湍流相干结构的速度与温度特性

本文采用三分量热线同时测量温度和速度的新技术，测量了加热与制冷平板边界层的速度和温度分布，提出了提取相干结构的雷诺应力准则，根据湍流相干结构速度与温度的相关关系，运用子波分析方法首次确定了相干结构的温度特征尺度和波形。对于研究湍流结构相干结构的速度与温度特性，具有重要的意义。此外，本文还应用数字滤波方法对所分析的湍流相干结构进行了滤波处理，确定了相干结构的平均猝发周期，与条件采样方法相比，两者的结果基本一致。本文实验分析结果还表明：壁面温度对湍流相干结构有一定的影响。     

壁面温度在多参数下对平板边界层的影响研究

为了得到壁面温度在不同来流速度、不同湍流强度条件下对边界层转捩与减阻的影响规律,本文采用Transitionk-kl-ω模型对低来流速度下无压力梯度的光滑平板进行了数值模拟。结果表明,随着来流速度的升高,壁温升高所起到的减阻效果更好,即高来流速度对壁面温度更为敏感。当来流处于中高湍流强度下时,壁温升高能起到推迟转捩的作用,且随着湍流强度的升高,转捩推迟的效果越好,但减阻效果正好相反;当来流处于低湍流强度下时,壁温升高会使得转捩提前发生。壁温升高抑制了边界层内流体的脉动程度,使得层流的稳态不易被破坏,流动更加稳定;同时,壁温升高使得边界层内流体的速度梯度减小,从而降低了壁面摩擦系数,故壁温升高能起到推迟边界层转捩与减阻的作用。     

温度场内尺度估算方法的研究

用三维超声风速计测量了合肥地区风速脉动和温度脉动数据, 从Kolmogorov 的4/5定律估算湍流动能耗散率\varepsilon, 从Yaglom的4/3定律估算温度方差 耗散率\varepsilon _\theta, 指出现有文献提供的公式不适合计算温度场的内 尺度. 提出了一种温度场内尺度计算公式, 式中含有温度方差耗散率\varepsilon _\theta , 得到的内尺度大小正确反映了与C_n^2 强弱的对应关系.     

湍流自由剪流的自模性理论

本文讨论了自由湍流剪流的速度脉动与温度脉动特性.用与各向同性湍流对比确定经验常数的方法,使所论半经验理论与实验数据的比较中,只有湍流尺度扩散律中的比例系数以及动量扩散与热量扩散问题的各自一个经验常数由实验决定.     

不同构型和多点喷射对短环型燃烧室燃烧性能的影响

对短环形流燃烧室内有较强回流的湍流旋流流动进行了模拟,并从两个方面(燃烧室构型和多点喷射)对燃烧室性能的影响进行了分析。计算中采用Reynoldes应力湍流模型(RSM)、EBU-Arrheniue湍流燃烧模型和离散坐标辐射模型描述其燃烧流动,液相采用Lagrange法处理,气相采用SIMPLE法求解。研究表明:在燃料和空气总流量不变的情况下,燃烧室构型对燃烧室出口平均温度影响不大,对出口温度分布、燃烧室内空气流场有比较大的影响。喷嘴数目的改变对出口处的平均温度和平均速度影响不大,但是对出口截面处的温度分布影响比较大,在局部范围可能产生温度比较高的热斑。     

近地面大气湍流平均动能耗散率测量与分析

用三维超声风速计测量了合肥地区风速脉动和温度脉动数据,并用二阶和三阶径向风速结构函数以及相似理论估算了湍流动能耗散率,估算结果基本一致.其与稳定度相关性分析表明.在大气处于中性条件下,湍流动能耗散率最大,并随|z/L|值增大而下降;Kolmogorov耗散尺度η与ε1/4成反比,其与稳定度z/L的变化趋势与ε随z/L的变化趋势正好相反;C2n在大气处于中性条件下最小,并随|z/L|值的增大而增大,但在不稳定条件下C2n增大得更快.热力湍流内尺度不能用湍流动能耗散率ε进行计算,而应引入与温度θ梯度有关的耗散率εθ.     

方型散流器空调室内空气流动的数值模拟

 用N点风口动量模型和一个新零方程湍流模型对某办公室方型散 流器空调的室内温度场和速度场进行了模拟，并和实验数据进行对比. 结果表明，计算所得速度和温度分布与实测值吻合得很好，所用的风 口模型和湍流模型能快速地将方型散流器空调通风的温度和速度场合 理地模拟出来，可用于指导和优化同类空调通风气流组织设计.     

出口条件对圆形湍流射流远场区自保持性的影响

报道出口条件对圆形湍流射流自保持性影响的实验研究结果. 对来自渐缩和长管两种不同结构喷嘴的射流,在相同雷诺数条件下,沿轴线进行了速度测量; 研究的统计量包括平均速度、湍流强度、高阶矩、能谱和积分尺度. 实验结果表明,渐缩喷嘴射流比长管射流发展得更快、更容易达到自保持状态. 通过对比发现,在两射流的速度(温度)场中,平均速度(温度)、湍流强度、偏斜因子和平坦度因子都存在明显的异同. 同时发现两射流的积分尺度随轴向距离的增加都成线性增长,且在渐缩喷嘴射流中增长得更快. 通过对比两射流的边界层厚度、径向与轴向湍流强度的比值、湍动能能谱图并结合前人的研究结果,对两射流湍流场所表现出的不同的统计学行为给出了合理的解释.      

收缩湍流场中标量扩散的实验研究

在近似均匀各向同性湍流场中加一个收缩段,对所得到的非各向同性湍流中温度混合层和热尾流作了初步实验研究。实验测量结果表明,它们在收缩段被“压缩”后又继续扩展,在实验的范围内(即发展初期)两者的T,(?)和(?)剖面具有相似性。     

各向同性湍流通过正激波的演化特征研究

激波与湍流相互作用(shock-turbulence interaction,STI)是空气动力学研究中的一个基础问题.基于格心有限差分法(cell-centered finite difference method,CCFDM)求解器Helios,采用五阶加权紧致非线性格式(weighted compact nonlinear scheme,WCNS)对各向同性湍流通过正激波的情形进行直接数值模拟(direct numerical simulation,DNS).对湍流相关物理量进行统计,分析结果表明,在湍流中波后的密度、温度和压力较无湍流情形下略小,而速度则略大,均在波后呈现短暂过冲然后缓慢向理论值逼近的变化趋势;波后流向雷诺应力突降随之快速增长又衰减,呈现非单调变化趋势,线性相互作用分析(linear interaction analysis,LIA)将其归结为波后能量从声模式转移为涡模式方式,与流向不同,横向雷诺应力突增后单调衰减,波后雷诺应力各向异性明显且随下游距离逐渐增强;波后湍动能突增后呈现非单调变化趋势;泰勒微尺度和Kolmogorov尺度过激波后均明显减小,说明波后湍流长度尺度变小,从而对波后网格的分辨率提出了更高的要求;密度、温度和压力过激波后脉动均方根均增加,密度和压力脉动强度减小,温度脉动强度增大.      

考虑附加结构的结构动力修改

本文分析了实际工程中可能出现的一些情况,提出了一种运用Rayleigh-Rjtz技术,结合模态综合方法的结构动力修改方案。文中采用相容位移函数代替结构主模态,并给出了相应的结构模态变换式和系统方程式。     

Existence of Weak Solutions for the Three-Dimensional Motion of an Elastic Structure in an Incompressible Fluid

We study here the three-dimensional motion of an elastic structure immersed in an incompressible viscous fluid. The structure and the fluid are contained in a fixed bounded connected set Ω. We show the existence of a weak solution for regularized elastic deformations as long as elastic deformations are not too important (in order to avoid interpenetration and preserve orientation on the structure) and no collisions between the structure and the boundary occur. As the structure moves freely in the fluid, it seems natural (and it corresponds to many physical applications) to consider that its rigid motion (translation and rotation) may be large. The existence result presented here has been announced in [4]. Some improvements have been provided on the model: the model considered in [4] is a simplified model where the structure motion is modelled by decoupled and linear equations for the translation, the rotation and the purely elastic displacement. In what follows, we consider on the structure a model which represents the motion of a structure with large rigid displacements and small elastic perturbations. This model, introduced by [15] for a structure alone, leads to coupled and nonlinear equations for the translation, the rotation and the elastic displacement.     

Structure of adiabatic shear bands in thermo-viscoplastic materials

The shear band structure in a thermo-viscoplastic material has been analyzed under quasi-static conditions during the final stage of the localization process. A closed form expression of the bandwidth, of the size of the heat-affected zone and of the failure time has been obtained for a homogeneous material. The analysis is based on the assumption that the strain-rate distribution is steady beyond a certain strain level. Predictions have been compared with experimental measurements.     

随动耦合变阶梯径向滑动轴承动力特征及稳定性的研究

用有限差分法循环迭代求解了随动耦合变阶梯结构径向滑动轴承油膜压力的雷诺方程和两阶段油膜耦合变阶梯结构的流量控制方程。在分析轴承油膜压力形成机量及静力特性的基础上,采用对位移和速度的小扰动法计算了轴承的动力特性系数,考察了运转参数对这种轴承承载特性、动力特性系数、等效刚度、界限涡动比以界限失稳转速的影响,结果发现合理地选择设计参数可以使这种轴承具有较好的静力特性、动力特性和稳定性。     

空间结构支座摩擦力问题的研究

本文根据力学概念和库仑摩擦定律,建立了空间结构支座摩擦力问题的精确数学模型并提出了两种解法,即数学规划法和弹簧约束法;同时指出了考虑支座摩擦力作用的结构分析方法。算例表明本文的方法是很有效的。本文的研究成果已应用于实际工程的结构优化设计。     

牙轮钻头变曲率滑动轴承的结构分析与摩擦学性能研究

基于摩擦学原理和接触力学理论,提出了可在牙轮钻头滑动轴承中采用变曲率结构。在不考虑摩擦的情况下,就结构设计和配合关系统等问题进行了分析讨论,划分了准变曲率、吻合变曲率以及间隙变曲等３种结构形式;针对考虑摩擦时的变曲率结构,提出了接触形状优化和预磨合的实施方案。钻头轴承试验结果表明,无论是预设计变曲率还是预磨合变曲率,都能改善轴承摩擦副的摩擦学特性,因而值得进一步研究和推广。     

应力约束下三维连续体结构拓扑优化分析

本文基于ICM(独立、连续、映射)方法,建立了以连续体结构重量为目标的应力约束下多工况的三维连续体结构拓扑优化模型。利用von Mises强度理论,提出了应力约束全局化方法,从而将局部的应力约束转化为全局的应变能约束,由此减少了约束数目,降低了问题的规模,避免了敏度分析。另外,利用对偶理论,将建立的优化模型转化为对偶模型,用序列二次规划法进行了求解,从而减少了设计变量的数目,提高了求解效率。借助MSC．Patran和MSC．Nastran提供的软件平台,利用PCL语言实现了本文的优化算法。数值算例验证了方法的可行性与有效性。     

非线性材料杆系结构的内力求解

随着科技的发展,已研发出了许多非线性材料,这些非线性材料组成的结构已在工程实际中得到了广泛应用．本文研究了静不定非线性材料结构杆件内力的求解这一关键问题．利用非线性材料结构余能及静力平衡条件,构造了新泛函数,对新泛函数进行一阶求导,即可方便求得静不定非线性材料结构杆件的内力．同时,指出了非线性材料杆系结构的内力求解时存在漏解的原因：结构材料的应力与应变本构关系为非线性幂函数,把结构余能对杆系的内力求一阶偏导,令所得到的位移方程等于零,该方程为一元二次方程,应有两个实数解,而有关文献却遗漏了一个实数解．     

Linear and Nonlinear Aerodynamic Theory of Interaction between Flexible Long Structure and Wind

ＩｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎＡｌｏｎｇｗｉｔｈｔｈｅｉｎｃｒｅａｓｅｏｆｔｈｅｆｌｅｘｉｂｉｌｉｔｙｏｆｓｌｅｎｄｅｒｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓｅｔｉｎｔｈｅｗｉｎｄｆｉｅｌｄ ,ｓｕｃｈａｓｔｈｅｌｏｎｇ＿ｓｐａｎｂｒｉｄｇｅａｎｄｈｉｇｈ＿ｒｉｓｅｂｕｉｌｄｉｎｇ ,ｔｈｅａｃｔｉｏｎｓｏｆｕｎｓｔｅａｄｙａｅｒｏｄｙｎａｍｉｃｆｏｒｃｅｓｗｉｌｌａｃ ｃｅｌｅｒａｔｅ,ａｎｄｈｏｗｔｏｓｏｌｖｅｔｈｅａｅｒｏｅｌａｓｔｉｃｐｒｏｂｌｅｍｓｉｓｇｅｔｔｉｎｇｍｏｒｅｉｍｐｏｒｔａｎｔ.Ｔｈｅａｅｒｏｅｌａｓ…     

Structure of compression shock waves in porous elastoplastic materials

The shock-wave structure in a porous elastoplastic material is studied. In a certain range of parameters, the existence of a four-wave structure of a compression shock wave is possible. Regimes in which a reflected shock wave does not appear at all have been found in the problem of shock-wave reflection from a rigid wall. In this case, the entire energy of the incident shock wave transforms to thermal energy due to dissipation induced by the viscous collapse of the pores. Institute of Theoretical and Applied Mechanics, Siberian Division, Russian Academy of Sciences, Novosibirsk 630090. Translated from Prikladnaya Mekhanika i Tekhnicheskaya Fizika, Vol. 39, No. 6, pp. 27–32, November–December, 1998.