对称驱动方腔定常流动的多解现象研究

对方腔内顶盖正弦速度驱动的定常流动进行了数值研究.采用非线性动力系统数值分岔分析方法,讨论了Re<2000时Navier-Stokes方程定常解的多解共存现象,计算了对称和非对称定常解的分岔曲线和相应的流动模式,给出了非对称解出现的临界参数Re=320,稳定的对称和非对称解同已有文献的结果一致,并获得了一组新的不稳定的非对称解.随着Re数的增加,侧壁出现流动分离并有小涡出现,随之发生流场拓扑结构分岔,但并不伴随N-S方程解的分岔.     

轴对称旋拧射流的非线性演化

本文用柱坐标下的有限差分法对喷管出口附近轴对称旋拧射流的动力学特征进行了直接数值模拟,分析了流场涡结构的演化,并讨论了旋拧增强混合的机制.     

亚声速同轴射流波包敏感性研究

同轴射流广泛应用于航空航天领域,目前基于线性机制的理论模型对预测射流波包和噪声普遍存在局限性,非线性效应已成为研究热点。本文通过在线性抛物化稳定性方程(PSE)右端项中加入外部激励项,研究了亚声速同轴射流中非线性对波包演化的作用。当前工作主要聚焦于考察同轴射流中的波包特性,因为其存在两个剪切不稳定模态。基于同轴射流的基本流,采用求解线性PSE构建了线性波包,进一步通过求解伴随PSE方程得到了总体扰动能量对外部激励的敏感性。结果表明敏感性区域和流动较大响应区域均对应于内外临界层附近,且二者对外部激励均十分敏感,在下游区域可以看出,内外两个失稳模态之间存在一定程度的相互作用。最后,采用伴随优化的方法获得了关于外模态的最优激励,且施加最优激励之后波包得以更快速的增长。     

头部几何微扰对流动不对称性影响的数值研究

使用低耗散的Roe格式,数值模拟了头部几何微扰对细长体不对称绕流的影响.计算发现,周向网格的加密本身也是一种微扰动,会对流场产生很大的影响.如果再加上头部几何微扰,随其高度的变化,侧向力分布显示出类似于几何扰动周向角变化时产生的双稳态现象.在对应的攻角下,头部扰动的方式决定了头部分离的方向,进而决定了后体的流场发展情况.     

小攻角下锯齿尾缘翼型噪声控制与机理分析

受猫头鹰寂静飞行能力的启发,锯齿尾缘设计被认为是一种有效的控制湍流边界层-尾缘干涉噪声的方法。本文采用隐式大涡模拟法,详细研究了嵌入式锯齿尾缘对NACA 0012翼型绕流的近场流动和噪声特性的影响,雷诺数为9.6×10⁴,远场马赫数为0.163 1,攻角为4°,计算采用的非结构化网格具有约7 000万的自由度。在实际计算时,为促进流动快速转捩,在直尾缘和锯齿尾缘算例的翼型表面均布置了锯齿形粗糙元转捩带。研究结果表明：相比于0°攻角状态,4?攻角下的噪声辐射增强,主辐射方向发生偏转,在该方向上锯齿尾缘实现了约2.5 dB的降噪,且在小攻角(4°)下,锯齿也会诱导出有利于降噪的侧边涡对结构。针对壁面压力脉动的分析表明：锯齿主要改变了尾缘附近的时空关联特性,且压力场不能直接由现有针对速度场的Taylor或椭圆近似模型定量描述;此外,锯齿在抑制尾缘噪声的同时,对翼型气动性能造成了一定损失。     

长微管道气体流动的近似解析解

对长微管道中压力驱动的气体流动，考虑到稀薄气体效应，给出了可压缩气体流动简化控制议程的近似解析解，得到了流动的速度分布、密度分布以及近似质量流量公式，分析了影响流量的因素。     

侧壁效应对Rayleigh-Bénard对流影响的数值模拟研究

Rayleigh-Bénard(RB)对流的研究中通常使用侧壁绝热的温度边界条件,然而实际的对流换热设备中侧壁存在导热性且会对系统传热和流动特性产生影响。为探究侧壁导热性对RB对流的影响,本文采用侧壁等温假设,即侧壁温度为上下壁面温度的平均值,使用二维和三维直接数值模拟的方法研究了侧壁恒温的RB对流。流体工质为普朗特数Pr=5.3的水,二维和三维方腔宽高比Γ为1。将侧壁等温的计算结果与经典的侧壁绝热的RB对流结果进行比较,研究表明：侧壁等温时,二维和三维系统中均存在上下壁面Nu不相等的情形,该特性发生在有限的Ra值区间内,且与系统内的流动结构密切相关;侧壁恒温时,系统的传热效率要高于侧壁绝热情况下的传热效率,这是由于侧壁恒温条件下,一部分热量可以直接通过侧壁来传递,从而绕开温度边界层。当采用恒温边界条件时,流场的强度减弱,从而系统的Re要小于侧壁绝热条件下对应的Re。     

亚声速旋拧射流噪声中的温度效应

采用大涡模拟（LES）方法模拟亚声速旋拧射流,着重考察温度效应对旋拧射流近场流动演化过程、湍流脉动空间发展和远场噪声的影响。线性稳定性分析表明,旋拧射流中提高射流中心温度会增加剪切层的扰动增长率;数值结果显示,加热会促进剪切层中大尺度结构的产生及相互作用,促使流动更快进入湍流状态,并缩短射流势核区的长度。在初始层流发展阶段,加热会提高中心线上的流向速度脉动峰值,但是对剪切层中的流向速度脉动峰值几乎没有影响;在湍流发展阶段,提高射流中心温度会提高流向速度脉动衰减率,并降低脉动幅值。此外,在非等温射流中,密度脉动幅值要远高于等温射流。在30°方位角附近,等温射流的总声压级幅值最高,冷射流的噪声幅值最低。方位角大于50°时,加热使总声压级降低,且随着方位角幅值的增大,降低越明显;而冷却则会提高总的声压级幅值。     

大攻角细长旋成体非对称涡组合扰动控制的数值研究

使用数值模拟的方法,研究了采用三角扰动块加单孔位微吹气进行大攻角细长旋成体绕流非对称涡控制的组合扰动技术。结果表明,组合扰动可以实现旋成体侧向力的渐变控制。对流场结构的分析发现,组合扰动是通过改变旋成体头部流场涡结构从而实现了对整个非对称流场的控制,据此可以确定能实现侧向力控制的有效吹气孔周向位置。计算中还发现,吹气孔位于离顶部较远位置时,侧向力随吹气强度变化平缓易控制,但需以较大吹气强度为代价。