均匀各向同性湍流中标量耗散的动力学特性

采用直接数值模拟方法,对具有平均标量梯度的被动标量场在稳定均匀各向同性湍流中耗散的动力学特性进行了研究(计算Reλ为25和48,Pr数从0.3-4.0).结果表明,标量耗散的形成主要是由于标量梯度同流场的应变张量压缩主轴耦合的结果,而涡量对标量梯度的形成只有较弱的影响,然而它可以产生与平均标量梯度方向相反的标量梯度,来抵消在大尺度上施加的平均标量梯度的影响,同时通过破坏标量梯度与应变张量之间的耦合来抑制大强度标量耗散的产生.借助于不变量理论发现,高强度的标量耗散主要产生在拓扑结构为unstable node/saddle/saddle流形区域,其对应的应变张量的特征值两个为正,一个为负;由于涡管的感生作用,也有少许中等强度的标量耗散位于流形为stable focus/stretching的区域.     

涡判据在翼端间隙涡流分析中的应用与评价

以水翼侧端的间隙涡流为研究对象进行数值模拟计算,将涡量、压力、速度梯度张量的第二不变量Q及特征值λ2、旋转强度和螺旋度准则用于涡流分析,以参考实验的间隙涡流特征为依据,评价了各类涡判据的适用性.结果表明:基于速度梯度张量的Q,λ2和旋转强度准则,对于间隙涡流的辨识效果总体较好.为提高涡判据在不同流场中的适用性,基于应变率张量与旋转率张量的比值构建函数*r,提出一种无量纲的涡识别准则,采用*r 1的判据可以有效识别局部旋转占优的流动区域.     

迎风条件下速度梯度对地面涡气动特性影响数值模拟

以缩比的近地面短舱进气道为研究对象,通过数值计算模拟的方法得出在迎风来流条件下速度梯度对地面涡流场的结构及气动特性曲线的影响。研究表明,速度梯度是影响地面涡的主要因素。在不同的速度梯度下地面涡结构明显不同。在Y方向速度梯度下近地截面形成的地面涡是一对涡,旋转方向相反。速度梯度越大,地面涡强度,总压畸变指数明显变大。且峰值会出现滞后现象。在Z方向速度梯度下,近地截面形成的地面涡是一个单涡结构,在进气道上方也会形成一个涡体。地面涡强度、总压畸变指数会先增大后减小,峰值不会出现滞后现象。     

耗散原子-腔场复合系统中线性熵的演化特性

应用全量子理论研究了两个纠缠的耗散腔场与穿过其中一个腔场的二能级Rydberg原予相互作用过程中原子的线性熵、两个腔场的线性熵及原子-腔场复合系统的线性熵的演化特性.通过数值计算,讨论了共振情况下耗散常数和原子-光场相互作用耦合强度对原子的线性熵、两个腔场的线性熵及原子-腔场复合系统的线性熵演化特性的影响.结果表明:原子的线性熵、两个腔场的线性熵、原子-腔场复合系统的线性熵的演化都较强地依赖于原子-光场相互作用耦合强度和耗散常数.耗散常数和原子-光场相互作用强度不仅影响量子场熵演化的振荡性,而且影响线性场熵演化的周期性.     

非线性标量、矢量与旋量场方程的孤粒子解

本文假设存在真空标量、矢量与旋量场,并且假定一些标量、矢量与旋量粒子分别由它们的自耦合形成。按此想法,我们找到了非线性标量与矢量场方程的非拓扑性弧粒子解析解,还着重用数值法求解了十类非线性旋量场方程的弧粒子解,结果发现用旋量真空场的矢量与膺矢量或张量与膺张量耦合的混合来描述一些旋量粒子的构成较为理想。     

融合式翼梢小翼对飞机尾涡演化的影响

随着空中交通流量的增长，尾流间隔精细化、动态化缩减成为了民航发展的一种趋势，研究尾流演化过程也成为了民航领域关注的前沿科学问题。基于此，本文采用雷诺平均 N-S方程方法研究了B737-800飞机有无融合式翼梢小翼对飞机尾涡的演化过程影响。利用NASA动态尾流系统中APA尾涡消散模型计算了不同气象环境参数下有无小翼的尾涡环量变化。结果表明：融合式翼梢小翼可以分割翼尖涡，有效改变翼尖气流的流动特性，增大速度梯度，减小尾涡速度、尾涡能量集中程度和尾涡强度；不同大气湍流耗散率和大气层结稳定度下，小翼对尾涡强度的减小量不同。     

反应器内温度梯度对Taylor涡胞结构的影响

采用CFD技术,数值模拟了化学反应器中温度梯度对Taylor涡胞结构的影响特征,研究了径向温度梯度对轴向Taylor涡胞结构、强度及其临界雷诺数Re的影响特点.研究结果表明,径向温度梯度能抑制中部Taylor涡胞形成,致使系统的临界Re增加;随着径向温度梯度的增加,涡量向温度降低的方向迁移,涡量分布的径向梯度也随之增加;端部的Taylor涡胞强度最大,其集中涡量主要分布于内壁面,且有助于促进流体的热传递效果,中部的Taylor涡胞强度较弱,其对促进流体热传递的效果并不明显.     

叶尖开孔对风力机流场的影响研究

以NREL Phase VI叶片的1/8缩比模型为研究对象,在叶片叶尖区域设计由前缘到叶尖端面的3个环形通气孔,改变叶尖流场分布.采用CFD的方法,通过转速变化分析叶尖表面的压力分布情况及其叶尖涡的发展过程,进而研究叶尖开孔对风力机叶尖涡的影响.研究结果表明:转速低于900 r/min时,叶尖开孔对叶片气动性能影响不大;而转速高于900 r/min时,叶尖开孔可降低涡核强度,加速叶尖涡耗散,提高叶片气动效率.从环形通气孔中喷射的气流对来流有明显的抑制作用,能够减小尾流区内的轴向速度.在加速叶尖涡的耗散和降低叶尖涡的强度方面,风力机叶尖处开孔在转速超过900 r/min以上时被视为一种比较有效的设计.     

出渗对大颗粒泥沙周边水流结构及受力影响试验研究

为探讨出渗对大颗粒泥沙周边水流结构的影响,采用二维粒子图像测试技术对颗粒周围流场进行测量.通过分析不同出渗强度下颗粒周围立面流场结构,探究出渗作用下颗粒周围水动力结构.试验结果表明:出渗能够抑制颗粒尾部回流区的形成,减小回流区内负向流速大小;同时,尾涡尺寸随出渗强度的增大而减小,当出渗强度增加到一定值(v_s/U=0.65%)时颗粒尾部已不能形成尾涡.颗粒迎流面水流分离点即是产生"涡量源"的位置.出渗不断透过床面向上补水减小了流速变化梯度,从而导致负向涡量随出渗的增大而减小.对大颗粒的受力分析发现,颗粒平均起动流速随着出渗流速的增大而减小.     

Kaluza—Klein理论中共形不变形式的Klein—Gordon方程

在五维黎曼流形基础上，将Klein-Gordon标量场方程由最小耦合情况推广到共形耦合情况，并深入讨论了质量相对变化率，结果表明：在静态球对称解和Friddman宇宙学解下检验粒子的四维有效质量是可变的。     

Kaluza-Klein理论中共形不变形式的Klein-Gordon方程

在五维黎曼流形基础上,将K1ein-Gordon标量场方程由最小耦合情况推广到共形耦合情况,并深入讨论了质量相对变化率,结果表明在静态球对称解和Friedman宇宙学解下检验粒子的四维有效质量是可变的.     

预制裂纹盐岩单轴力学特性及能量机制试验

盐穴储气库在水溶造腔时会产生大量溶蚀裂纹,为研究裂纹对盐岩强度和变形等力学性能的影响,利用MTS-815岩石力学实验系统,对不同参数裂纹盐岩的力学特性进行试验研究,采用对数应变对试验结果进行修正,分析了不同参数裂纹对盐岩的强度和变形的影响,并基于能量耗散理论分析其损伤破坏过程中的能量特征.结果表明:不同倾角裂纹降低了试样的峰值强度值,但降低量的多少与裂纹倾角大小未呈现明显的线性关系;不同长度的预制裂纹对盐岩峰值强度有明显的弱化作用,裂纹越长,弱化作用越大.外力做功产生的总应变能U绝大部分转化为耗散能Ud,小部分累积为可释放的弹性应变能Ue,导致盐岩内部产生损伤和塑性变形.破坏过程总能耗、耗散能、弹性应变能等,能量与应变关系曲线表现出明显的阶段特征;盐岩单轴压缩呈现压密阶段、弹性变形阶段、塑性变形阶段和破坏阶段等4个阶段.     

单方柱绕流的直接数值模拟研究

为了揭示柱体绕流的湍流流动机理,采用直接数值模拟方法对雷诺数为1200的单方柱绕流工况进行研究。首先通过与文献中斯特劳哈尔数、平均流速和表面压强系数等统计量进行对比,验证了数值方法的可靠性。其次采用本征正交分解方法系统地提取流场中的相干结构,结果表明：对于速度场的模态分解,第一阶模态代表平均速度场的特征,第二、三阶模态提取的是流场中的低频大尺度旋涡特征,第四、第五阶模态提取的是流场中的高频小尺度旋涡特征。最后基于联合概率密度函数分析速度梯度张量第二、第三不变量,发现方柱下游大致可分为两个流动阶段：发展阶段,流场以涡流层结构和耗散作用为主,涡流管结构逐渐生成;成熟阶段,流场中湍流结构伴随着高涡量拟能和高能量耗散率。     

非平宇宙中的全息精质模型

提出了非平宇宙中的全息精质模型,构造出精质标量场,对全息暗能量的宇宙学演化进行有效描述.推导了全息暗能量在非平宇宙中的演化方程,进一步通过与正则标量场建立对应,构造出全息精质标量场模型,并讨论了空间曲率对模型的影响.结果表明,空间曲率对标量场演化的影响主要表现在高红移区域,而对于重构出的标量场势函数,在标量场值越小的区域空间曲率的影响越大.     

燃气轮机叶片前缘旋流冷却的热流固耦合数值研究

为了探究旋流冷却的热流固特性,建立了旋流冷却热流固耦合模型和纯流体模型,在相同边界条件下对两种模型的旋流冷却性能进行了对比研究,同时分析了热流固耦合模型温度场与结构场的分布特性。研究结果表明:固体壁面导热对冷气的流动影响较小,但对流体区域的换热会产生一定影响,热流固耦合模型下靶面的换热强度分布更为均匀,沿冷气流动方向高低换热区域的换热强度差异逐渐减小,各喷嘴进口对应高换热区域的换热强度沿流动方向逐渐增大,热流固耦合模型下靶面的平均换热强度比纯流体模型减小了5.05%;固壁导热对靶面温度有着显著影响,热流固耦合模型靶面温度分布比纯流体模型更为均匀;热流固耦合模型固体区域的整体温度沿着冷气流动方向逐渐升高,整体应力则沿冷气流动方向先增大后减小,靠近叶根和叶顶的区域出现应力集中;整体应变的变化趋势与整体应力变化趋势类似,但在固体传热面上,中部区域出现低应变区域。     

单方柱绕流的直接数值模拟

为了揭示柱体绕流的湍流流动机理,采用直接数值模拟方法对雷诺数为1 200的单方柱绕流工况进行研究。首先通过对斯特劳哈尔数、平均流速和表面压强系数等统计量进行对比分析,验证数值方法的可靠性;其次采用本征正交分解方法系统地提取流场中的相干结构,结果表明:对于速度场的模态分解,第一阶模态代表平均速度场的特征;第二、三阶模态提取的是流场中的低频大尺度旋涡特征,第四、第五阶模态提取的是流场中的高频小尺度旋涡特征。最后基于联合概率密度函数分析速度梯度张量第二、第三不变量,发现方柱下游大致可分为两个流动阶段:发展阶段,流场以涡流层结构和耗散作用为主,涡流管结构逐渐生成;成熟阶段,流场中湍流结构伴随着高涡量拟能和高能量耗散率。     

腔光机械谐振器的动力学耗散冷却（英文）

基于光机械耦合系统,详细研究了该系统的动力学冷却问题,比较了强耦合系统中不同的光学腔模型耗散率对平均声子数的影响.在一定的范围内,腔耗散率越大,平均声子数越小,并且有更大的腔耗散率,平均声子数才能快速地达到瞬态冷却极限,即通过增大腔耗散率,能加速系统的冷却过程.对于强耦合系统,随着耦合强度的增加,平均声子数出现周期性的振荡,且随着腔耗散率的增大而快速的减小,最后达到一个冷却极限.相反,对于弱耦合体系,平均声子数随着腔耗散率的增大而快速的增大,而后达到一个稳定的平衡态,且随着耦合强度的增大,不会出现周期性的振荡.因此,在弱耦合系统中,增大腔耗散率有可能会加速系统的热过程.     

变比热真实气体效应的高超声速槽道湍流直接数值模拟

在高超速情况下,利用直接数值模拟方法,我们研究了真实气体效应(振动由度激发导致比热随温度变化)对槽道湍流影响,并与不考虑振动由度激发情况进行了比较.我们发现振动能激发对统计平均量影响主要体现在温度上,它能够抑制湍流场中平均温度升高;而对于密度,速度及压强影响很小.振动由度激发使原分运动更加剧烈,以致湍流场趋于平坦,表现为脉动值、相关函数及互相关函数减小.同时,由于振动能激发过程是一个吸热过程,因此它对湍流有抑制作用,表现在减小涡量、抑制湍能成及耗散等方面.振动由度激发对于湍流两点相关量、偏斜因及平坦因影响很小.     

风向对舰船甲板流场结构影响的数值研究

为研究风向对舰船甲板上方流场的影响,运用数值模拟方法对舰船甲板上方空气流场进行求解,分析不同风向时舰船甲板流场的流线形态和涡量分布.对流场中的旋涡进行分类,并阐述各类旋涡的产生原因、发展过程与相互作用.研究结果表明:0°风向时,船首分离涡影响甲板前端流场,上层建筑尾涡只影响其正后方小范围甲板区域;+15°风向时,甲板上方流场主要受右侧边缘上洗气流涡与上层建筑尾涡的影响;-15°风向时,甲板上方流场主要受左侧边缘上洗气流涡的影响.     

纵向涡强化通道内换热的数值研究及机理分析

用三维数值模拟方法研究了纵向涡发生器用于层流矩形通道的流动换热特征.研究了Re(为800~3 000)、涡发生器的冲角(分别为15°、30°、45°、60°、90°)、纵向涡发生器的形状对通道平均Nu和平均阻力系数的影响,并利用场协同原理进行了分析.结果发现:纵向涡发生器产生的二次流使全场速度和温度梯度之间的平均夹角减小,换热得到强化;纵向涡能改善包括涡发生器附近区域以及下游广阔区域的场协同性,而横向涡只可以改善涡发生器附近区域的场协同性,所以纵向涡可以强化整体换热,而横向涡只可以强化局部换热;对于光通道,协同角随Re增大而增大,但对于有纵向涡发生器的通道,协同角随着Re增大而减小.同时,在面积相同的条件下三角形小翼优于矩形小翼.