i... The generation of a hairpin vortex from near-wall streamwise vortices is studied via the direct numerical simulation(DNS) of the streak transient growth in the minimal channel flow at Re_τ- 400.The streak profile is obtained by conditionally averaging the DNS data of the fully developed turbulent channel flow at the same Reynolds number.The near-wall streamwise vortices are produced by the transient growth of the streak which is initially subjected to the sinuous perturbation of the spanwise velocity.It is shown that the arch head of the hairpin vortex first grows from the downstream end of the stronger streamwise vortex and then connects with the weaker,opposite-signed streamwise vortex in their overlap region,forming a complete individual hairpin structure.The vorticity transport along the vortex lines indicates that the strength increase and the spatial expansion of the arch head are due to the stretching and the turning of the vorticity vector,respectively.The hairpin packets could be further produced from the generated individual hairpin vortex following the parent-offspring process. 展开更多
关键词 hairpin vortex Streamwise vortex Streak transient growth
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Liutex identification on hairpin vortex structures in a channel based on msfle and moving-PIV 被引量:2
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作者 Xin-ran Tang Xiang-rui Dong +1 位作者 Xiao-shu Cai Wu Zhou 《Journal of Hydrodynamics》 SCIE EI CSCD 2021年第6期1119-1128,共10页
The spatiotemporal evolution of hairpin vortex structures in a fully developed turbulent boundary layer is investigated qualitatively and quantitatively by using two image methods.In this paper,the moving single-frame... The spatiotemporal evolution of hairpin vortex structures in a fully developed turbulent boundary layer is investigated qualitatively and quantitatively by using two image methods.In this paper,the moving single-frame and long-exposure(MSFLE)image method is used to intuitively track the evolution process of a hairpin vortex,while the moving particle image velocimetry(moving-PIV)method is applied for obtaining a moving velocity field for quantitative analysis.According to the structural characteristics of the hairpin vortex,an inclined light sheet with an appropriate inclination of 53°is arranged to capture the complete hairpin vortex structure at Re_(θ)=97–194.In addition,the core size and the rotational strength of a hairpin vortex are further defined and quantified by the Liutex vector method.The evolution process of a complete hairpin vortex structure observed by MSFLE shows that the shear along the normal direction leads to an increasing strength of the hairpin vortex,accompanied by a lifting vortex head and a distance decrease between two vortex legs during the dissipation period.By combining moving-PIV with the Liutex identification,the spatiotemporal evolution of four typical regions of a hairpin vortex projecting into a 53°cross-section is obtained.The results show that the process from the generation to the dissipation of a single hairpin vortex can be well characterized and recorded by the Liutex based on the core size and rotational intensity,and the evolution process is consistent with the MSFLE result.According to the statistics of vortex core size and rotation intensity along time,the evolution of the hairpin vortex necks and legs can be described as a process of enhancement followed by dissipation.For the vortex head,its evolution maintains longer attributed to its far-from-wall position,which consists of an absolute enhancement process(stage 1)with an increasing rotation strength and a constant core size,and an absolute dissipation(stage 2)with a decreasing rotation strength and a constant core size. 展开更多
关键词 Turbulent boundary layer hairpin vortex moving single-frame and long-exposure moving particle image velocimetry(PIV) Liutex vortex identification method
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Physics of multiple level hairpin vortex structures in turbulence 被引量:2
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作者 Yi Qian Wang Hassan Al-Dujaly +2 位作者 Yong Hua Yan Ning Zhao Chao Qun Liu 《Science China(Physics,Mechanics & Astronomy)》 SCIE EI CAS CSCD 2016年第2期91-101,共11页
Previous experimental and numerical studies have revealed that the hairpin vortex is a basic flow element of transitional boundary layer. The hairpin vortex is believed to have legs, necks and a ring head. Based on ou... Previous experimental and numerical studies have revealed that the hairpin vortex is a basic flow element of transitional boundary layer. The hairpin vortex is believed to have legs, necks and a ring head. Based on our DNS study, the legs and the ring head are generated separately by different mechanisms. The legs function like an engine to generate low speed zones by rotation, create shear layers with surrounding high speed neighbor fluids, and further cause vortex ring formation through shear layer instability. In addition, the ring head is ?-shaped and separated from quasi-streamwise legs from the beginning. Contrary to the classical concept of "vortex breakdown", we believe transition from laminar flow to turbulence is a "buildup" process of multiple level vortical structures. The vortex rings of first level hairpins are mostly responsible for positive spikes, which cause new vorticity rollup, second level vortex leg formation and finally smaller second level vortex ring generation. The third and lower level vortices are generated following the same mechanism. In this paper, the physical process from ?-vortex to multi-level hairpin vortices is described in detail. 展开更多
关键词 多层次结构 涡结构 物理过程 湍流 数值研究 剪切层 边界层 DNS
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航行体出水过程空化结构演变与溃灭载荷特性研究
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作者 高山 施瑶 潘光 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2024年第2期306-314,共9页
高速航行体肩部附着空泡穿越自由液面过程中发生溃灭现象,将产生巨大的冲击载荷,严重影响航行体出水姿态和结构安全性。该研究采用改进型分离涡模型,建立了水下发射非定常空化特性数值模拟方法。结果表明:航行体附着空泡出水过程自上而... 高速航行体肩部附着空泡穿越自由液面过程中发生溃灭现象,将产生巨大的冲击载荷,严重影响航行体出水姿态和结构安全性。该研究采用改进型分离涡模型,建立了水下发射非定常空化特性数值模拟方法。结果表明:航行体附着空泡出水过程自上而下发生溃灭现象,在溃灭末期收缩为较小的孤立空泡,溃灭产生的高速射流冲击结构表面;在出水过程中,水面附近的“反向旋转涡对”导致附着空泡发生了快速溃灭现象,以发卡涡为代表的壁面涡旋结构发展明显受到附着空泡的抑制;空泡溃灭末期的孤立泡产生了巨大的冲击压力峰值,对航行体结构安全性将造成巨大破坏。初期航行体迎流侧空泡溃灭行为也会导致较大的压力峰值出现。 展开更多
关键词 航行体 出水 空泡 溃灭载荷 发卡涡
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湍流边界层均匀动量区统计分形特性的PIV实验研究
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作者 陈怡纯 田海平 +1 位作者 马国祯 陈纪仲 《力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第1期34-44,共11页
均匀动量区(UMZs)作为动量相近的局部区域成为新的湍流拟序结构成员,研究其统计特性与变化规律、分析其成因和研究其与其他湍流结构的内在关联,是深入认识壁湍流的重要途径.通过粒子图像测速系统(PIV)测量得到了具有高时空分辨率的湍流... 均匀动量区(UMZs)作为动量相近的局部区域成为新的湍流拟序结构成员,研究其统计特性与变化规律、分析其成因和研究其与其他湍流结构的内在关联,是深入认识壁湍流的重要途径.通过粒子图像测速系统(PIV)测量得到了具有高时空分辨率的湍流边界层流法向流场,对UMZs分区和界面位置等进行了统计,并基于瞬态流场分析了UMZs分界线与发卡涡(包)为主的湍流结构的位置关联,结果发现:UMZs流向速度概率密度函数(PDF)和界面厚度的统计分析呈现普适的分形特性,且不受湍流/非湍流界面(TNTI)和雷诺数的影响;瞬态流场UMZs数目在湍流间歇区较大,而湍流结构发展充分、层次丰富时的瞬态流场UMZs数目却较少;壁湍流涡包结构内多个发卡涡的空间分布规律决定了UMZs的统计分形特征;在近壁UMZs分界线向湍流结构存在区域集中靠拢,在外区UMZs分界线穿越展向涡核,正向涡旋导致UMZs分界线在法向上的聚集,反向涡旋引起UMZs分界线在流向上产生分离. 展开更多
关键词 均匀动量区 分形特性 湍流结构 发卡涡包
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A new kind of hairpin-like vortical structure induced by cross-interaction of sinuous streaks in turbulent channel
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作者 李健 董刚 +2 位作者 张辉 陈正寿 张兆德 《Chinese Physics B》 SCIE EI CAS CSCD 2018年第8期331-340,共10页
This work is motivated by previous experimental and numerical studies which reveal that the hairpin vortex could be formed by the interaction between spanwise adjacent low-speed streaks. To prove that such an interact... This work is motivated by previous experimental and numerical studies which reveal that the hairpin vortex could be formed by the interaction between spanwise adjacent low-speed streaks. To prove that such an interaction mechanism is still applicable in the normal direction, two sinuous low-speed streaks with the same streamwise phase are set to be in the upper half and bottom half of a small size channel, respectively, and their evolution and interaction are investigated by direct numerical simulation. A new kind of hairpin-like vortical structure, distributed in the normal direction and straddled across both halves of the channel, is found during the cross-interaction process of the low-speed streaks. The influence of such a normal-distributed hairpin-like vortex (NHV) on the turbulent statistical regularity is also revealed. It is observed that the NHV can lead to a sudden surge of wall skin friction, but the value of the normal velocity as well as the streamwise and spanwise vorticity sharply decrease to zero in the center of the channel. 展开更多
关键词 low-speed streaks hairpin vortex channel flow direct numerical simulation
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航行体水下连续发射尾涡遭遇与运动干扰特性
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作者 施瑶 任锦毅 +2 位作者 高山 潘光 权晓波 《兵工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第10期3195-3203,共9页
为研究不同发射时间间隔下航行体水下连续发射尾涡干扰与弹道特性,基于Realizable k-ε湍流模型和能量方程、流体体积方法和重叠网格技术,开展数值方法和网格无关性验证,数值模拟结果与实验测试结果吻合度较好。建立航行体水下连续发射... 为研究不同发射时间间隔下航行体水下连续发射尾涡干扰与弹道特性,基于Realizable k-ε湍流模型和能量方程、流体体积方法和重叠网格技术,开展数值方法和网格无关性验证,数值模拟结果与实验测试结果吻合度较好。建立航行体水下连续发射数值模拟方法,研究航行体尾流区涡结构的演变机理、次发航行体表面压力分布、弹道以及俯仰姿态演变规律。研究结果表明:航行体水下连续发射过程中在其尾流中发现了发卡涡形态的流动结构,该涡结构由涡头与两条涡腿组成,通常以多个共同组合的形式存在于航行体尾部的流场区域中;沿涡腿内侧发生喷射事件,沿涡腿外侧发生扫掠事件,同时在涡结构内部形成一定流向尺度的低速条带区域;在横流效应下,当次发航行体表面穿过尾流中涡结构中的低速条带区时,迎背流面压力分布特性得到较大的改善,增加了弹道姿态稳定性。 展开更多
关键词 次发航行体 水下连续发射 发卡涡包 时间间隔 横流效应
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内插梯形扰流片的矩形通道内涡流和传热特性 被引量:6
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作者 唐新宜 朱冬生 陈宏 《化工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第1期71-83,共13页
利用Realizable k-ε湍流模型对带缺口的梯形扰流片进行流动和传热特性的数值模拟,研究了梯形扰流片的缺口位置及流动方式对矩形通道内流场以及传热的影响,同时通过对涡量、流线、流速分布、压力变化、湍流强度等的分析,揭示了扰流片强... 利用Realizable k-ε湍流模型对带缺口的梯形扰流片进行流动和传热特性的数值模拟,研究了梯形扰流片的缺口位置及流动方式对矩形通道内流场以及传热的影响,同时通过对涡量、流线、流速分布、压力变化、湍流强度等的分析,揭示了扰流片强化传热的机理。结果表明,逆流时Nusselt数比顺流时提高了21.7%,同时摩擦因子也提高了25%。顺流时内侧缺口绕流片提高了传热系数的同时也增加了摩擦阻力,而外侧缺口的绕流片降低了传热系数同时也降低了形状阻力。研究发现较低Reynolds数下(10000<Re<14000),逆流体现了较好的综合性能,但较高Reynolds数下(14000<Re<20000),带缺口的绕流片则表现更好的综合性能。由于Kelvin-Helmholtz不稳定性导致了绕流片顶端后缘产生自由剪切层并诱发了发夹涡;绕流片的前后压差导致了流场内流体的旋流运动,形成了两个纵向涡;扰流片背面的逆压梯度产生了回流并形成回流涡。纵向涡强化了壁面与流动中心的对流传递过程,发夹涡则强化了主流区的流动混合,两种涡的共同作用加速了壁面的热量交换,实现了强化传热。 展开更多
关键词 梯形片 涡流发生器 发夹涡 纵向涡 强化传热
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Tomographic PIV investigation of coherent structures in a turbulent boundary layer flow 被引量:14
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作者 Zhan-Qi Tang Nan Jiang +1 位作者 Andreas Schroder Reinhard Geisler 《Acta Mechanica Sinica》 SCIE EI CAS CSCD 2012年第3期572-582,共11页
Tomographic particle image velocimetry was used to quantitatively visualize the three-dimensional co- herent structures in the logarithmic region of the turbulent boundary layer in a water tunnel. The Reynolds number ... Tomographic particle image velocimetry was used to quantitatively visualize the three-dimensional co- herent structures in the logarithmic region of the turbulent boundary layer in a water tunnel. The Reynolds number based on momentum thickness is Reo = 2 460. The in- stantaneous velocity fields give evidence of hairpin vortices aligned in the streamwise direction forming very long zones of low speed fluid, which is flanked on either side by high- speed ones. Statistical support for the existence of hairpins is given by conditional averaged eddy within an increasing spanwise width as the distance from the wall increases, and the main vortex characteristic in different wall-normal re- gions can be reflected by comparing the proportion of ejec- tion and its contribution to Reynolds stress with that of sweep event. The pre-multiplied power spectra and two-point cor- relations indicate the presence of large-scale motions in the boundary layer, which are consistent with what have been termed very large scale motions (VLSMs). The three dimen-sional spatial correlations of three components of veloc- ity further indicate that the elongated low-speed and high- speed regions will be accompanied by a counter-rotating roll modes, as the statistical imprint of hairpin packet structures, all of which together make up the characteristic of coherent structures in the logarithmic region of the turbulent boundary layer (TBL). 展开更多
关键词 Tomographic particle image velocimetry Tur-bulent boundary layer Coherent structures hairpin vortex Very large scale motion
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圆柱尾迹影响旁路转捩末期发卡涡涡包的研究 被引量:5
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作者 唐湛棋 姜楠 《力学学报》 EI CSCD 北大核心 2011年第6期1037-1042,共6页
基于TR-PIV技术,通过侧视和俯视两种情况对圆柱尾迹影响下旁路转捩末期发卡涡涡包的结构及特征尺寸进行了实验研究.结合二维空间子波变换和λ_(ci)准则,运用线性随机估计方法对速度信号进行条件平均.在侧视情况下,条件平均结果显示,在... 基于TR-PIV技术,通过侧视和俯视两种情况对圆柱尾迹影响下旁路转捩末期发卡涡涡包的结构及特征尺寸进行了实验研究.结合二维空间子波变换和λ_(ci)准则,运用线性随机估计方法对速度信号进行条件平均.在侧视情况下,条件平均结果显示,在边界层中一系列发卡涡涡头与壁面构成17°的倾角,并且被尾迹涡所占据的低速区域出现在涡包上方的主流区中.在俯视的结果中,沿流向方向拉伸(流向尺度3δ,展向尺度0.55δ)的低速条带结构出现在法向高度为y/δ=0.2的流向-展向平面中,并且在该低速条带的两侧对称地出现了沿流向分布的反向旋转的涡结构.可以得出:在圆柱尾迹影响下旁路转捩的末期,由于尾迹涡诱导作用的影响,发卡涡涡包在形态上显示出了更大尺度的特征. 展开更多
关键词 圆柱尾迹 旁路转捩 发卡涡涡包 条件平均 统计尺度
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平板湍流边界层流向—法向平面发卡涡的PIV实验研究 被引量:2
11
作者 刘璐璐 翟树成 +1 位作者 张国平 张军 《船舶力学》 EI CSCD 北大核心 2016年第1期23-30,共8页
湍流边界层流动精细涡结构的分析对于水下航行体表面减阻乃至降噪机理的深入研究都具有重要意义。文章应用粒子图像测速技术(PIV),对Re_θ=1 743和5 400时的平板湍流边界层的流向一法向平面流场进行了测试研究。一方面,直接对瞬时速度... 湍流边界层流动精细涡结构的分析对于水下航行体表面减阻乃至降噪机理的深入研究都具有重要意义。文章应用粒子图像测速技术(PIV),对Re_θ=1 743和5 400时的平板湍流边界层的流向一法向平面流场进行了测试研究。一方面,直接对瞬时速度场精细涡结构进行提取分析,通过Galilean分解和λ_(ci)准则识别出流向—法向平面中的发卡涡及发卡涡包。研究表明,发卡涡和雷诺应力的分布特征具有高度相关性;发卡涡包产生了流向动量的法向不规则分层分布特征。另一方面,文中通过对500个瞬时速度场子样进行时间平均分析,获得了不同雷诺数下平均速度以及湍流度分量的法向分布规律。此外,文中还对发卡涡的几何尺寸和漩涡强度λ_(ci)进行了统计分析。研究表明,在y^+<50范围内无量纲化的漩涡强度λ_(ci)δ/u_τ沿法向迅速衰减,且在不同雷诺数下变化曲线基本一致;在y^+>50后λ_(ci)δ/u_τ衰减平缓,且低雷诺数下的值较大。 展开更多
关键词 PIV 湍流边界层 发卡涡 涡包 漩涡强度 涡识别
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湍流边界层拟序结构的实验研究 被引量:27
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作者 连祺祥 《力学进展》 EI CSCD 北大核心 2006年第3期373-388,共16页
20世纪60年代后,先后从流动显示发现了快慢斑、猝发、上升流、下扫流和多种涡结构等湍流边界层的拟序结构.它们对湍流边界层的摩阻、传热传质和湍动能的产生等特性有重要影响.涡结构是上述拟序结构的核心,它影响其它拟序结构的发展和... 20世纪60年代后,先后从流动显示发现了快慢斑、猝发、上升流、下扫流和多种涡结构等湍流边界层的拟序结构.它们对湍流边界层的摩阻、传热传质和湍动能的产生等特性有重要影响.涡结构是上述拟序结构的核心,它影响其它拟序结构的发展和演变.发卡涡通常被认为是基本涡结构.发卡涡等涡结构的再生,是湍流边界层拟序结构能够自持续的必要的因素.壁面低速流上升产生猝发,是湍流边界层湍能的主要来源;条件采样是测量猝发频率和其它拟序结构出现频率的重要手段.流动显示对湍流边界层拟序结构作了大量定性观察,有许多减阻和增加传热率等应用性研究在此基础上发展起来.80年代后,出现了测量湍流边界层的瞬时流速矢量场的多热线法和PIV技术,三维PIV技术可望将来为湍流边界层的实验研究带来重大进展.本文评述了流动显示法、多热线法和PIV技术的优点和不足之处,以及它们在对湍流边界层拟序结构的研究中的贡献. 展开更多
关键词 湍流边界层 拟序结构 发卡涡 涡结构 猝发
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槽道流转捩中发卡涡演化与波增长的关系 被引量:3
13
作者 王新军 罗纪生 《天津大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第2期126-131,共6页
通过对槽道流常规转捩的直接数值模拟,研究了转捩突变前后,发卡涡的演化与T-S波增长的对应关系,重点对占流场绝大多数、转捩前期增长缓慢的T-S波的急速增长在发卡涡演化中所处的阶段进行了分析.研究发现,在发卡涡头部形成阶段,流场中典... 通过对槽道流常规转捩的直接数值模拟,研究了转捩突变前后,发卡涡的演化与T-S波增长的对应关系,重点对占流场绝大多数、转捩前期增长缓慢的T-S波的急速增长在发卡涡演化中所处的阶段进行了分析.研究发现,在发卡涡头部形成阶段,流场中典型的未增长起来的波一直保持着缓慢的增长趋势;当发卡涡头部产生分离时,这些波的实际增长率开始爆发式增加,并在短时间内呈数量级增长,急速增长的过程一直延续到发卡涡头部混乱之后. 展开更多
关键词 T-S波 发卡涡 尖峰结构 增长率 突变
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Study on local topology model of low/high streak structures in wall-bounded turbulence by tomographic time-resolved particle image velocimetry 被引量:6
14
作者 Haiping TIAN Nan JIANG +1 位作者 Yongxiang HUANG Shaoqiong YANG 《Applied Mathematics and Mechanics(English Edition)》 SCIE EI CSCD 2015年第9期1121-1130,共10页
The relationship between the in the logarithmic law (log-law) region of bursting event and the low/high-speed streak a turbulent boundary layer is investigated. A tomographic time-resolved particle image velocimetry... The relationship between the in the logarithmic law (log-law) region of bursting event and the low/high-speed streak a turbulent boundary layer is investigated. A tomographic time-resolved particle image velocimetry (TRPIV) system is used to measure the instantaneous three-dimensional-three-component (3D-3C) velocity field. The momentum thickness based Reynolds number is about 2 460. The topological information in the log-law region is obtained experimentally. It is found that the existence of the quadrupole topological structure implies a three-pair hairpin-like vortex packet, which is in connection with the low/high-speed streak. An idealized 3D topological model is then proposed to characterize the observed hairpin vortex packet and low/high-speed streak. 展开更多
关键词 wall turbulence quadrupole topological structure hairpin vortex low/highspeed streak tomographic time-resolved particle image velocimetry (TRPIV) system
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定常等离子体强化气膜冷却效果的数值研究
15
作者 李国占 刘华坪 +2 位作者 陈浮 李林熹 宋彦萍 《高电压技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第12期4013-4019,共7页
为获得等离子体气动激励提高气膜冷却效率的物理机制,基于等离子体唯象模型运用大涡模拟方法开展了等离子体控制平板气膜冷却流动的仿真计算,研究了激励器位置和数目对等离子体提高气膜冷却效率的影响。结果表明:激励器越靠近气膜孔出口... 为获得等离子体气动激励提高气膜冷却效率的物理机制,基于等离子体唯象模型运用大涡模拟方法开展了等离子体控制平板气膜冷却流动的仿真计算,研究了激励器位置和数目对等离子体提高气膜冷却效率的影响。结果表明:激励器越靠近气膜孔出口,冷却射流在等离子体下拉诱导作用下其中心轨迹越贴近壁面,气膜孔出口气流受到的影响越明显,当激励器布置在x/d=0时射流出口最大流向与法向速度增大了10%和3%左右,而气膜孔前缘附近的法向速度约减小了2%,从而削弱了射流迎风面上冷、热气流的掺混以及降低了肾形涡的强度及其抬升射流的能力,使得中心线气膜冷却效率约提高了40%;同单个激励器相比,当采用2个激励器时冷却射流因再次受激励器的下拉诱导与流向加速作用而更加贴近壁面,其向下游延伸的能力进一步增强,同时促使气膜孔下游的大尺度发卡涡破碎成小尺度近壁条带结构而抑制了冷、热气流的掺混,从而平板中心线和展向平均气膜冷却效率分别提高了17%和40%左右;此外,相同激励强度条件下合理分配激励器数目可有效提高等离子体改善气膜冷却效果的性能。 展开更多
关键词 气膜冷却 等离子体 平板 气膜冷却效率 大涡模拟 发卡涡
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窄方腔软湍流Rayleigh-Bénard热对流中角涡的三维发卡涡结构
16
作者 包芸 张义招 徐炜 《计算机辅助工程》 2016年第2期48-51,56,共5页
通过直接数值模拟(Direct Numerical Simulation,DNS)求解三维窄方腔湍流Rayleigh-Bénard(RB)热对流流场,讨论尺度比为1/4的三维窄方腔中的流动.三维方腔流场的流线图和速度场与二维流场一致,都反映出大尺度环流和角涡的软湍流流... 通过直接数值模拟(Direct Numerical Simulation,DNS)求解三维窄方腔湍流Rayleigh-Bénard(RB)热对流流场,讨论尺度比为1/4的三维窄方腔中的流动.三维方腔流场的流线图和速度场与二维流场一致,都反映出大尺度环流和角涡的软湍流流动特征.进一步观察三维流线图发现,在近底板附近流线的走向并不是沿着大尺度环流的方向.转换三维流线图的观察角度,可明显看到近底板附近流线是螺旋状的,并与角涡相连.分析整个流场的涡旋特征发现,在窄方腔热对流中沿底板棱边区域产生涡对与角涡连接形成三维发卡涡流动的结构. 展开更多
关键词 三维发卡涡结构 窄方腔 直接数值模拟 Rayleigh-Bénard热对流
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Effects of single synthetic jet on turbulent boundary layer
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作者 张津浩 李彪辉 +1 位作者 王宇飞 姜楠 《Chinese Physics B》 SCIE EI CAS CSCD 2022年第7期379-388,共10页
The turbulent boundary layer(TBL)is actively controlled by the synthetic jet generated from a circular hole.According to the datasets of velocity fields acquired by a time-resolved particle image velocimetry(TR-PIV)sy... The turbulent boundary layer(TBL)is actively controlled by the synthetic jet generated from a circular hole.According to the datasets of velocity fields acquired by a time-resolved particle image velocimetry(TR-PIV)system,the average drag reduction rate of 6.2%in the downstream direction of the hole is obtained with control.The results of phase averaging show that the synthetic jet generates one vortex pair each period and the consequent vortex evolves into hairpin vortex in the environment with free-stream,while the reverse vortex decays rapidly.From the statistical average,it can be found that a low-speed streak is generated downstream.Induced by the two vortex legs,the fluid under them converges to the middle.The drag reduction effect produced by the synthetic jet is local,and it reaches a maximum value at x^(+)=400,where the drag reduction rate reaches about 12.2%.After the extraction of coherent structure from the spatial two-point correlation analysis,it can be seen that the synthetic jet suppresses the streamwise scale and wall–normal scale of the large scale coherent structure,and slightly weakens the spanwise motion to achieve the effect of drag reduction. 展开更多
关键词 turbulent boundary layer synthetic jet hairpin vortex drag reduction
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水下发射航行体尾涡不稳定性分析 被引量:2
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作者 高山 施瑶 +2 位作者 潘光 权晓波 鲁杰文 《力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第9期2435-2445,共11页
在水下连续发射过程中前一发航行体尾流会对后一发航行体运动姿态稳定性产生流动干扰现象.因此,研究尾流中涡旋结构演变机理对解决多弹体水下连续发射流动干扰难题具有重要的意义.本文采用改进型分离涡模型与能量方程,VOF多相流模型与... 在水下连续发射过程中前一发航行体尾流会对后一发航行体运动姿态稳定性产生流动干扰现象.因此,研究尾流中涡旋结构演变机理对解决多弹体水下连续发射流动干扰难题具有重要的意义.本文采用改进型分离涡模型与能量方程,VOF多相流模型与重叠网格技术相结合方法,对航行体水下发射尾流演变过程开展精细化模拟研究,其中模拟结果和实验吻合度较好,验证了本文数值方法的有效性.以航行体尾流区域为重点研究对象,分析了尾流区瞬态流场分布,讨论了横流强度和雷诺数对尾涡结构演变以及脉动压力分布特性的影响.结果表明:由于尾流区高速流体核心区与低速自由流相互作用导致Kelvin-Helmholtz不稳定现象出现,可以清晰地发现涡旋结构在剪切力的作用下发生脱落.在横流条件下,航行体尾端脱落的涡环与涡腿形成发卡涡,而多个发卡涡沿轴向间隔排列组成发卡涡包存在于尾流中.随着横流强度增大,形成多级发卡涡包结构,而导致脉动压力二次峰值均出现的主要原因是尾流涡旋流场演变引起的.随着雷诺数的增大,尾流中由圆柱形涡和U型涡组成的二次涡结构逐渐明显,不稳定性加强. 展开更多
关键词 水下发射 尾流 发卡涡 横流 雷诺数
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沟槽对湍流边界层中展向涡影响的实验研究 被引量:9
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作者 王鑫 李山 +1 位作者 唐湛棋 姜楠 《实验流体力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第1期55-63,共9页
壁湍流中的相干结构与壁面的高摩擦阻力密切相关,研究壁面纵向微小沟槽对展向涡的影响规律,有助于深入认识沟槽壁面的减阻机理。在自由来流速度控制在0.18m/s的水槽中(Reτ=190),采用高时间分辨率粒子图像测速技术,测量光滑平板和沟槽板... 壁湍流中的相干结构与壁面的高摩擦阻力密切相关,研究壁面纵向微小沟槽对展向涡的影响规律,有助于深入认识沟槽壁面的减阻机理。在自由来流速度控制在0.18m/s的水槽中(Reτ=190),采用高时间分辨率粒子图像测速技术,测量光滑平板和沟槽板(s+=2h+=16.3)湍流边界层,分别获得了15998个瞬时速度矢量场。使用λci识别展向涡,比较了2种壁面流动中不同法向位置处展向涡的数量、平均强度、平均尺度及各尺度展向涡所占的数量比例。结果表明:沟槽使近壁区顺向涡的数量减小,逆向涡的数量增大,并削弱了展向涡的强度;沟槽使近壁区小尺度顺向涡和中尺度逆向涡的比例增加,中尺度顺向涡和大尺度逆向涡的比例减小,使得近壁区顺向涡的尺度差异变小,对近壁区逆向涡的尺度差异几乎无影响;沟槽减小了对数律区小尺度顺向涡的数量比例,并增大了大尺度顺向涡的数量比例,对数律区逆向涡数量比例的变化规律和顺向涡正好相反。 展开更多
关键词 沟槽 湍流边界层 发卡涡 展向涡 顺向涡 逆向涡
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基于Stereo-PIV技术的三维发卡涡结构定量测量研究 被引量:4
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作者 田海平 伊兴睿 +2 位作者 钟山 姜楠 张山鹰 《力学学报》 EI CSCD 北大核心 2020年第6期1666-1677,共12页
发卡涡是湍流相干结构研究中最为关注的内容,实现发卡涡三维结构的定量测量并进行流体动力学分析,对深入研究湍流相干结构、实现湍流精准控制等具有重要意义.本研究通过对合成射流装置进行合理控制,使得层流边界层中产生了规则的人造发... 发卡涡是湍流相干结构研究中最为关注的内容,实现发卡涡三维结构的定量测量并进行流体动力学分析,对深入研究湍流相干结构、实现湍流精准控制等具有重要意义.本研究通过对合成射流装置进行合理控制,使得层流边界层中产生了规则的人造发卡涡结构,进而用体视图像粒子测速仪(Stereo-PIV)锁相实验技术对发卡涡结构所在的三维空间流场进行了定量测量,并得到了一个完整周期内形成的发卡涡三维结构的空间流场.结果发现,重构所得的三维发卡涡结构质量较高,实验技术和方案具有可行性.发卡涡结构所在空间流场情况,符合目前人们对于发卡涡、高低速条带、喷射和扫掠事件的常规认识.此外,对近壁二次流向涡、展向涡量集中区域的展向涡头和强剪切区域、与低速喷射流体相关的汇聚流动和发散流动等有了更细致的认识.同时,也探讨了"基于二维脉动流场的相关特征去重构发卡涡三维流场"的可行性.为进一步定量探究发卡涡结构的形成演化、不同涡结构的融合及二次诱导等壁湍流相干结构问题提供思路. 展开更多
关键词 人造发卡涡 合成射流 相干结构 体视图像粒子测速仪 定量测量
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