强声条件下管道气体流动特性的研究

用实验手段研究强声场对管道内气体流动的影响。通过声强、频率的变化得到了一系列流动特性的变化,从而证实了强声场诱发湍流的存在,有助于进一步开展声凝聚的研究。     

比熵增概念及其在湍流模型中的应用

通过对不同马赫数下(Ma=0.7、2.25、6)平板边界层进行直接数值模拟研究,提出比熵增的概念.比熵增表征单位机械能的耗散,并且在数值上表现出较好的单调性和马赫数无关性,因而能够可靠地表征边界层的范围.应用比熵增概念修正BL零方程湍流模型长度尺度,构造BL-entropy,同时采用原始的BL模型,SA一方程模型对后台阶(Ma=0.128)以及高超声速锥柱裙组合体(Ma=7.05)流动进行数值模拟,并与实验数据进行比较,结果表明BL-entropy能够准确地获取长度尺度进而得到均匀合理的涡粘性分布,极大地提升了原始BL模型模拟复杂流动的能力.     

火箭发动机燃烧室液膜-再生复合冷却数值仿真

对液体火箭发动机燃烧室液膜-再生复合冷却进行了数值计算,针对液膜-燃气流场区多组分、轴对称Navier-Stokes(N-S)方程和再生冷却区单组分N-S方程进行求解,并使用k-ε方程求解湍流流动.对文献中的某液氧/煤油火箭发动机燃烧室进行了数值模拟,该模型的计算结果能够与文献中的计算结果较好地吻合.计算结果表明:①液膜-再生复合冷却能有效地减少壁面热流密度和降低壁面温度,且其形成的冷气边区覆盖了整个燃烧室及喷管壁面;②再生冷却液入口质量流量越大,复合冷却作用越明显,壁面温度越低;③随再生冷却液质量流量的不同其温升在450~600K之间,且质量流量越大,再生冷却液的温升越小.④壁面煤油的质量分数不断下降,在喷管出口壁面处达到最低值,但含有煤油的区域不断变大.      

粗糙元取向对湍流统计量影响的数值研究

采用直接数值模拟方法研究了椭球体粗糙元取向对粗糙壁槽道湍流统计量的影响,其中,粗糙元几何采用清晰界面浸没边界方法直接解析。考虑了四种不同粗糙元取向的粗糙壁,包括随机取向、垂直放置、朝下游倾斜45°、朝上游倾斜45°,对于每种取向选取三种不同粗糙元间距。模拟结果显示：粗糙元取向对湍流统计量有显著影响;对于小粗糙元间距(l=2.0r,其中r为椭球体的最短半轴长),“随机取向”粗糙壁的砂粒粗糙度长度(k_s)大于其他粗糙壁;对于大粗糙元间距(l=2.8r、3.5r),“垂直放置”粗糙壁的k_s最大;“朝下游倾斜45°”和“朝上游倾斜45°”粗糙壁的ks下游倾斜45°”粗糙壁的流向分散应力高于“朝上游倾斜45°”粗糙壁;垂向和横向分散应力远小于流向分散应力,其中“随机取向”粗糙壁的垂向和横向分散应力幅值最高。     

大涡模拟技术在航空湍流研究中的应用

航空湍流是威胁飞行安全的重要因素,它的形成机制复杂,一直是航空气象研究中的重点难点问题之一。近年来,随着大涡模拟（large eddy simulation,LES）技术的发展,LES已经成为研究航空湍流问题的重要方法。本文围绕在飞机起降阶段的飞机尾涡和低空湍流以及巡航阶段的对流湍流、山地波湍流和晴空湍流这五类航空湍流对飞机颠簸造成的影响,综述了LES技术在相关方向的研究进展,并对LES技术应用中亟需解决的问题及未来的重点研究方向进行了总结与展望。整体来看,航空湍流的LES模拟研究已经取得较大进展,高分辨率的LES可以更加明确航空湍流的来源和生命周期,显著提升了对航空湍流的机制认知和诊断预警能力。但在机制方面,对各种复杂湍流过程的相互影响机制仍然不够清楚;在数值模式技术方面,LES模拟与模式初始状态、边界条件和模式参数化方案的敏感性问题仍然有待解决。未来,LES与中尺度区域模式变网格嵌套技术、动态网格技术、集合预报与概率预报技术的发展,以及与深度学习等方法的结合都将进一步有效提升LES在航空湍流模拟方面的计算效率和预报能力。     

航空发动机燃烧室数字孪生体系关键技术

通过曲线坐标系浸没边界方法（IBM）,在设计阶段可以实现对真实航空发动机燃烧室的高保真虚实映射,保留全部几何结构信息。在IBM方法基础上,采用大涡模拟（LES）结合概率密度函数输运方程湍流燃烧模型（TPDF）,对双旋流燃烧室、某单头部直流燃烧室以及某折流燃烧室1/10模型进行真实结构仿真,测试数字孪生体系关键技术的有效性。对比预测结果和实验结果,双旋流燃烧室的旋流器出口附近轴向、径向、切向速度平均误差分别为15.7%、23.8%、15.0%;非稳态解析了真实直流燃烧室与折流燃烧室的详细湍流燃烧场,出口温度分布的平均相对误差分别为11.66%和17.95%。因此基于虚实映射得到的燃烧室数字孪生体系具有一定的有效性,该方法具有潜在的工程应用前景。     

通道中有稳定器的湍流流场分区计算方法

采用任意曲线坐标系对含有Ｖ型稳定器的通道内湍流流场进行数值计算。对含有Ｖ型槽的复杂流场中网格分区方法作了详细的分析,提出一个新的网格划分方法。数值计算采用曲线坐标系下非交错网格的ＳＩＭＰＬＥ方法,计算时对整个流场进行分区迭代,直到得到收敛结果。文中对一含有Ｖ型稳定器的直通道湍流流场进行了数值计算,结果合理。     

波瓣混合流场流向涡的数值分析

借助N-S方程对波瓣喷管混合装置的流场进行了数值分析。采用三维贴体曲线坐标,非交错网格法和K－ε两方程湍流模型,对波瓣喷管内外两侧的气流通道及波瓣喷管下游的混合段流场统一进行了数值计算。得出了速度场和流向涡及正交涡的分布,并对流向涡的发展规律及其对正交涡分布规律的影响作了分析。并对混合管壁面的压力分布和出口速度型与实验值进行了比较。     

高精度IPDG湍流模拟及通量格式数值特性北大核心CSCD

为更高精度数值求解复杂湍流问题,在内罚间断伽辽金(internal penalty discontinuous Galerkin,IPDG)方法框架内发展了基于SST k-ω模型的湍流模拟方法,通过对亚/跨/超声速工况下流场的数值计算与湍流特征捕捉,验证了方法的适用性,进而系统分析了AUSM、Lax-F、HLL和Roe 4种通量格式在IPDG湍流模拟中的数值特性。结果表明:AUSM格式在超声速工况下脱体激波面“褶皱”现象明显;Lax-F格式和HLL格式数值耗散大,在激波解析方面精度较低,且Lax-F格式在激波脚后诱导产生流动分离;Roe格式具备宽速域适用性,计算精度较高且能精确解析激波结构。     

管内正激波／湍流边界干扰的数值模拟

本文采用时均Ｎ－Ｓ方程和Ｂａｌｄｗｉｎ／Ｌｏｍａｘ代数湍流模型计算了典型拉伐尔喷管内正激波与湍流边界层干扰流场。