充分发展圆管湍流的实验研究

采用粒子数字图像测速（ｄｉｇｉｔａｌ ｐａｒｔｉｃｌｅ ｉｍａｇｅ ｖｅｌｏｃｉｍｅｔｒｙ，ＤＰＩＶ）和定量流动显示技术（ｑｕａｎｔｉｔａｔｉｖｅ ｆｌｏｗ ｖｉｓｕａｌｉｚａｔｉｏｎ，ＱＦＶ）对充分发展的圆管湍流进行了研究．测量结果和直接数值模拟（ｄｉｒｅｃｔｎｕｍｅｒｉｃａｌ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ，ＤＮＳ）结果进行了比较，结果表明作者开发的 ＤＰＩＶ技术取得了满意的精度．在此基础上对圆管湍流的动力学机理进行了研究，分析了上抛和下扫在湍流生成中的贡献以及流动显示结构内的脉动速度分布，测量结果显示在圆管湍流的近壁区存在横向强脉冲现象和流动显示所能观察到的结构为上抛占主导地位的结构．

基于(u,p)方程含多孔材料有源声学结构的声学性能研究

为准确分析含多孔材料有源声学结构的声学性能,利用一种结合(u,p)方程和有限元技术的计算方法对有源声学结构建模,分析声波在多孔材料中传播规律,并进行了实验验证。基于固相位移和流相声压的(u,p)方程对多孔材料固、流两相间强烈耦合进行分析,建立了多孔材料的有限元模型,并对含有多孔材料双层板有源声学结构的声学性能进行了测量,实验数据显示与数值模拟结果有着较好的吻合。在共振频率下,控制后有源声学结构隔声量提高了10 dB以上;500Hz以上,有源声学结构的吸声系数超过0.6。计算获得的多孔材料共振频率与实验结果相比相对误差不超过5%,隔声量计算误差不超过1dB。

可解尺度各向同性湍流的标度律

针对大涡模拟,首先利用EDQNM能谱和传输谱理论,在3种不同的过滤器下分别计算可解尺度各向同性湍流的二阶、三阶结构函数标度律,并通过速度差扭率验证了可解尺度湍流的ESS理论.研究了该可解尺度湍流标度律及速度差扭率与多个因素的关系,这些因素包括:两点距离与过滤尺度的比、大涡模拟雷诺数和过滤器类型.结果显示,当两点距离位于过滤尺度量级时或大涡模拟雷诺数较小时,可解尺度标度律与未过滤流场的标度律相差很大进而必须加以修正,而且可解尺度流场也不再总是满足ESS理论进而对应的速度差扭率也需要修正.然后通过3个例子介绍了这些结果在大涡模拟亚格子模型中的应用.

一种快速测试多孔介质声学特征参数的方法

目前有效易实施的噪声控制方法是使用多孔材料,但其特征参数测试耗时长、花费多,且需要多个专业测量设备,限制了多孔材料的广泛应用。从声学测量角度出发,设计了一个试验台,可以同时测试多孔介质中声传播的所有特征参数。测试基于Johnson-Allard和Lafarge-Allard两种理论模型,旨在确定流阻、孔隙率、曲率、黏性特征长度、热特征长度和热渗透性等特征参数的值。首先介绍了各参数的基本测试原理,然后以毛毡为例对多孔材料样本的完整声学特性进行测试来介绍整个测量过程,并评价了测试方法的可靠性。

无剪切湍流混合层中被动标量扩散的实验研究

研究被动标量在无剪切湍流混合层中的扩散。实验在风洞中进行,用大小网格尺度比为2∶1的网格实现无剪切湍流混合层,用烟粒子作为测量用的示踪粒子同时作为被动标量形成浓度场,用PIV测量得到速度场同时用Mie散射测量得到高施密特数的浓度场,由此可以计算得到速度和浓度相关,并用实验数据直接检验大涡模拟中亚格子应力Smagorinsky模式和亚格子质量通量梯度模式。

聚氨酯制备总质量对其声学特征参数的影响分析

研究了聚氨酯(PU)的制备质量(密度)对其声学特征参数的影响,为建立制备条件与其声学特征参数之间的关系奠定基础。首先制备了相同温度,相同配比,不同制备原料质量的PU泡沫,然后利用搭建的一个能够快速测试多孔材料特征参数的试验台测试不同泡沫的吸声性能及声学特征参数,如孔隙率、流阻、曲率和特征常数等,分析了原料质量对PU声学特征参数的影响。结果表明,制备质量对PU的吸声性能具有重要影响,质量太大或者太小都会降低PU的吸声性能,原料质量为42g的PU泡沫表现出最好的吸声性能,流阻先降低后增加,孔隙率在48g时最大。

双声源法测量有源多层板声学性能的实验研究

采用双声源法对有源多层板声学结构的声学性能进行了测量,以压电陶瓷片作用在被激励板上使之振动产生次级声源,验证了以往研究中的一系列理论。实验研究结果表明:多孔材料可以实现多层板有源声学结构在高频范围的吸声;以最小声压为目标函数,利用FxLMS算法获得最优次级声源强度进行有源控制,可以提高结构在共振频率上的隔声量;为保证隔声量测量误差不超过5 dB,必须选择测量幅度误差小于±0.5 dB的传声器,且传声器间距必须满足一定的数学条件;传声器精度一定时,传声器间距为测试频率1/4波长的整数倍,隔声量测量误差达到最小值。

湍流边界层中重粒子弥散的随机模型

在重粒子轨道模型的基础上,引入了Saffman力,并考虑了粒子 固壁碰撞和粒子 粒子碰撞的影响,建立了重粒子运动方程,耦合湍流脉动的随机方程,发展了重粒子弥散的随机模型,并在湍流边界层中考察该模型.将数值计算结果与实验结果进行比较,同时考察了Saffman力和粒子碰撞对计算结果的影响.

一种改进的均匀各向同性湍流初始化方法

均匀各向同性湍流是一种最简单的湍流理想状态,也是湍流基础理论研究的最重要对象之一.为了用数值方法产生均匀各向同性湍流场,一般采用Rogallo提出的方法在谱空间生成初始场,然后再转换到物理空间.研究表明,由该方法生成的初始湍流场在3个棱向上呈各向异性,在结构函数和速度概率密度分布上均有体现.尽管在初始场样本很多时,这种各向异性可以在平均意义上消除,但作为数值模拟采用的单个流场则波动较大,不利于在实际计算中作为单个初始场生成各向同性湍流.在此基础上提出一种改进的Rogallo初始化方法,称为模量平均法,将Rogallo方法在3个轴向分别进行,并进行模量平均,最后采用能谱进行模量控制.这种方法可以一方面保持初始场能谱,另一方面减小单个流场的各向异性波动,以产生各向同性程度更佳的单个初始场.在统计意义上,新方法可以分别将结构函数和速度概率密度的相对标准差减小约10%.

旋转槽道中Taylor-Grtler涡对雷诺应力输运的影响

我们通过直接数值模拟研究了旋转槽道湍流中Taylor-Grtler涡对雷诺应力输运的作用.采用流向平均的方法检测Taylor-Grtler涡,并定义了TG脉动.我们发现,和无旋转湍流槽道不同,旋转槽道湍流的吸力面湍流扩散对雷诺应力的输运是主要的;其中Taylor-Grtler涡在湍流扩散中起重要作用.我们关注中低旋转数的旋转槽道流动,并阐明旋转数对雷诺应力输运的影响.

弱非均匀Voronoi图细胞面积/体积的快速近似算法

本文针对弱非均匀Voronoi图,介绍一种计算细胞面积/体积的新型快速近似算法.该算法引入一组或多组"虚拟流场",利用流体力学连续方程的差分近似,得到Voronoi细胞间的递推关系.该算法的优点是复杂度低,递推公式简单,容易在计算机上实现.通过算例研究了各种情况下的误差大小,采用单虚拟流场已经可以得到可以接受的误差范围,而采用双虚拟流场更能进一步减小此误差.本文的目的旨在提供一个全新的思路,通过连续的微分方程来近似考虑离散的图论问题.