带自由表面的后向台阶起动流的流场模拟

对雷诺数Re=1350带自由表面的后向台阶起动流进行数值模拟,得到其自由表面、再附着长度以及台阶后分离涡涡心位置随时间变化的规律,并进一步讨论了自由表面的波动和台阶后大尺度涡结构的产生、发展及溃灭的过程对再附着长度的影响。     

应用PIV进行二维后向台阶流流动特性的研究(2)二维后向台阶流起动流的研究

利用PIV技术，对二维后向台阶起动流的瞬态速度场进行了观测。得到层流至湍流情况下起动流的一些运动规律。本文分析了流动中起动涡等旋涡的运动和发展特征。分析了起动流过程中再附着点的位置、起动涡等旋涡涡心的位置等的变化规律。     

应用PIV进行二维后向台阶流流动特性的研究(1)二维后向台阶流的旋涡结构的研究

利用PIV技术，对二维后向台阶定常流的瞬态速度场进行了测量，得到层流至湍流情况下定常流流场中旋涡的生成、发展和演化的现象和规律。本文分析了各种情况下旋涡结构特点、讨论了与时均流场和自由剪切层的区别，还给出了二维后向台阶流的拓扑结构。     

带自由表面后向台阶流的数值模拟研究

后向台阶流是工程领域中一类常见的流动现象,也是流体力学中复杂剪切流动的一个典型例子。针对自由表面对后向台阶流场的影响,在总结前人研究成果的基础上,本文利用VOF方法追踪自由表面,采用realizable k-ε紊流模型封闭控制方程,建立立面二维数值模型,对带自由表面后向台阶流进行了模拟研究。模拟得到4种特征雷诺数工况下,台阶后纵向流速、紊动能、耗散率、边界压力值和水面流速的沿程分布。模拟结果与原型实验观测结果吻合较好。根据模拟结果,对台阶后流场随特征雷诺数变化的规律以及自由水面对台阶后流场分布、漩涡结构和压力值的影响进行了分析讨论。     

基于k-ε紊流模型的后台阶流流动特性研究

后台阶流是几何结构简单而流态复杂的流动现象.采用二维k-ε紊流模型对后台阶水流流动进行数值模拟,并结合PIV系统测得的雷诺数,对Re=500~50 000范围的台阶后定常流动流场数据进行对比分析研究.结果表明流场结构存在稳定的回流区,回流区长度随着Re的增大先急速上升,然后又急速下降,最后缓慢回升直至稳定.断面速度受回流区影响较大,峰值随断面的往下游推移逐渐减小,随Re的增加,断面速度也缓慢减小.压力、紊动能的分布也受到回流区的影响,其中紊动能在低雷诺数情况下受回流区的影响较小.     

后向台阶流动研究综述

综述近年来后向台阶流动研究的进展及现状。对研究台阶后再附着点位置、时均流动的漩涡结构、起动涡、雷诺应力和剪切层中大涡结构等重要成果进行了归纳；对大涡模拟在后向台阶流动中的研究状况进行介绍；对现有的研究方法及存在问题进行分析，并指出了进一步的研究方向。     

自由表面对小攻角翼型流动分离特性的影响

该文介绍了在实验段为1.7m ×0.4m×0.4m的小型风浪槽中进行的自由表面附近,小攻角翼型流场分离特性的PIV实验结果.实验测量了NACA0012翼型在10°攻角下与自由表面多种不同间距时,翼面附近速度场,而后将各间距下连续采集的约500副瞬态流场结果进行统计分析,获得了翼面时均速度场等信息,讨论了时均流场结构和速度分布随翼型与水面间距的变化规律及水面对翼面流场分离特性的影响.实验的雷诺数Re=5.7′104.实验结果表明,随着翼型与自由表面间距的不同,翼型表面流动结构和气流在翼型表面的分离结构发生明显的变化,其明显的变化特征为,随着翼型从无水面干扰的工况向水面接近的过程中,上表面的分离先逐渐增强,而后被抑制,该流动演化特性进而可引起作用于翼型的气动特性的变化.     

模拟波浪运动的三维自由表面流动数值模型

基于Navier-Stokes方程建立了三维自由表面流动数值模型来模拟波浪运动.模型中Navier-Stokes方程的求解采用两步投影法,计算域的空间离散采用交错网格.采用满足自由表面运动学边界条件的水位控制方程来计算自由表面.通过数值结果与解析解的比较,验证了本文建立的三维自由表面流动数学模型可以精确的模拟线性色散波以及孤立波沿平底坡和非平底坡的传播.     

近自由表面翼型尾流速度场的PIV测量及POD分析

翼型的流场结构对地效飞行器气动特性有着重要影响,针对这一问题,该文介绍了在风浪槽中进行的近自由表面翼型的流场PIV试验测量及其试验结果.实验分别测量了翼型与自由表面不同间距的多种工况下,零攻角NACA0012翼型尾流速度场随时间的演化过程,并将同一间隙条件下连续采集的瞬态速度场结果进行时均统计分析,获得了尾流的时均速度场等信息,用于对比分析翼型与自由表面不同间隙时的流场结构特征.实验结果表明,随着翼型与自由表面间距的不同,翼型尾流场的流动结构和气流在翼型表面的分离特性发生明显的变化,进而可能引起作用于翼型的气动力的变化.而后将本征正交分解POD (Proper Orthogonal Decomposition) 方法应用于PIV瞬态速度场的后处理,研究分析了翼型尾流各本征模态下的湍流结构.结果显示低阶本征模态中存在明显的相干结构,且大尺度的流动结构与流场中绝大部分的能量分布直接相关,而高阶本征模态代表了流动的小尺度结构.     

SPH方法在自由表面流体研究中的应用

对光滑粒子流体动力学法(SPH方法)的发展背景、理论基础等进行介绍,总结了SPH方法在溃坝、海冰和河冰模拟、船舶流体力学等具有自由表面的流体研究中的应用现状,认为作为一种无网格的纯Lagrange方法,SPH方法较传统的基于网格的模拟方法具有不可比拟的优势。最后分析了SPH方法的缺陷及目前研究中的不足,并就今后的研究方向和发展趋势提出自己的看法。     

计算二维自由面势流的“残压反馈”方法

本文对研究有自由面的势流问题。根据速度能头和自由面度高度能头对自由面上迭工残 贡献比重没，将其按一定规律反馈回残压中，从而使残压与面高度在迭代过程中不断得到调整，由此，提出了一种简单易行、迭代程序简明的自由面迭代法－－残压反馈方法，应用这一方面，对平板闸闸下出流，ＷＥＳ溢流坝过流，半圆形突体过流，单圆弧反弧段有自由挑流等进行了计算，将所得结果与其它方法的计算结果或试验数据进行了比较。结果都颇为满意     

台阶突扩三维粘性流动数值模拟

利用三维粘性流动数学模型，研究了台阶突扩流动的三维特性。不同的雷诺数Re情况下，计算所得的流态、流速和压力分布与B.F.Amarly等的试验和计算结果相吻合，表明所建立的三维粘性流动数学模型具有较强的模拟能力和较高的计算精度。     

基于MLSPH方法的自由表面流动数值模拟

光滑粒子流体动力学(Smoothed Particle Hydrodynam ics,简称SPH)方法是一种Lagrange无网格粒子方法。SPH方法在解决自由表面流动问题时具有明显的优势,但同时也出现了计算精度低和稳定性较差的缺点。利用移动最小二乘SPH方法对自由移动粒子的密度进行周期性修正,模拟了二维溃坝自由表面流动,并将结果与传统SPH方法的模拟结果相比较。结果表明,移动最小二乘SPH方法降低了压力振荡,提高了计算精度,从而验证了此方法的有效性。     

PIV MEASUREMENTS OF THE NEAR-WAKE FLOW OF AN AIRFOIL ABOVE A FREE SURFACE

The near-wake flow of a NACA0012 airfoils mounted above a water surface were experimentally studied in a wind/wave tunnel. The main objective of this study is to investigate the influence of the free surface on the structure of the airfoil trailing wake. The flow structure was measured with different ride heights between the airfoil and free surface using a Particle Image Velocimetry (PIV) system. The Reynolds number based on the chord length of the airfoil was about 3.5×103. For each experimental condition, large amount of instantaneous velocity fields were captured and ensemble-averaged to get the spatial distributions of mean velocity and mean vorticity, as well as turbulence statistics. The results show that the flow structures of the airfoil wake varies remarkably with the change in the ride height.     

Numerical simulation of flow separation over a backward-facing step with high Reynolds number

Large eddy simulation(LES)explicitly calculates the large-scale vortex field and parameterizes the small-scale vortices.In this study,LES and κ-ε models were developed for a specific geometrical configuration of backward-facing step(BFS).The simulation results were validated with particle image velocimetry(PIV)measurements and direct numerical simulation(DNS).This LES simulation was carried out with a Reynolds number of 9000 in a pressurized water tunnel with an expansion ratio of 2.00.The results indicate that the LES model can reveal largescale vortex motion although with a larger grid-cell size.However,the LES model tends to overestimate the top wall separation and the Reynolds stress components for the BFS flow simulation without a sufficiently fine grid.Overall,LES is a potential tool for simulating separated flow controlled by large-scale vortices.