弯曲壁面流动分离及再附的尺度解析模拟

为准确预测弯曲壁面发生的流动分离及再附现象,基于模拟应力混合思想构建了新的RANS/LES混合框架,涡黏系数和湍动能耗散项中的长度尺度同步切换、涡解析区动态确定亚过滤尺度模型系数、采用混合过滤尺度匹配动态模型,并据此构造了k-ω基动态应力混合模型。首先利用槽道湍流检验了基准的亚过滤尺度模型和近壁RANS模型,前者解析获得了正确的湍流脉动近壁行为和相干结构,后者以很小代价捕捉到了雷诺应力分量的各向异性和松弛效应。随后利用周期性山算例考核了动态应力混合模型对分离再附湍流的预测精度,并与DDES,IDDES及SAS模型进行了对比。结果表明,三项改进使得动态应力混合模型具有近壁模拟能力且不存在对数律不匹配问题,涡解析能力优于DES类隐含的准代数模型,能够更好地捕捉压力梯度诱导的流动分离和再附,获得更为准确的壁面剪切应力、摩擦系数、压力系数、回流区,分离剪切层相干结构的分辨率更高。     

欧洲计算流体力学——个人观点

介绍了70年代初到20世纪末欧洲科学家对CFD发展的主要贡献,并重点关注了对国际流体力学数值方法会议(ICNMFD)和国际计算力学学术会议(ISCFD)的成功举办具有重大贡献的科学家.ICNMFD始于1969年(新西伯利亚),由参与了美国和苏联太空竞赛的两国科学家联合创办,而ISCFD则作为ICNMFD在亚太地区的同类会议初创于1995年(东京).由Oshima教授和本人提议,得益于上述两个会议全体科学委员会成员的共同努力,ICNMFD和ISCFD自2000年开始,合并成为每两年举办一次的国际计算流体力学会议(ICCFD).绝大部分本文讨论所涉及的学者通常都在受邀进行大会报告后,成为了前述三大国际会议中的一个或多个科学委员会的成员.作者对文中讨论所涉及的研究人员的圈定负有全权责任,上述人员的选择更多地基于应用而非理论计算流体力学,因此尚存在不完善之处.此外由于文中所讨论的学者大都是作者在40多年计算流体力学研究生涯中的私交好友,因此并没有将年轻一代的科学家考虑进来,但这并非由于他们的贡献不重要.另外值得注意的是欧洲的计算流体力学同美国的计算流体力学有非常紧密的联系,本文讨论所涉及的研究学者有些最早从欧洲开始涉足计算流体力学而现在则生活和工作于美国(例如Glowinski,Roe,Van Leer等人),而有些则是在美国取得了博士学位(例如Launder,Napolitano),他们都同美国的科学家进行过合作,因此很难清晰地对欧洲和美国的计算流体力学进行界定.对那些现已移居美国的欧洲科学家们,本文优先考虑了他们移居之前的贡献.最后但并非是最不重要的,作者通过电子邮件一一联系了文中所涉及的科学家,希望他们本人能够给出其自身贡献的评价草稿,从而帮助作者以最权威的视角在文中相应章节对其工作进行评述.本文向提供自述评价的诸位致以谢意,同时也希望其他同仁能够对本人不恰当的擅自评述给予谅解.     

日地共转扰动似稳结构及其反相和漂移规律的最新证据

日地共转扰动似稳结构及其反相现象在第２１及２２周再次显现，从而证实了上述发现是一种在长达世记的时间尺度内存在的普遍规律。包括１９９１－１９９２年内的百年地磁扰动资料还说明偶数太阳周的共转似稳结构扰动峰有逆太阳自转而线性性漂移的趋向。对即将来临的极小年前可能出现的共转扰动作了试验性的预测。     

“大涡破碎”的紊流减阻实验研究

本文对当今国外曾提出的紊流表面摩擦减阻新概念——“大涡破碎”(LEBU)进行了初步的风洞实验探索。将具有对称流线型剖面的二元小肋,沿垂直于气流的方向安置在平板表面的紊流附面层内某一高度处,收到了不同程度的减阻效果。实验中分别考察了小肋的安置位置L,安置高度H,迎角θ及相对厚度b等参数对减阻效果的不同影响。从紊流附面层涡结构的观点出发,提出紊流的“细化”作用是小肋对平扳减阻的根本原因,并认为改善紊流附面层的速度型是研究紊流减阻的一种手段。实验使用自制的高灵敏度摩擦天平,测得的减阻效果与Ludwieg—Tillman公式的计算结果基本一致。     

扇环形截面弯曲管道内的粘性流动

本文利用涡量－流函数法系统地研究了扇环形截面弯曲管道内的二次流动，计算结果表明了采用控制体积积分法对涡量－流函数方程进行离散来求解弯曲管道内粘性流动问题是成功的，这样可以避免对压力项的处理；对所得结果的分析揭示了该二次流动不仅受雷诺数和曲率影响，而且扇形中心角、内外径之比对该流动的影响也是显著的。     

A new two-scale model for large eddy simulation of wall-bounded flows

A new hybrid approach to model high Reynolds number wall-bounded turbulent flows is developed based on coupling a two-level simulation (TLS) approach (Kemenov and Menon, 2006 [1], 2007 [2] in the inner region with conventional large eddy simulation (LES) away from the wall. This new approach is significantly different from previous near-wall approaches for LES. In this hybrid TLS–LES approach, a very fine small-scale (SS) mesh is embedded inside the coarse LES mesh. The SS equations capture fine-scale temporal and spatial variations in all three Cartesian directions for all three velocity components near the wall. The TLS–LES equations are derived using a new scale separation operator that allows a smooth transition between the two regions, with the equations in the transition region obtained by blending the TLS large-scale and LES equations. New terms in the hybrid region are identified. The TLS–LES approach is used to study the near-wall features in canonical turbulent channel flows for a range of Reynolds number using relatively coarse large-scale (LS) grids. Results show that the TLS–LES approach is able to capture the effect of both the LS and SS features in the wall region consistently for the range of simulated Reynolds number.     

Physical model for acoustic resonance in annular cavity structure

A physical model for acoustic resonance in the annular cavity structure is developed to represent the typical characteristic when acoustic resonance occurs. Firstly, the measurement of sound pressure in the casing and rotor blades vibration is operated in a multistage high pressure compressor. The sharp peak frequency and discrete multi-tone occur in the frequency spectrum of sound pressure in the compressor, and the vibration of the first stage of rotor blades synchronously presents the high amplitude. The frequencies associated with rotor blades vibration can be calculated with rotating sound source theory. It is also confirmed that acoustic resonance occurs in the multistage compressor. With acoustic similarity principle, an annular cavity model is established to simulate the typical characteristics of acoustic resonance in the compressor based on Large Eddy Simulation (LES) and Lighthill acoustic analogy. The coupling relationship between cavity acoustic mode and disc vibration mode shape is expounded when acoustic resonance occurs in the model. And acoustic resonance will be locked in the certain flow rate range. All these characteristics match well with those occur in the multistage high pressure compressor.     

固体发动机可靠性设计面临的问题及其解决方法

针对可靠性设计没有数据导致可靠度无法计算的困难,提出放弃可靠度而使用事件流分析来控制产品可靠性的方法,该方法将产品主事件分解为一系列的事件,任何一个事件都可以分为应力(L)、应构(G)、应变(B)和传递(D)4个要素,每个要素都可以提出一些可测量的工作控制指标,只要能够确保每个工作控制指标符合设计意图,就能控制产品不出现故障。根据这种观点,提出了发动机可靠性设计的事件流分析技术,先按照事件发生顺序一步步地分析产品工作中会发生的各种事件,每个事件都用LGBD的结构展开,然后分析监测每个要素需要的测量参数,以及控制每个要素需要的设计参数,从而确定完备的工作控制指标体系,并确定可靠性试验方案。该方法放弃了可靠性模型,代之以事件流模型,为可靠性设计提供一种全新方法。     

跟进起飞间隔时间的确定

针对歼击机机群跟进起飞的特点，从飞机尾涡的形成和发展入手，研究近地条件下的尾涡运动规律，导出了导涡的诱导速度和漂移速度计算公式。并根据起飞过程中，后机受前机尾涡的影响范围仅局限于跑道宽度范围之内，对歼击机跟进起飞间隔时间的确定方法和影响因素进行了分析，为各型歼击机跟进起飞安全提供了理论依据。所得结论经过飞行验证，符合实际。