来流湍流度对圆柱绕流特性的影响

采用大涡模拟方法,在雷诺数为1.4?05时,研究来流湍流度对圆柱绕流特性的影响规律。研究表明：湍流度会使得自由剪切层间的相互作用更加剧烈,使得流场的三维特性更为强烈;同时加强了尾流区湍流能量的相互传递,减少能量的耗散,从而延长了回流区长度。随着回流长度的增加,圆柱背风面的平均风压系数得以增大,最终导致圆柱阻力系数随之减小。在尾流湍流得到增强的同时,尾流区会形成多尺度的湍流,从而促使漩涡形成区形成大涡量的漩涡,导致尾流区的漩涡呈现多频率的脱落。     

光学遥感探测尾流研究

本文对舰船航行产生尾流（伯努利水丘、表面波尾流、内波尾流、涡旋尾流）的生成机制进行探讨.研究了水中气泡上升的运动学规律和气泡群光散射特性.通过比较分析尾流在可见光、红外和微波等不同波段所表现的物理特征,并对可见光探测尾流、红外遥感探测尾流、合成孔径雷达探测尾流的发展进行探究,表明三种不同光学遥感探测尾流分别具有各自的优劣.研究合成孔径雷达（Synthetic Aperture Radar,SAR）图像检测算法表明,Radon变换检测算法能增强尾流图像,Hough变换检测算法能从尾流图像中提取目标的位置、航速、航向等参数.合成孔径雷达探测尾流具有高分辨率、快速实时、全天候等显著优势,是目前最适合探测尾流的光学遥感.     

基于改进湍流模型的圆柱涡激振动数值模拟研究

为准确模拟圆柱体在涡激振动中的升力与阻力,本文对SST(shear stress transport)k-ω湍流模型进行改进,并在圆柱绕流中验证改进模型的正确性。基于OpenFOAM嵌入自编程序进行圆柱双自由度涡激振动数值模拟,采用三种不同的初始条件,通过计算对比三种初始状态下涡激振动的幅值、锁定区间、流体力、运动轨迹以及漩涡脱落特点,发现三种初始条件下得到的结果有一定的差别,相比之下匀加速条件的结果最为精确。研究显示:漩涡脱落模式的突变导致了幅值分支的突变,漩涡脱落体现出的"惯性"是产生"迟滞现象"的内在原因之一。     

扭曲圆柱绕流特性的大涡模拟

为了有效抑制涡激振动对海洋平台和立管的破坏,需要对圆柱尾涡绕流特性进行进一步研究。本文采用大涡模拟方法对雷诺数Re=28 712时不同扭曲角度α的扭曲圆柱湍流流动进行了数值模拟。通过与光滑圆柱计算结果对比得知,α=40°时扭曲圆柱对阻力与升力的抑制效果最好,相应的涡形成长度显著增大,同时圆周表面最小压力系数要大于光滑圆柱,也为圆柱提供了更大的阻力减额。扭曲圆柱湍流动能分布以及尾流涡结构表明:其分离剪切层及尾涡脱落位置的延伸长度要大于光滑圆柱,且近尾流区的涡量值及涡波动幅值也减小了,这也最终直接导致圆柱阻力及升力波动幅值的减小。     

椭圆柱绕流尾迹的PIV测量及DMD分析

为了研究椭圆柱绕流尾迹的流动特性,利用粒子图像测速技术(PIV)对长短轴之比AR=0.42的椭圆柱在雷诺数Re=3 493,4 657,5 822三种流动工况进行了实验研究,得到了相应的尾流区瞬态速度矢量场和涡量场,并通过频谱分析得到旋涡脱落频率。结果显示:随着雷诺数的增大,椭圆柱尾流区域在竖直方向上的影响范围减小,近尾流区内旋涡形成区域缩短,旋涡脱落频率增加。同时采用动力学模态分解(DMD)方法对实验获得的速度场进行模态分解,提取了椭圆柱尾迹流场的相干结构及各个模态的频率和增长率信息。结果表明:低阶模态包含了原始流场的主要流场结构,以及与旋涡周期性脱落运动相关的主要模态。随着模态阶数的增加,衰减速度逐渐增大,涡尺度逐渐变小,并向竖直方向进行扩散。     

考虑耦合效应的风场中摇曳树木模拟

为了探索树木在风场中摇曳的运动机理,建立了风中摇曳树木的有限元模型.采用圆柱绕流的涡致振动理论估算了树枝在风中因旋涡脱落而引起的脉动升力和阻力;用基于任意拉格朗日欧拉法(ALE)的流固耦合模拟方法估算了不同风速和树叶角度的情况下风施加在树叶上的作用力;用基于圆柱绕流实验数据的简化流固耦合模拟方法估算了树枝大变形后作用在树枝上的风荷载变化.模拟结果表明,考察节点均以环状的方式运动,并且两种不同风场中的轨迹非常类似.由旋涡的脱落而引起的枝条抖动频率很高,但振幅很小.不同枝条之间存在相互的影响,并能改变考察点的运动轨迹     

基于空-频域特性的飞机尾流检测前跟踪方法

与常规点目标相比,尾流跨越多个角度和多普勒分辨单元,常规检测方法不能充分利用其空-频域特性,因此很难实现较远距离上的尾流探测.基于尾流的多普勒扩展特性和空间线状分布特性,提出了一种基于幅度和位置量测的检测前跟踪(TBD)方法.仿真结果表明,该方法能够通过频域低门限预处理实现高检测概率,通过空间积累降低虚警概率;通过增加辅助信号处理通道,能够增大尾流的探测距离.     

螺旋槽管脉冲流强化对流换热数值及场协同分析

通过数值模拟计算研究了在螺旋槽管内通入脉冲流后的强化换热机理.数值计算结果表明,脉冲流动能引起出口压力呈周期波动,波动幅度随脉冲流频率的增大而增大;脉冲流动能够使流体在螺旋槽管管壁附近产生漩涡,并出现周期性的生成、漂移和脱落;由于漩涡的作用,增强了流体的径向扰动和相对扰动;脉冲流动能够改善速度场与温度梯度场之间的协同程度,从而起到强化传热的效果.     

线性预测盲源提取算法应用于阵列雷达的分析

通过深入分析阵列雷达的杂波/干扰抑制问题,提出应用基于线性预测的有噪盲源提取算法来提取阵列雷达的回波信号,实现杂波/干扰的同时抑制,最终提高阵列雷达的目标探测能力。在建立逼真的阵列雷达接收信号模型的基础上,通过仿真分析了该算法提取阵列雷达回波的能力和改善阵列雷达的目标探测能力。结果表明,该算法提取雷达回波信号的效果理想,平均相关系数大于0.93;当运动目标的归一化多谱勒频率大于±0.1 Hz时,阵列雷达的检测概率接近1,验证了该算法的可行性和有效性。     

跨声速风洞试验段马赫数静压探针移测方法初探

跨声速风洞模型区核心流马赫数分布特性是评价风洞流场性能品质的重要指标,通常采用长轴向探测管进行测量。为了模拟无干扰的来流特性,一般长轴向探测管都会从支架段延伸至风洞收缩段,因此通常都具有较长的尺寸、较多的静压测点以及较小的堵塞度要求。为了更精确地测量跨声速风洞模型区核心流马赫数分布,设计了相对于长轴向探测管堵塞度更小、尺寸更短的静压探针。在风洞流场判稳的基础上,由移测机构带动静压探针移测试验段模型区核心流的马赫数分布,通过风洞试验对其测值特性开展了相关研究。试验结果表明,当Ma≤0.95时,静压探针采用移测方式获得的核心流马赫数分布总体规律及量值与长轴向探测管测量结果基本相当,但是静压探针在部分流场细节上与长轴向探测管存在差异,主要表现为:静压探针马赫数测量波动更小,精度更高,均匀性指标更好。     

下游圆柱涡致振动的升阻力特性及涡脱落模态分析

采用分块耦合方法结合任意拉格朗日欧拉法数值求解非定常二维不可压缩NS方程和Poisson
方程，分析了下游圆柱涡致振动的涡脱落模态以及升阻力特性。圆柱振荡频率比值为0.30～1.49。分析了
各种模态之间相互转化的跃迁点、升力与振幅间相位和模态间转化的关系，以及初始涡量形成的差异与模
态间转化的关系，研究了当涡脱落向下游移动时的演化和重组现象。研究发现，涡的横向和流向间距以及
涡街的大小随频率比的变化而变化；存在3种典型的涡脱落模态，即2P、2S 和 P+S模态，各种模态之间相
互竞争从而促进了流体与结构间相互作用的发展。     

厚壁面湍流边界层对圆柱脱涡影响的实验研究

在风洞中,用热线风速仪和压力传感器进行嵌入湍流边界层内的圆柱脱涡实验研究.测量了尾涡脱落频率和平板表面压强脉动,目的是分析当圆柱嵌入空气湍流边界层的情况下,间隙比值对尾涡脱落频率及壁脉动压强的影响.实验结果得到了尾涡无量纲频率S t随间隙比及雷诺数的变化情况,壁脉动压强周期性成分的变化规律,还得到了在一定雷诺数下,圆柱对边界层速度的影响范围,为今后的工作和研究提供了实验依据.     

串列双圆柱绕流的模态特征及流场重构

为探讨不同间距下,串列双圆柱绕流场特征的内在变化规律,在低雷诺数Re=100下,针对间距比为P/D=1.1~5的串列双圆柱,通过动力学模态分解（dynamic mode decomposition,DMD）方法对其绕流场进行模态分解,并基于DMD的主导模态建立降阶模型,重构了串列双圆柱的涡量场。结果表明:串列双圆柱的3种流态,即单一钝体（P/D=1.1~2）、剪切层再附（P/D=3）和双涡脱流态（P/D=4~5）,呈现明显不同的子模态特征;随着间距比的增大,与圆柱涡脱频率对应的模态结构会逐渐由下游圆柱尾流转移至上游圆柱尾流,此主模态表征了3种流态随间距比演变的内在机制;与单一钝体及剪切层再附流态相比,双涡脱流态的下游圆柱近尾流区的高阶模态结构更为复杂,流场重构时需要更多模态才能达到与其他两种流态相似的精度,在尾流旋涡影响区的重构误差最大。     

基于矢量传感器的高分辨频率估计算法研究

基于子空间分解的ESPRIT算法常用在阵列处理中对目标进行DOA估计．如果将空间的位移变成时间的延迟，单个矢量传感器可以实现高分辨率的频率估计．将ESPRIT与矢量传感器相结合，研究了高分辨率频率估计算法，建立了矢量传感器的数据模型，推导了矢量传感器的空时阵列流形，通过对协方差矩阵进行子空间分解，求得目标信号的频率估计值．仿真计算研究了不同信噪比、采样频率和数据长度条件下该算法的性能．结果表明基于矢量传感器的算法比基于声压传感器的算法具有更高的频率估计精确度．     

锥形涡诱导下正方形平屋盖风压特性

为揭示旋涡作用下的脉动风压功率谱特性和确立谱能量与旋涡运动或湍流尺度之间的演变关系,基于大跨屋盖结构风洞测压试验,以涡轴方向测点列和横风向测点列为研究对象,分析了来流非垂直于迎风墙面时3种不同来流工况(均匀流、格栅紊流和B类地貌)和3种不同风向角(15°、30°和45°)下正方形底面的平屋面风压分布和锥形涡涡轴的运动特征.分析结果表明,3种来流工况下屋面最大风吸力、最大脉动值均出现在屋面下三角区的迎风顶点附近.3种风向角下,30°时在迎风顶点附近锥形涡诱导的平均、脉动风压均达到最强.对于同一来流工况下,随着风向角的逐渐增大,涡轴与迎风前缘的夹角和再附作用范围均在逐渐减小.涡轴方向迎风点附近测点风压谱谱峰值与其对应的屋面风吸力成正比例关系:在高频范围内,测点风压谱相应频率对应的谱能量峰值越大,屋盖平均风吸力也越大;在低频范围内,相应频率对应的谱能量峰值越大,其脉动风吸力也越大.均匀流下涡轴方向各测点间的互相关性较弱,格栅紊流和B类地貌下测点间的互谱曲线呈现指数衰减模式.     

The numerical investigation of flow and heat transfer characteristics of flow past a slit-cylinder

The flow and heat transfer characteristics, including transition critical Reynolds number from two-dimensional to three-dimensional, the influence of slit-cylinder geometric parameter on Strouhal number, Nusselt number and forces acting on the slit-cylinder are numerically investigated. It’s found that transition critical Reynolds number from two-dimensional (flow wake deforms in two directions) to three-dimensional (flow wake deforms in three directions) increases with the augment of the slit width ratio in the range of present considered Reynolds number. The present results indicate that the three-dimensional vortex structures resulting from the deformation of the vortex shedding have significant effects on flow and heat transfer features such as Strouhal number, Nusselt number and forces acting on the cylinders with different ratios of slit width. It’s observed that the drag and lift coefficients reduce as the increase of slit width ratio, and vortex shedding is effectively suppressed by the slits. Moreover, the comprehensive heat transfer performance of the cylinder with the slits is significantly improved with the increase of the slit width ratio.     

二维格子Boltzmann方法圆柱绕流湍流模拟

采用多松弛格子Boltzmann方法的大涡模拟技术对二维圆柱绕流问题进行了数值模拟.运用二阶插值反弹格式处理圆柱边界,同时结合Wall-Adapting Local Eddy-viscosity模型(WALE)对壁面附近湍流粘性进行修正,测算了其升、阻力系数和涡脱落频率.结果显示:在雷诺数小于300时,升、阻力系数以及涡脱落频率均跟实验值吻合较好;对于较高Re数问题,其三维效应不能忽略,模拟结果跟实验值有所偏差,但通过引入WALE模型进行壁面修正,该方法较其他二维方法在估算阻力系数上精度有明显提高.     

Numerical simulation of flow interference between four cylinders in in-line square arrangement

In the present paper,two-and three-dimensional numerical simulations of the flow interference between four cylinders in an in-line square arrangement at Re = 200 are performed.Assisted with the two-dimensional(2-D) numerical simulation,the mean and fluctuating forces,Strouhal number(St) and vortex shedding pattern in the wake for each cylinder were analyzed with the spacing ratio(L /D) ranging from 1.5 to 6.0.It was found that,four different vortex modes(viz.,flip-flopping,shielding anti-phase-synchronized,in-phasesynchronized and anti-phase-synchronized) gradually appear with the increase of the L/D ratio.The average drag coefficient of the upstream cylinders is larger than that of the downstream cylinders,while the downstream cylinders usually undergo serious fluctuating forces.When the L/D ratio ranges from 3.0 to 4.0,the dominant frequency of the drag coefficient is equal to the value of St of upstream cylinders.This indicates that a simultaneous resonance in the in-flow and cross-flow directions may occur for some single structures of a multi-body oscillating system.For the 3-D numerical simulation,the L/D and aspect ratios are kept constant as 5.0 and 10,respectively.It was found that some vortices are formed in the wake of the upstream cylinders.Besides,with the same spacing ratio,the calculated drag coefficient and lift coefficient fluctuation are slightly larger than the 2-D results,but with a phase difference.     

基于麦克风阵列测量的机翼脱落涡噪声研究

应用由111个麦克风且成的平面麦克风阵列对当前流行的民用客机进场着陆过程中的飞机品怕源进行了测量分析,在国际上首次发现了机脱落涡单音噪源,并且得到了这种噪声源的频谱特性、指出特性和声级变化特征。     

翼型厚度和弯度对前飞扑翼气动性能的影响

扑翼飞行器是一种模仿鸟类和昆虫飞行方式的新型飞行器.翼型参数设计对提高扑翼飞行器性能至关重要,为研究扑翼翼型厚度和翼型弯度对前飞扑翼气动性能的影响,基于自然界中飞行生物的实验观测结果建立了前飞扑翼气动特性计算模型,针对不同厚度和弯度的NACA系列标准翼型,采用计算流体力学方法求解二维不可压缩非定常Navier-Stokes方程,基于有限体积法并结合动态网格技术,分析了低雷诺数条件下对应不同来流速度的刚性前飞扑翼气动力、能耗、气动效率以及周围流场结构随翼型厚度和弯度的变化规律.结果表明,不同来流速度条件下扑翼推力和能耗均随翼型厚度的增大而逐渐减小,随着翼型厚度的增大,扑翼推进效率最大降幅达15.9%;翼型厚度的增加,降低了前缘涡强度并延迟了前缘涡的脱落.翼型弯度可以改变翼型的有效气动攻角,翼型弯度的增加可以显著提高翼型升力和升举效率,并促使尾流中心线向右下方倾斜;正向弯度扑翼在下扑行程能产生更大的升力,而负向弯度扑翼则在上挥行程中产生了更大的推力.