一、关于转捩边界层中流向涡的产生（论文文献综述）
郭舒宇[1]（2021）在《基于EMMS原理的双涡介尺度湍流模型及应用》文中研究说明湍流被认为是经典物理留下的世纪性难题,在计算流体力学领域如何准确预测流体从层流至湍流的转捩过程依旧是重大挑战之一。湍流统计理论和层次结构理论对湍流多尺度结构进行了物理表达,实验和数值研究也显示出流动结构对于湍流产生以及转捩过程的重要性。单涡能量最小多尺度（Energy Minimization Multi-scale,EMMS）湍流模型利用湍流稳定性条件、涡团成分流体的动力学方程以及系统动量、质量守恒方程一起求解得到湍流局部结构物理量,该模型视单相湍流由层流流体成分和涡团流体成分组成,通过涡团体积分数表征湍流的非均匀结构,改进了雷诺平均方法模拟湍流的精度。本文在单涡EMMS湍流模型基础上,进一步考虑大尺度涡和小尺度涡共同控制,建立和发展以介科学为基础的双涡介尺度湍流模型,实现层湍转捩问题成功预测,具体研究工作如下:（1）对基于EMMS原理探究湍流的相关工作进行系统回顾和整理,概述当前湍流转捩的理论、实验、数值研究进展,以及工程预测中的常用湍流转捩模型,分析湍流中多尺度结构及湍流统计理论和层次结构理论中蕴含的尺度划分和结构分层构思,阐述湍流中的相干结构和转捩中的涡结构变化的唯象认识,并利用湍流中的多尺度结构分析引出涡团介尺度结构对于建立湍流模型的启发作用。（2）利用多尺度结构分析将湍流体系划分为非湍流成分流体和以双涡结构为特征的湍流成分流体,依据动力学方程和能耗率表达式建立双涡EMMS湍流模型,并利用层流和完全湍流下分别对应的两个能耗率极值条件在竞争中协调的作用原理构建适合层湍转捩问题的极值条件封闭模型。（3）求解双涡EMMS湍流模型并分析求解得到的湍流非均匀结构物理量,考察不同极值条件下的模型求解结果,并阐明构建的极值条件对于描述湍流转捩问题的有效性,对双涡EMMS湍流模型参数的物理含义进行拓展与探究。（4）根据双涡EMMS湍流模型的计算结果拟合得到湍流涡团体积分数代数表达式,利用该表达式改进k-ωSST模型,依据转捩机理构建计算层湍转捩过程的新湍流模型,利用层湍转捩等算例验证新湍流转捩模型,并对模型未来改进方向进行了展望。
宋家兴[2]（2021）在《粘弹性Taylor-Couette湍流的直接数值模拟研究》文中研究指明复杂流体在自然界中广泛存在并被不断应用于各种工程设计领域,柔性聚合物与流体流动的相互作用是软物质物理学和流体力学中最具挑战性的课题之一。牛顿Taylor-Couette（TC）湍流中加入可溶性长链高分子聚合物会对流动产生显着的影响。聚合物溶液的非线性粘弹性响应引起的新的不稳定性和流动状态极大地改变了牛顿湍流动力学和转捩路径。本文采用直接数值模拟研究了粘弹性湍流TC流动的三个经典问题,包括:1)湍流增阻的曲率依赖性;2)高阶流态转捩路径和3)湍流的惯/弹性主导机制研究。本文主要研究结果简述如下:对不同半径比下高雷诺数（Re=3000）粘弹性TC湍流的增阻现象,我们通过系统的角动量及其与流动涡结构的内在联系的分析,探究了增阻的几何曲率依赖性和机理。具体来说,研究发现,随着半径比的增加,小半径比（η=0.5）流场中小尺度的戈特勒涡结构会逐渐变弱并消失,而大半径比（η=0.912）流场中的大尺度泰勒涡结构则会逐渐变得规整并且占据整个圆筒间隔空间。角动量通量的输运特征也体现了上述涡结构的变化过程。通过分析对流通量和高聚物弹性应力对角动量通量的贡献,清晰地解释了与涡结构相对应的增阻机制及其随半径比的变化。以上研究发现将为今后研究具有弯曲流线几何构型下的局部弹性湍流结构提供新的指引路径,并为聚合物添加剂对湍流阻力行为的影响研究提供新的参考。以上研究还发现大半径比下湍流出现类似于层流化的现象,受此启发,我们数值研究了大半径比（η=0.912）和高雷诺数（Re=3000）情况下TC流动中聚合物溶液弹性诱导的流态转捩。研究首次发现了粘弹性TC流动中一条从惯性湍流到弹性主导的湍流的高阶转捩路径。这条分为两步的新颖转捩路径是通过在固定的聚合物浓度下增加最大分子链的长度L从而增加流体的拉伸粘性和环向应力来实现的。第一步,惯性湍流逐渐稳定为类似于调制波状涡流动的层流状态;第二步,这一层流状态进而失稳转捩到弹性主导的湍流状态。这种在空间上光滑且时间上随机的湍流态,在能谱上具有-3.5的幂次率,与弹性湍流非常类似。该转捩路径以及所历经的流动状态与平行剪切流中从惯性湍流到惯弹性湍流的反向转捩路径完全不同,表明了聚合物引起的环向应力在实现弹性主导湍流中的重要性。系统总的湍动能和弹性势能以及惯性应力和弹性应力呈现出相对强弱的变化,体现了该转捩路径背后惯性和弹性非线性之间的复杂竞争过程。最后,为了探究小半径比下圆筒壁面附近小尺度戈特勒涡结构对粘弹性TC湍流动力学和统计量特征的影响,我们通过发展新型的数值方法研究了小半径比（η=0.5）下Re从500到8000的惯弹性TC湍流。新开发的数值方法可以完全避免使用人工粘性,这克服了传统伪谱方法因添加人工粘性带来非物理影响的固有缺陷。研究发现随着Re的增加,湍流动力学可以分为两种状态:低Re情况下的弹性主导的湍流和高Re情况下的惯性主导的湍流。在弹性主导的湍流中,系统动量、应力和能量的输运及混合主要来自中心区域的大尺度流动结构的贡献。然而,在惯性主导的湍流中,物理量的输运和混合则主要受到来自近壁区域小尺度流动结构的影响。尽管如此,对所有Re,流场中都存在小尺度的弹性戈特勒涡,研究证明它们在内壁附近可以形成人字形的条带结构,其时间尺度比牛顿流的情形长得多。另外,流动-微结构耦合分析表明内壁面附近径向外流区域的弹性戈特勒不稳定性是由具有高拉伸率的聚合物产生的显着环向应力触发的。对平均流向拟涡能、平均动能、湍动能和雷诺剪切应力的输运平衡的详细研究表明,流体惯性的增加会阻碍弹性应力的生成,从而导致与弹性有关的非线性效应对湍流动力学和统计量的影响单调地减弱。
肖威[3]（2021）在《可压缩气固两相湍流边界层/射流的直接数值模拟研究》文中研究表明超声速燃烧冲压式发动机（超燃冲压发动机,Scramjet）是高超声速飞行器的核心组件,在国防、航空航天领域具有着十分广泛且重要的应用。基于固体燃料的超燃冲压发动机（solid fuel scramjet,SFSCRJ）因其安全性好、操作简便、反应快速等优点,近年来受到各国持续深入研究。在SFSCRJ中包含可压缩湍流-壁面-横向射流-激波-颗粒群相互作用的复杂多尺度、多物理耦合可压缩两相流动问题。对这些问题开展研究有助于加深对SFSCRJ的理解认识,进而提高发动机稳定性和效率。因此,本文建立了适用于研究可压缩两相湍流的直接数值模拟平台,并对可压缩两相湍流边界层、可压缩两相横向射流和激波-全尺度颗粒群相互作用进行了研究,旨在揭示SFSCRJ内的可压缩湍流-壁面-横向射流-激波-颗粒群间相互作用机理,希望可以为固体燃料超燃冲压发动机的设计与研究提供一定的参考。本文首先采用拉格朗日点源方法对可压缩两相平板湍流边界层中的颗粒弥散、运动特性和选择性富集进行了研究,并对相关机理进行了深入分析。研究发现,颗粒在近壁面喷射作用的影响下富集于低流向速度区域并形成了颗粒条带结构。颗粒的平均数密度在近壁面区域存在一个极小值,当采用这一极小值进行归一化后可以得到颗粒数密度的自相似分布规律。大颗粒更容易受到湍泳力作用的影响,且有更强烈的优先富集趋势,进而导致更多大颗粒富集于近壁面区域,同时大颗粒的滑移速度要明显大于小颗粒。受壁面影响,颗粒在缓冲层中富集于高涡量区域中,这不同于非壁湍流中的现象。进一步发现一种新的基于局部流场密度的颗粒选择性富集机理:大颗粒在边界层内层富集于低密度区域、外层富集于高密度区域;而小颗粒在内层和外层均富集于低密度区域。通过这一发现,分析颗粒涨压方程并揭示了其选择性富集的机理。接着,本文继续对可压缩两相横向射流中的颗粒弥散和湍流调制现象进行了研究。结果表明,大颗粒主要分布于射流中心线迎风侧的大尺度剪切层结构的周围,而小颗粒能沿径向输运至前、后回流区,并广泛分布于剪切层和边界层结构内,且易受到流向涡的影响。颗粒使得展向中心平面附近射流下游的边界层厚度恢复延迟,增加了壁面摩擦阻力系数的震荡,提高了边界层厚度和最大壁面摩擦阻力系数。射流轨迹受大颗粒影响被降低,而被小颗粒抬升。展向中心平面上,颗粒还增加了射流下游近壁面流体平均法向速度,降低了远离壁面处的平均流向和法向速度。颗粒对激波锋面附近的湍流脉动影响较为显着,降低了迎风面桶形激波和弓形激波的湍流脉动,增强了背风面桶形激波的湍流脉动且提高了弓形激波的法向高度。在激波锋面以外的位置,小颗粒增强了流体的雷诺应力,而大颗粒则削弱了流体的湍动能。最后,本文研究了平面激波与含有300个全尺度颗粒的颗粒群的相互作用,其中颗粒相的捕捉基于虚拟点内嵌边界方法。我们对四种入射激波马赫数下的激波结构、颗粒瞬时与峰值阻力系数、升力系数与流场脉动等问题进行了对比分析。模拟结果表明,颗粒反射激波会汇聚成平面激波,其传播速度随入射激波马赫数上升而下降;穿透激波传播速度同理,且激波锋面随马赫数升高而更加弯折。颗粒群内的单个颗粒峰值阻力系数沿流向线性减小,其与线性拟合公式结果之差可由高斯分布描述。单个颗粒升力系数会发生剧烈震荡,且随着马赫数的升高,升力系数能够达到与阻力系数同一数量级,因此研究高马赫数、高体积分数的激波-颗粒群相互作用时,颗粒横向受力不可忽略。入射激波马赫数的提高还会增加流体湍动能占平均动能的比例。通过对比NS求解器和欧拉求解器得到的主要结果,发现模拟时间较长时欧拉求解器会由于缺乏粘性耗散而增大颗粒受力脉动、提高流场湍动能,因此采用NS求解器是必要的。
李玲玉,刘建新[4]（2021）在《高超声速边界层基频二次失稳条纹结构的稳定性》文中进行了进一步梳理近年来在高超声速边界层的直接数值模拟和静风洞实验研究中,相继发现了边界层转捩前出现的典型基频模态二次失稳现象,其主要成分为流向条纹结构。全文以高超声速平板边界层为研究对象,采用线性稳定性分析和二次稳定性分析的方法,对边界层内条纹结构的产生机制和无黏稳定性特征进行了研究。结果表明:首次失稳扰动幅值对二次失稳类型有影响。当首次失稳扰动幅值较大时,基频模态占主导,其主要成分为条纹结构,表现为流向涡。该条纹结构存在着多个无黏失稳模态,其中低频模态对应于第一模态在三维边界层内的扩展,高频模态对应于可压缩的第二模态。这一研究成果为进一步开展高超声速边界层转捩机制研究奠定了基础。
李卓越[5]（2021）在《后向台阶流动中三维湍流结构产生机理及演化规律的实验研究》文中研究说明后向台阶流动是一种具有代表性的分离流动,数十年来始终是湍流研究领域中的重点课题。迄今为止的研究揭示了流场中很多基础特性,然而仍有部分重要问题没有得到解决。在湍流结构的三维化过程及剪切层低频摆动现象的成因等问题上仍存在研究争议。本论文对雷诺数992≤Re≤21688条件下高度为H的后向台阶流场,在低速循环水洞及下吹式风洞两类平台中进行了实验研究。在实验中应用了多重曝光烟线流动显示、时间解析的二维及三维粒子图像测速法（PIV）、热线传感器阵列测量与合成射流激励等多种研究及控制方法,对各条件下的流场进行测量。实验数据处理过程中使用了相关性分析、谱分析及POD模态分解等数学方法,从多角度讨论及分析具有不同特征的三维湍流结构的演化规律。在不同平台中运用不同实验方法得到了一致的结论,证明了实验结论的可靠性。实验结果表明:二维涡结构在剪切层初始阶段产生并逐渐发展,随后在贴附区发生三维化,形成具有“Λ”形稳定空间特征且特征频率为St≈0.2的台阶模态。随后,“Λ”形结构向下游脱落,形成涡脱模态。多种实验结果证实:后向台阶流场中的大尺度结构存在展向错位配对机制。由于三维涡结构对其上游同类结构的诱导作用,前后相邻“Λ”形结构在贴附区下游倾向于错位配对。这一机制在脉动速度相关性分布中引起“X”形相关结构特征,并使得特征频率由St ≈ 0.2减半至St ≈ 0.1。该机制解释了以往困扰学术界的重要问题,是本文的核心贡献所在。实验还发现当Re≥ 2946时,流场中存在沿流向大范围延伸的流向涡结构。相邻流向涡对具有相反旋转方向,且其展向尺度受到台阶高度限制,使得流场具有λz≈2H的展向波长特征。流向涡结构的出现位置在展向缓慢移动,所引起的剪切层三维波状运动具有St<0.05的低频特征,其在流场纵切面内表现为剪切层低频摆动。随着雷诺数由Re=2946增大至Re=5906,低频流向涡结构在流场中所占比重逐渐增大。在雷诺数3232 ≤Re ≤ 21688及展高比12 ≤ w/H ≤20范围内,流场具有相同的展向波长及频率变化规律。
张一楠[6]（2020）在《仿鲸鱼鳍风力机翼型气动力性能控制研究》文中进行了进一步梳理风电机组复杂的运行环境导致风电叶片表面存在明显的流动分离现象,流动分离的产生导致气动力失速现象的频繁发生,一方面,严重影响风电叶片气动力性能,降低风电机组发电效率,另一方面,由于叶片表面的分离涡周期性地脱落,引起叶片运行过程中振动的发生,严重影响风电机组整体运行的稳定性。风力机翼型作为叶片气动力性能的核心元素,亟需采用有效的流动分离控制方法,抑制风力机翼型表面的流动分离,改善风力机翼型气动力性能。凹凸前缘方法作为一种新型的被动控制方法,能够有效地抑制流动分离,改善失速特性,提高翼型整体气动力性能。本文将凹凸前缘方法应用于风力机翼型,通过气动力与流场实验,以及数值计算相结合的方法,分析凹凸前缘方法对风力机翼型静态与动态气动力性能的改善作用,并对仿鲸鱼鳍风力机翼型的平均特性与波动特性进行分析,并构建仿生翼型流场特征的模化方法,对流动分离控制机理展开研究。首先,通过气动力实验发现凹凸前缘结构能够有效地提高风力机翼型静态气动力性能,并改善气动力失速特性。在此基础上,开展了凹凸前缘翼型表面粗糙度的敏感性分析,表面粗糙度对风力机翼型气动力性能产生较大影响,受到表面粗糙度影响的风力机翼型静态气动力性能严重恶化,翼型产生较低的升力和较高的阻力与转矩,并且气动力的波动值显着增加;而受到表面粗糙度影响时,凹凸前缘方法降低了失速区风力机翼型气动力的波动特性,同时,改善了风力机翼型气动力平均特性。其次,通过前缘转捩带技术的开发,建立不同雷诺数条件下气动力变化规律的相似性,并通过气动力与流场实验分析凹凸前缘方法在自然来流条件下,对静态风力机翼型表面流动分离的控制效果,以及对气动力性能的改善作用。通过研究发现,在失速区,凹凸前缘翼型的失速特性更加平缓;在高攻角的后失速区域,凹凸前缘结构有效的提升了的风力机翼型的平均气动力性能;风力机翼型气动力性能受到翼型吸力面流动分离的影响,而凹凸前缘方法在后失速区,有效地抑制了流动分离的发生,相应的,凹凸前缘翼型在后失速区保持较高的气动力性能;此外,凹凸前缘方法有效的降低了边界层中分离涡的脱落能量,有助于降低边界层速度场的湍流强度,进而降低风力机翼型气动力的波动。在此基础上,通过气动力实验进一步分析凹凸前缘方法在自然来流条件下,对风力机翼型动态气动力平均特性与波动特性的改善作用。研究表明,凹凸前缘结构有效地抑制了动态气动力迟滞效应,降低了动态失速强度,并且抑制了二次动态失速涡的形成,有效地降低了最大升力系数、升力系数变化量以及负气动力阻尼值;与此同时,凹凸前缘方法能够降低风力机翼型的动态气动力波动量,改善动态气动力变化的稳定性;并且,随着动态运动频率的增加,凹凸前缘对动态气动力平均特性与波动特性的改善作用逐渐增强。最后,为了将凹凸前缘方法的流动控制机理融入到风电叶片的设计当中,需要建立凹凸前缘的结构参数与流场特征之间的量化关系,本课题提出一种凹凸前缘对流场特征影响规律的理论模化模型。通过模化分析发现,模化仿生翼型与实体仿生翼型的气动力与流场计算结果保持较好的一致性,并且,在低攻角区域,由于波谷位置处较大程度的流动分离,导致凹凸前缘翼型的气动力性能恶化,相反,在高攻角的后失速区,凹凸前缘有效地抑制了流动分离,提升了翼型在高分离区域的气动力性能。凹凸前缘结构对流场产生额外的作用力,使得吸力面与压力面产生压力梯度,压力梯度导致在翼型吸力面上产生明显的流向涡,当凹凸前缘结构两侧压力梯度较高时,产生强度较高的流向涡使得翼型吸力面产生较低的压力区域,进而翼型表面流动处于附着状态,有效抑制流动分离的产生。综上所述,本文将凹凸前缘方法应用于风力机翼型,通过气动力与流场实验深入研究了凹凸前缘对不同工况下风力机翼型气动力性能的改善作用;并结合数值计算方法提出凹凸前缘对流场特征影响规律的理论模型,进一步揭示流动分离控制机理,为凹凸前缘流动控制方法在风力机叶片上的优化设计与实际的工程应用提供了重要基础。
张子良[7]（2020）在《仿鲨鱼皮二维肋条湍流减阻机理与模化研究》文中认为仿鲨鱼皮的肋条湍流减阻技术具有结构简单、减阻效果明显和易于安装等优点,是被动流动控制的研究热点之一。在风电叶片上应用该技术可以提升叶片气动性能,改善叶片在复杂环境下面临的沙尘、冰雪和昆虫尸体粘附等问题。然而目前对肋条表面的流场特性及其减阻机理并没有清晰的认识,此外,由于肋条尺寸微小,给翼型实验和数值计算带来巨大挑战,这些因素制约了肋条的优化设计和实际工程应用。基于以上考虑,本文利用实验和数值计算方法,结合流体力学和涡动力学等基础理论,围绕平板情况下二维肋条表面的流场特性与减阻机理,肋条模化方法,以及肋条对翼型的流动控制效果展开研究。采用热线风速仪,在风洞中精细化测量了平板肋条表面湍流边界层内的流场。通过尺度分解技术,将原始流场分解为大尺度流动结构的流场和小尺度流动结构的流场,研究发现,肋条通过向上抬升边界层内的大小尺度流动结构减弱了近壁区的湍流运动,同时主流区大尺度结构对近壁区小尺度结构的幅度调制作用减弱,使得大尺度结构和小尺度结构之间的相互作用减弱。进一步对多尺度流动结构的猝发特性进行分析发现,肋条表面多尺度流动结构湍流猝发的持续时间减小,猝发频率增大,表明肋条破坏了边界层内猝发事件的产生,导致大尺度结构和小尺度结构之间的湍流能量输运减弱,壁面摩擦阻力减小。通过实验测量和大涡模拟数值计算,对肋条近壁区局部摩擦阻力分布和涡量场进行了分析,进而深入理解肋条减阻机理。结果显示,肋条表面局部摩擦阻力分布不均匀,肋底附近的局部摩擦阻力小,为局部减阻区;肋尖附近的局部摩擦阻力急剧增大,为局部增阻区。通过涡动力学分析,建立了局部摩擦阻力和涡量场之间的理论关系式,定量得出法向和展向涡量的法向扩散流率是决定局部摩擦阻力的两个主要因素。肋尖附近的涡量扩散流率较大,能量的传输和耗散强烈,形成局部增阻区;肋底附近的涡运动微弱,能量输运减弱,流场为准静态,形成局部减阻区。进一步研究发现,肋条具有减阻效果主要是因为局部增阻区涡运动的强度减弱导致。此外,针对不同截面形状的二维肋条进行涡动力学分析后发现,当截面形状从三角形逐渐变为刀刃形时,法向涡量分布的变化能够增加肋条的整体减阻效果,而展向涡量分布的变化不利于肋条整体减阻效果的提升。基于以上对肋条表面流场特性和减阻机理的深入认识,提出在光滑壁面设置一定的滑移速度来实现对肋条结构的模化,从而解决在肋条数值计算时网格量大的问题。通过理论推导,建立了肋条结构与模化参数之间的定量关系式,并采用大涡模拟计算方法进行了验证。结果表明,该模化方法能够极大降低实体肋条数值计算时所用的网格量,同时可以准确复现肋条的减阻效果和对流场的整体影响。此外,在上述模化方法的基础上,对近壁区N-S方程进行简化分析,提出了一种快速求解肋条不同展向位置近壁区流场的方法。利用开发的肋条模化关系式,采用数值计算方法,研究了肋条对翼型的流动控制效果。结果发现,肋条同时布置在翼型压力面和吸力面的湍流区域时,仿生翼型的气动性能最好,相比于光滑翼型,阻力最大可降低3.07%,升阻比可提高4.08%,其中粘性阻力下降是总阻力下降的主要原因。进一步分析发现,仿生翼型压力面和吸力面压力系数的变化均导致了压差阻力的下降以及升力的提升,摩擦系数仅在肋条布置区域有所减小,使得仿生翼型粘性阻力下降。此外发现肋条对翼型表面流场的影响很小,翼型壁面出现一定的滑移速度,使得边界层内的黏性子层增厚,进而导致仿生翼型气动性能发生改变。综上所述,本文针对仿生肋条湍流减阻机理与模化方法展开了深入的研究,揭示了二维肋条表面精细化的流场特性及其减阻机理,同时提出了一种二维肋条的模化方法并成功应用到风电翼型的数值计算中,为这种被动控制技术的优化设计及工程应用提供了重要基础。
许文倩[8]（2020）在《Liutex涡识别方法及翼型绕流转捩研究》文中研究指明涡结构通常在湍流中被称为湍流相干结构,它被认为是湍流产生和维持过程中最显着的特征之一,并且对湍流的产生（转捩）、维持和演化起着重要作用。因此,研究湍流可以从以下两个方面展开,首先主要是给出涡和相干结构的明确和普遍接受的定义,借助于明确的涡定义形成对湍流结构清楚的认识。然后进一步研究了解涡的动力学特性及其与湍流的关系,本文主要工作和研究成果如下:（1）在刘超群等人提出的Liutex涡识别方法的基础上,从速度梯度张量的一种特殊（转置）Schur形式出发,导出了计算Liutex矢量的一个简单而明确的表达式,大大简化了 Liutex的实现过程,有助于Liutex概念在湍流研究中的应用。（2）分析Liutex的动力学特性。在平板边界层的DNS计算结果达到稳定状态之后,记录边界层内不同流动状态位置的Liutex、Q、Vorticity以及速度脉动随时间步的变化,对各变量进行频谱分析以及湍动能谱分析,得出以下结论:Liutex的频率谱和波数谱几乎完全遵循-5/3定律,而涡量以及其他涡识别方法,偏离任何阶次的幂数律。此外,湍动能谱仅在在较小的频率范围内与-5/3定律略有吻合。这种明显的Liutex相似性归因于Liutex代表流体运动的刚体转动部分,它没有粘性耗散,而涡量和其他涡识别方法会受到拉伸和剪切的影响。湍动能量谱只能在足够高的雷诺数条件下接近-5/3定律。因此,Liutex的-5/3相似律适用范围更广,可以不依赖于高雷诺数的假设,或许会成为湍流中一条重要的相似律以及研究湍流的更好方法。（3）对不同雷诺数及不同后掠角的翼型绕流进行了大涡数值模拟,并且进行了实验验证,检测边界层内各个区域的压力及速度分量脉动,获得每个区域各变量的脉动特性,并且通过Liutex表征方法获得翼型表面的涡结构衍化过程,得出如下结论:翼型表面分离涡内的流动情况分为两个阶段,前段部分流线相对规整,后段流线非常混乱,在流动分离区域的后半段,流体的流动状态发生改变,流动在此过程中发生转捩。在完全发展湍流区域的粘性底层,压力及各速度分量脉动的相对值远大于层流区域,并且Liutex线混乱,其流动状态并不接近层流状态。随着雷诺数的增大,越早发生流动分离,但是分离泡尺度变小,转捩位置前移。随着后掠角越大,翼型上表面,尤其是翼型前缘的最大速度会减小;流动分离起始位置越远离翼型前缘,但是横流速度分量的波动幅值增加变快,对流动转捩影响的比重增大,促进转捩发生,这也使得再附着位置提前,分离泡减小。流线及涡量并不是很好的表征瞬态涡结构的工具,前者容易受时均速度影响而使涡结构变得不明显,后者容易受剪切污染。在流动分离区后段,脱落出展向涡,随时间变化,展向涡向下游移动逐渐变大,并且变形,形成有头,有腿的并不十分规则的Ω涡,Ω涡在向下游运动过程中,产生变形,流动看起来更加杂乱无序。在展向涡形成以及演化过程中,展向涡下面存在很多不规则的小涡（不规则流向涡）结构,展向涡在运动过程中会将底层的小涡带往高层,与展向涡混合变形,形成涡腿,促进Ω涡的形成,展向涡在变形过程中不断抬升。后掠角越大,展向涡越容易快速变形,并且涡的角度发生倾斜,这也使得Ω涡更加不对称。
方昕昕[9]（2020）在《超声速混合层高精度数值模拟及流向涡混合增强实验研究》文中研究指明来流气体在组合循环发动机中的停留时间很短（毫秒量级）,同时由于其强压缩性,使得其与燃料的混合受到抑制,从而导致发动机的燃烧效率较低。因此,如何在较短的时间内提高发动机内部气体的掺混效果是组合循环发动机研究的关键技术之一。本文以此为研究背景,以超声速混合层为研究对象,采用理论分析、数值仿真和实验研究等方法深入地分析了混合层的发展过程和混合增强方法。通过线性稳定性分析研究了来流压缩性、粘性、速度比和密度比等因素对混合层线性稳定性的影响。结果表明,当对流马赫数小于0.6时,二维扰动波主导着混合层的发展;当对流马赫数大于0.6时,主导扰动波从二维变为三维。粘性对混合层的增长起到抑制作用。在不同来流介质或者不同温度的相同来流介质条件下,混合层上下层来流使用适当的组合能够使得其增长率获得最大值。通过大涡模拟研究了斜激波与混合层的相互作用。超声速混合层时均速度剖面中的拐点是由流场中的大尺度涡结构引起的。斜激波会使得混合层的速度梯度变大,从而诱导出“发卡”涡结构,而后很快消失。混合层的增长率随着涡结构的演化而变化。斜激波增强了湍流结构之间的能量交换,使得混合层的混合过程得到强化。斜激波作用下混合层的涡厚度在激波作用位置处减小,而后迅速增大,斜激波对提高混合层的增长率有积极的作用。研究了预先仿真法作为边界层湍流入口的可行性,并与DF入口边界层作对比。由于湍流中的大尺度涡结构发展得较慢,而小尺度涡结构可以很快在湍流入口下游发展起来,预先仿真法忽略了湍流入口中的高频小尺度涡结构而只保留了低频大尺度涡结构。预先仿真法做为湍流边界层的入口条件能够使得边界层在较短的距离内发展成为充分发展的湍流,并且与DF方法对比,更加得简单有效。此外,该方法不仅仅局限于边界层流动,对更多的复杂壁面流动,如尾迹流和平板混合层流动等均有效。通过LES研究了来流状态对超声速平板混合层的影响。层流平板混合层比湍流平板混合层中的小激波结构更多。小激波结构是由流场中的大尺度涡结构卷起引起的。湍流入口对平板混合层中的入口激波、尾缘激波和小激波结构都具有减弱作用。层流平板混合层中存在由于K-H不稳定（Kelvin-Helmholtz instability）引起的二维大尺度涡结构,同时存在着（43）涡结构和“发卡”涡结构。相比之下,湍流平板混合层中不存在二维大尺度涡结构,同时（43）涡结构和“发卡”涡结构在形成后很快破碎成小尺度涡结构。在“自相似”阶段,两种混合层的增长率几乎相同,为0.0213。平板混合层的RS12呈现双峰值分布。但是,随着混合层的发展下侧的尖峰逐渐消失,并且湍流平板混合层的下侧尖峰消失得更早。通过动力模态分解（Dynamic Mode Decomposition,DMD）分析,湍流平板混合层中的主要模态的频率比层流平板混合层的频率高。湍流平板混合层需要更多的模态才能比较准确地通过DMD重构流场。实验对比研究了矩形波瓣混合器和消波型波瓣混合器对混合层的混合增强作用和机理。波瓣混合器波峰和波谷之间的压力差使得流向涡结构出现,其中一个沿着顺时针方向运动,另外两个沿着相反的方向运动。波瓣混合器的混合增强作用主要由流向涡结构和增加的流体接触面积引起的,其中流向涡结构贡献了混合增强的80%,尤其在远场中。虽然消波型波瓣混合器比矩形波瓣混合器中流向涡结构出现得更晚,甚至在低扩张角时不出现流向涡,但是其具有与矩形波瓣混合器相同的混合增强效果。流向涡结构使得波瓣混合器后的混合层发展得更早而不是更快。在保证波瓣混合器流场未发生分离的条件下,更大的扩张角具有更好的混合增强效果。消波型波瓣混合器能够消除流场中的激波,从而减小流场的总压损失。
周永易[10]（2019）在《高超声速进气道中流向涡的生成流场及演化特性研究》文中研究指明未来高超声速飞行器的研制,要求进气道构型具有三维特性。在三维进气道中存在着横向压缩,一方面增加了压缩效率,另一方面,其与前体边界层相互作用,产生复杂的涡系结构,影响进气道的性能。因此,对高超声速进气道中流向涡的研究,具有重要的理论价值和广泛的工程应用前景。在三维进气道中,流场中存在大量的低能流动区域,流动过程中具有较大的横向压力梯度,这种压力梯度将低能流动区域的气流汇聚、卷起,形成了隔离段中的流向涡区域,需对其进行研究。高超声速进气道中流向涡的生成与演化的流场,与流场构型和来流条件密切相关。流场中存在着压缩波、激波与边界层的相互作用,其流动机理复杂,需要较好的研究方法。本文综合超声速静风洞实验系统开展风洞实验,引入纳米粒子平面激光散射（NPLS）技术和示踪粒子测速技术（PIV）等现代流场观测技术到流向涡的流场研究中。在实验研究的基础上,结合数值模拟的方法对相应的流场进行了研究。首先,论文开展压缩波与边界层相互作用流场的研究。本文获取了在等熵压缩波作用下,层流边界层不同流向位置的流场图像,观察了超声速层流边界层在等熵压缩波的作用下发展、转捩的流场结构。流场可划分为三个区域,汇聚线是边界层开始分离的实际物理线,从侧壁上脱落的涡的扰动与压力梯度共同导致了边界层转捩。层流边界层的抗分离能力较弱,在横向压力梯度的作用下,边界层流动脱离壁面。获取了单扫掠激波与湍流边界层相互作用的波系结构的流场图像,在边界层的底部,粘性作用较强,扫掠激波对边界层的作用较弱。其次,对对称扫掠激波与边界层相互作用的流场进行了实验研究。获得了不同侧压角度、不同来流边界层厚度条件下,收缩比相同处流向涡的横向截面流场图像,分析了流向涡面积与激波强度、边界层厚度的关系。边界层越厚,流向涡的形状越趋于扁平。边界层厚度一定时,流向涡的面积与激波强度成线性关系,与边界层厚度成二次多项式关系。最后,通过实验和数值仿真的方法,对流向涡在开放通道、半开放通道和封闭通道中的演化特性进行了研究。对比了流向涡在开放通道、半开放通道和封闭通道中演化的异同。进气道出口处流向涡的高度分布,从中心向两侧逐渐减小,且减小的幅度逐渐增大。气流的动量损失面积在收缩段中下降最快。流向涡在全开放通道、半开放通道及全封闭通道中的演化流场较为相似,但仍然存在一些差异。壁面的阻滞作用是流向涡演化的主要原因。
二、关于转捩边界层中流向涡的产生（论文开题报告）
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、关于转捩边界层中流向涡的产生（论文提纲范文）
（1）基于EMMS原理的双涡介尺度湍流模型及应用（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 符号列表 |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.2 EMMS原理探索湍流 |
| 1.3 湍流转捩研究 |
| 1.3.1 理论研究 |
| 1.3.2 实验研究 |
| 1.3.3 数值研究 |
| 1.4 常用湍流转捩模型 |
| 1.4.1 低雷诺数湍流模型 |
| 1.4.2 间歇因子转捩模型 |
| 1.4.3 层流动能转捩模型 |
| 1.5 本论文研究思路及内容 |
| 第2章 湍流多尺度结构分析 |
| 2.1 湍流统计理论和层次结构理论 |
| 2.2 湍流中的相干结构 |
| 2.3 转捩中的结构分析 |
| 2.4 基于非均匀结构的湍流模型 |
| 2.4.1 湍流双流体模型 |
| 2.4.2 双尺度湍流模型 |
| 2.5 本章小结 |
| 第3章 双涡EMMS湍流模型建立 |
| 3.1 湍流两相概念及级串图像假说 |
| 3.2 双涡模型约束方程 |
| 3.3 湍流能耗分解及量化 |
| 3.3.1 总能量耗散率 |
| 3.3.2 湍流涡团表面振荡而产生的能量耗散率 |
| 3.3.3 大涡破碎而产生的能量耗散率 |
| 3.3.4 小涡能量耗散率 |
| 3.4 湍流中极值条件 |
| 3.5 模型求解计算流程 |
| 3.6 本章小结 |
| 第4章 双涡EMMS湍流模型求解及分析 |
| 4.1 双涡EMMS湍流模型结果与讨论 |
| 4.2 不同极值条件对比分析 |
| 4.2.1 极值条件一 |
| 4.2.2 极值条件二 |
| 4.2.3 极值条件三 |
| 4.3 不同模型参数对比分析 |
| 4.3.1 表面张力系数 |
| 4.3.2 密度差 |
| 4.4 本章小结 |
| 第5章 双涡EMMS湍流模型与CFD的耦合 |
| 5.1 数据拟合和计算模型构建 |
| 5.2 耦合CFD软件 |
| 5.3 算例验证与应用 |
| 5.3.1 零压力梯度平板边界层转捩 |
| 5.3.2 NACA0012翼型绕流 |
| 5.3.3 Aerospatiale-A翼型绕流 |
| 5.3.4 T106A涡轮叶栅绕流 |
| 5.3.5 后台阶流 |
| 5.3.6 顶盖驱动方腔流 |
| 5.4 本章小结 |
| 第6章 结论与展望 |
| 6.1 主要结论 |
| 6.2 本论文的创新点 |
| 6.3 研究展望 |
| 参考文献 |
| 作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果 |
| 致谢 |
（2）粘弹性Taylor-Couette湍流的直接数值模拟研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景 |
| 1.1.1 壁面剪切湍流 |
| 1.1.2 Taylor-Couette湍流 |
| 1.1.3 粘弹性流体 |
| 1.2 研究现状与意义 |
| 1.2.1 聚合物湍流减阻 |
| 1.2.2 弹惯性湍流 |
| 1.2.3 粘弹性Taylor-Couette流动 |
| 1.3 本文主要研究工作 |
| 第二章 粘弹性Taylor-Couette湍流模拟的数值方法 |
| 2.1 粘弹性湍流的数值模拟 |
| 2.2 粘弹性Taylor-Couette流动的数学模型 |
| 2.2.1 本构模型 |
| 2.2.2 控制方程 |
| 2.3 速度场求解的数值方法 |
| 2.3.1 谱方法简介 |
| 2.3.2 谱方法求解速度场 |
| 2.3.3 Chebyshev多项式 |
| 2.3.4 不同表达式形式的Chebyshev多项式谱系数 |
| 2.4 构型张量场求解的数值方法 |
| 2.4.1 全谱方法 |
| 2.4.2 伪谱-差分杂交方法 |
| 第三章 粘弹性Taylor-Couette湍流的曲率依赖性研究 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 物理问题和数学描述 |
| 3.3 计算方法和程序验证 |
| 3.4 湍流的增阻现象 |
| 3.4.1 角动量通量 |
| 3.4.2 扭矩 |
| 3.4.3 增阻率 |
| 3.5 湍流的增阻机理 |
| 3.5.1 流场涡结构 |
| 3.5.2 Pakdel-McKinley准则 |
| 3.5.3 角动量通量输运 |
| 3.5.4 速度脉动特性 |
| 3.5.5 涡的生成机制 |
| 3.6 本章小结 |
| 第四章 粘弹性Taylor-Couette湍流的高阶流态转捩研究 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 物理问题和数学描述 |
| 4.3 计算方法和程序验证 |
| 4.4 流态转捩 |
| 4.4.1 牛顿湍流 |
| 4.4.2 湍流层流化 |
| 4.4.3 层流失稳转捩 |
| 4.4.4 条带结构 |
| 4.5 转捩机理 |
| 4.5.1 角动量通量平衡 |
| 4.5.2 惯性和弹性的竞争 |
| 4.5.3 Pakdel-McKinley准则 |
| 4.6 本章小结 |
| 第五章 粘弹性Taylor-Couette湍流的惯/弹性主导机制研究 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 物理问题和数学描述 |
| 5.3 计算方法和程序验证 |
| 5.4 近壁面的流场结构 |
| 5.4.1 弹性戈特勒涡 |
| 5.4.2 人字形条带结构 |
| 5.5 聚合物引起的湍流动力学 |
| 5.5.1 角动量的输运 |
| 5.5.2 平均动能和湍动能budget分析 |
| 5.5.3 雷诺剪切应力budget分析 |
| 5.6 流动和微观结构的耦合 |
| 5.6.1 聚合物的拉伸 |
| 5.6.2 环应力 |
| 5.7 本章小结 |
| 第六章 工作总结和研究展望 |
| 6.1 工作总结 |
| 6.2 主要创新点 |
| 6.3 研究展望 |
| 附录A 柱坐标下各种微分形式的推导 |
| 附录B 柱坐标下控制方程的分量形式 |
| 参考文献 |
| 攻读博士学位期间的研究成果 |
| 致谢 |
（3）可压缩气固两相湍流边界层/射流的直接数值模拟研究（论文提纲范文）
| 致谢 |
| 摘要 |
| Abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 超燃冲压发动机研究背景 |
| 1.1.1 超燃冲压发动机简介 |
| 1.1.2 固体燃料超燃冲压发动机 |
| 1.2 可压缩两相边界层 |
| 1.2.1 可压缩边界层研究概述 |
| 1.2.2 两相边界层研究概述 |
| 1.3 可压缩两相横射流 |
| 1.3.1 可压缩横向射流研究概述 |
| 1.3.2 两相横射流研究概述 |
| 1.4 可压缩流体中的颗粒阻力研究 |
| 1.4.1 激波-颗粒相互作用的实验研究 |
| 1.4.2 激波-全尺度颗粒相互作用的模拟研究 |
| 1.5 本文主要研究内容和结构 |
| 2 数学模型与数值算法 |
| 2.1 可压缩气固两相湍流的控制方程 |
| 2.1.1 气相控制方程 |
| 2.1.2 颗粒相控制方程 |
| 2.1.3 无量纲控制方程 |
| 2.2 数值算法 |
| 2.2.1 高精度激波捕捉格式 |
| 2.2.2 八阶中心差分格式 |
| 2.2.3 三步三阶TVD-RK时间步进 |
| 2.2.4 非均匀网格的离散算法 |
| 2.3 虚拟点内嵌边界方法 |
| 2.3.1 反距离插值算法 |
| 2.3.2 边界条件的施加 |
| 2.3.3 算法施加流程总结 |
| 2.4 数值算法验证 |
| 2.5 本章小结 |
| 3 可压缩两相湍流边界层的直接数值模拟 |
| 3.1 模拟设置与参数 |
| 3.2 转捩边界层的预模拟及验证 |
| 3.2.1 预模拟计算设置 |
| 3.2.2 预模拟统计结果 |
| 3.2.3 湍流入口验证 |
| 3.3 颗粒弥散分布特性 |
| 3.3.1 选择性富集 |
| 3.3.2 颗粒自相似分布特性 |
| 3.4 颗粒运动特性 |
| 3.5 涡结构对颗粒速度影响分析 |
| 3.6 颗粒于低流体密度区域的选择性富集机理分析 |
| 3.7 本章小节 |
| 4 可压缩两相横向射流的直接数值模拟 |
| 4.1 模拟设置与参数 |
| 4.2 单相横向射流湍流验证 |
| 4.2.1 瞬态结构 |
| 4.2.2 时均结构 |
| 4.3 颗粒弥散特性 |
| 4.4 颗粒对平均流的影响 |
| 4.4.1 边界层厚度与摩擦阻力 |
| 4.4.2 射流与颗粒轨迹 |
| 4.5 颗粒的湍流调制 |
| 4.6 本章小节 |
| 5 激波与全尺度颗粒群相互作用的微观尺度直接数值模拟研究 |
| 5.1 计算设置 |
| 5.1.1 流场与颗粒初始化设置 |
| 5.1.2 量纲分析 |
| 5.1.3 网格无关性检验 |
| 5.2 激波马赫数对激波结构的影响 |
| 5.3 激波马赫数对颗粒阻力的影响 |
| 5.3.1 瞬时阻力系数 |
| 5.3.2 峰值阻力系数 |
| 5.4 激波马赫数对颗粒升力的影响 |
| 5.5 激波马赫数对流场湍流脉动的影响 |
| 5.6 欧拉求解器与Navier-Stokes求解器对模拟结果的影响 |
| 5.7 颗粒位置随机初始化对模拟结果的影响 |
| 5.8 本章小节 |
| 6 全文总结与创新点及展望 |
| 6.1 全文总结 |
| 6.2 主要创新点 |
| 6.3 工作展望 |
| 参考文献 |
| 作者简历 |
（5）后向台阶流动中三维湍流结构产生机理及演化规律的实验研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 主要符号表 |
| 1 绪论 |
| 1.1 研究背景 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.3 待解决的主要问题 |
| 1.4 本文主要研究内容 |
| 2 后向台阶流场概述 |
| 2.1 后向台阶流场的时均特性 |
| 2.1.1 时均再附距离 |
| 2.1.2 其他时均参数分布 |
| 2.2 后向台阶流场的动态特性 |
| 2.2.1 剪切层中的涡结构 |
| 2.2.2 剪切层的低频摆动 |
| 2.3 流动控制对后向台阶流场的影响 |
| 2.4 后向台阶流场的三维结构特征 |
| 2.4.1 展向波的出现条件 |
| 2.4.2 展向波与流向涡 |
| 2.4.3 展向波与剪切层低频摆动的联系 |
| 2.4.4 流动结构的三维化 |
| 2.5 其他相关剪切流动 |
| 2.5.1 相关流动与后向台阶流动的相似性 |
| 2.5.2 钝头平板流场中的“Λ”形涡结构 |
| 2.5.3 平板湍流边界层中的“Λ”形涡结构 |
| 2.6 本章小结 |
| 3 实验方案设计 |
| 3.1 低速循环水洞实验平台 |
| 3.1.1 低速循环水洞及实验段 |
| 3.1.2 粒子图像测速(PIV) |
| 3.2 下吹式风洞实验平台 |
| 3.2.1 下吹式风洞及实验段 |
| 3.2.2 合成射流激励装置 |
| 3.2.3 粒子图像测速(PIV) |
| 3.2.4 多重曝光烟线流动显示 |
| 3.2.5 热线传感器阵列测量 |
| 3.3 本章小结 |
| 4 水洞平台实验结果与分析 |
| 4.1 PIV平面1(xz平面,平行于底板)测量结果 |
| 4.1.1 平均速度,脉动速度分布 |
| 4.1.2 相关性分布 |
| 4.1.3 展向波数谱及频谱分析 |
| 4.1.4 POD模态分析 |
| 4.2 PIV平面2(yz平面,垂直于底板)测量结果 |
| 4.2.1 相关性分析 |
| 4.2.2 POD模态分析 |
| 4.3 本章小结 |
| 5 风洞平台实验结果与分析 |
| 5.1 PIV平面3(xy平面,垂直于底板)测量结果 |
| 5.1.1 平均流场状态 |
| 5.1.2 周期性激励影响分析 |
| 5.2 展向热线阵列测量结果 |
| 5.2.1 来流边界情况 |
| 5.2.2 展向波数谱及频谱分析 |
| 5.2.3 相关性及相位角差分析 |
| 5.2.4 激励对流场特征的影响 |
| 5.3 本章小结 |
| 6 流场中主要结构的产生及演化机理讨论 |
| 6.1 剪切层低频摆动机理 |
| 6.2 展向涡三维化机理 |
| 6.3 涡脱模态错位配对机理 |
| 6.4 脱落涡特征频率降低机理 |
| 6.5 本章总结 |
| 7 结论 |
| 7.1 结论 |
| 7.2 创新点 |
| 7.3 展望 |
| 参考文献 |
| 附录A: 使用Snapshot POD方法分解流场特征运动 |
| 攻读博士学位期间科研项目及科研成果 |
| 致谢 |
| 作者简介 |
（6）仿鲸鱼鳍风力机翼型气动力性能控制研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 课题研究背景 |
| 1.1.1 风电发展概述 |
| 1.1.2 风力机叶片运行环境 |
| 1.1.3 流动控制方法介绍 |
| 1.1.4 凹凸前缘流动分离控制方法 |
| 1.2 凹凸前缘流动控制方法介绍 |
| 1.2.1 凹凸前缘对气动力性能控制效果 |
| 1.2.2 凹凸前缘对流场的影响 |
| 1.2.3 凹凸前缘的流动分离控制机理 |
| 1.2.4 凹凸前缘流动控制方法的应用 |
| 1.3 论文主要研究内容 |
| 第2章 风洞实验装置与数值计算方法 |
| 2.1 本章引论 |
| 2.2 实验装置与测量方法 |
| 2.2.1 低速回流式风洞 |
| 2.2.2 气动力测量装置与测量方法 |
| 2.2.3 边界层流场实验装置 |
| 2.2.4 实验不确定性分析方法 |
| 2.3 风力机翼型前缘转捩技术开发 |
| 2.3.1 凹凸前缘翼型气动力相似性的验证 |
| 2.3.2 前缘转捩带技术的开发 |
| 2.4 风洞实验洞壁干扰修正方法 |
| 2.5 数值计算方法 |
| 2.5.1 数值计算方法概述 |
| 2.5.2 风力机翼型数值计算方法 |
| 2.5.3 翼型计算网格设置与无关性验证 |
| 2.6 本章小结 |
| 第3章 风力机翼型凹凸前缘方法气动力控制研究 |
| 3.1 本章引论 |
| 3.2 气动力实验驱动装置开发 |
| 3.2.1 伺服驱动器控制模式选择 |
| 3.2.2 伺服驱动器控制系统研发 |
| 3.3 凹凸前缘翼型静态气动力性能分析 |
| 3.3.1 实验风力机翼型 |
| 3.3.2 凹凸前缘翼型静态气动力性能 |
| 3.4 风力机仿生翼型粗糙度敏感性分析 |
| 3.4.1 粗糙度对风力机翼型气动力性能影响 |
| 3.4.2 凹凸前缘翼型粗糙度敏感性分析 |
| 3.5 本章小结 |
| 第4章 凹凸前缘翼型静态气动力性能研究 |
| 4.1 本章引论 |
| 4.2 凹凸前缘翼型静态气动力性能 |
| 4.3 凹凸前缘翼型边界层流动分离控制研究 |
| 4.3.1 边界层流场实验测量方法 |
| 4.3.2 失速区凹凸前缘翼型边界层流场 |
| 4.3.3 后失速区凹凸前缘翼型边界层流场 |
| 4.4 凹凸前缘翼型边界层流场波动特性分析 |
| 4.4.1 失速区凹凸前缘翼型流场波动特性 |
| 4.4.2 后失速区凹凸前缘翼型流场波动特性 |
| 4.5 静态凹凸前缘翼型功率谱分析 |
| 4.5.1 典型攻角下静态气动力功率谱分析 |
| 4.5.2 典型攻角下边界层流场功率谱分析 |
| 4.6 本章小结 |
| 第5章 凹凸前缘翼型动态气动力性能研究 |
| 5.1 本章引论 |
| 5.2 凹凸前缘翼型动态气动力平均特性分析 |
| 5.2.1 动态气动力实验参数选取 |
| 5.2.2 轻度失速区凹凸前缘翼型动态气动力性能 |
| 5.2.3 深度失速区凹凸前缘翼型动态气动力性能 |
| 5.2.4 俯仰运动频率对动态气动力特性影响分析 |
| 5.3 动态凹凸前缘翼型气动性能控制效果分析 |
| 5.4 凹凸前缘翼型动态气动力波动特性分析 |
| 5.5 凹凸前缘翼型动态气动力功率谱分析 |
| 5.5.1 轻度失速区动态气动力功率谱分析 |
| 5.5.2 深度失速区动态气动力功率谱分析 |
| 5.5.3 动态俯仰频率对动态气动力波动特性影响 |
| 5.5.4 同一俯仰运动周期内凹凸前缘翼型基频能量分析 |
| 5.6 本章小结 |
| 第6章 凹凸前缘结构模化方法研究 |
| 6.1 本章引论 |
| 6.2 凹凸前缘模化方法的确定 |
| 6.2.1 动量原项的计算 |
| 6.2.2 动量原项的添加 |
| 6.3 凹凸前缘翼型数值计算 |
| 6.3.1 数值计算翼型 |
| 6.3.2 数值计算方法准确性验证 |
| 6.3.3 凹凸前缘模化计算方法验证 |
| 6.4 凹凸模化翼型流场研究 |
| 6.4.1 凹凸模化翼型速度场分析 |
| 6.4.2 凹凸模化翼型涡量场分析 |
| 6.5 凹凸前缘流动控制机理分析 |
| 6.6 本章小结 |
| 第7章 结论与展望 |
| 7.1 结论 |
| 7.2 主要创新点 |
| 7.3 展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果 |
（7）仿鲨鱼皮二维肋条湍流减阻机理与模化研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 选题背景与研究意义 |
| 1.1.1 风电发展概述及叶片运行特点 |
| 1.1.2 仿生肋条结构减阻及流动控制技术 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 肋条减阻机理 |
| 1.2.2 肋条结构优化 |
| 1.2.3 肋条模化方法 |
| 1.2.4 肋条对翼型的流动控制效果 |
| 1.3 本课题主要研究内容 |
| 第2章 实验装置与数值计算方法 |
| 2.1 本章引论 |
| 2.2 实验装置与测量方法 |
| 2.2.1 低速回流式风洞 |
| 2.2.2 平板湍流边界层发展平台 |
| 2.2.3 热线风速仪测速技术 |
| 2.2.4 不确定性分析 |
| 2.3 计算设置 |
| 2.3.1 数值计算方法概述 |
| 2.3.2 槽道湍流数值计算方法 |
| 2.3.3 风电翼型数值计算方法 |
| 2.4 本章小结 |
| 第3章 肋条表面多尺度结构流动特性的实验研究 |
| 3.1 本章引论 |
| 3.2 实验设置 |
| 3.3 流场分析 |
| 3.3.1 平均速度和雷诺应力分布 |
| 3.3.2 尺度分解 |
| 3.3.3 大尺度结构对小尺度结构的幅度调制效应 |
| 3.3.4 大小尺度结构的猝发特性 |
| 3.4 本章小结 |
| 第4章 肋条表面流场涡动力学分析 |
| 4.1 本章引论 |
| 4.2 实验和计算设置 |
| 4.2.1 实验设置 |
| 4.2.2 计算设置及验证 |
| 4.3 涡动力学理论推导 |
| 4.4 结果讨论 |
| 4.4.1 减阻率分布 |
| 4.4.2 涡动力学分析 |
| 4.5 肋条截面形状对摩擦阻力和涡量场影响 |
| 4.5.1 涡动力学理论推导 |
| 4.5.2 减阻率分布和涡量场分析 |
| 4.6 本章小结 |
| 第5章 肋条模化方法研究 |
| 5.1 本章引论 |
| 5.2 基于滑移边界的肋条模化方法 |
| 5.2.1 理论背景 |
| 5.2.2 理论推导 |
| 5.3 模化方法验证 |
| 5.3.1 计算设置 |
| 5.3.2 模化结果验证 |
| 5.4 近壁区流场简化计算 |
| 5.5 本章小结 |
| 第6章 肋条对翼型流动控制效果研究 |
| 6.1 本章引论 |
| 6.2 翼型数值计算 |
| 6.2.1 计算设置 |
| 6.2.2 网格无关性分析及计算验证 |
| 6.3 肋条参数设置 |
| 6.3.1 肋条布置位置 |
| 6.3.2 肋条尺寸 |
| 6.3.3 肋条模化参数 |
| 6.4 结果分析 |
| 6.4.1 升阻力 |
| 6.4.2 压力系数和摩擦系数 |
| 6.4.3 翼型流场 |
| 6.5 本章小结 |
| 第7章 结论与展望 |
| 7.1 结论 |
| 7.2 主要创新点 |
| 7.3 展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果 |
（8）Liutex涡识别方法及翼型绕流转捩研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 主要符号说明 |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 涡识别方法 |
| 1.2.2 Kolmogorov的湍流相似律 |
| 1.2.3 后掠翼型湍流转捩研究 |
| 1.3 本文的结构安排和主要工作 |
| 第二章 Liutex向量的显式计算方法 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 Liutex定义的显式表达式 |
| 2.2.1 速度梯度张量的分析 |
| 2.2.2 Liutex定义的显式表达式 |
| 2.2.3 改进的Liutex矢量计算程序: |
| 2.3 计算结果 |
| 2.3.1 NACA0012翼型三维边界层分离与转捩 |
| 2.3.2 平板上的三维边界层转捩 |
| 2.4 本章小结 |
| 第三章 湍流边界层的Liutex相似律 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 计算参数和验证 |
| 3.2.1 计算参数 |
| 3.2.2 计算验证 |
| 3.3 Liutex涡识别方法 |
| 3.4 计算结果和讨论 |
| 3.4.1 Liutex时间序列的傅里叶变换 |
| 3.4.2 Liutex空间序列的快速傅里叶变换 |
| 3.4.3 Q以及vorticity的频谱分布 |
| 3.4.4 湍动能谱分析 |
| 3.5 本章小结 |
| 第四章 分离泡诱导的翼型绕流转抉研究 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 数学模型及计算参数 |
| 4.3 计算验证 |
| 4.4 计算结果和讨论 |
| 4.5 本章小结 |
| 第五章 后掠翼型绕流转捩研究 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 数学模型及计算参数 |
| 5.3 实验验证 |
| 5.4 计算结果和讨论 |
| 5.5 本章小结 |
| 第六章 工作总结和研究展望 |
| 6.1 本文研究工作总结 |
| 6.2 研究展望 |
| 参考文献 |
| 攻读博士学位期间主要的研究成果及荣誉 |
| 致谢 |
（9）超声速混合层高精度数值模拟及流向涡混合增强实验研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景与意义 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 超声速混合层研究现状 |
| 1.2.2 混合层增长率 |
| 1.2.3 混合层混合增强技术 |
| 1.2.4 激波/混合层相互作用 |
| 1.2.5 高精度数值模拟入口湍流生成技术 |
| 1.3 本文研究内容及章节安排 |
| 第二章 实验装置及数值仿真方法 |
| 2.1 实验装置及测量系统 |
| 2.1.1 实验装置 |
| 2.1.2 流场测量系统 |
| 2.2 数值仿真控制方程 |
| 2.2.1 可压缩流动控制方程 |
| 2.2.2 大涡模拟基本思想和控制方程 |
| 2.3 数值方法 |
| 2.3.1 时空离散方法 |
| 2.3.2 边界条件处理 |
| 2.4 湍流中的涡结构识别 |
| 2.4.1 涡结构识别的Q准则 |
| 2.4.2 涡结构识别的λ_2准则 |
| 2.5 小结 |
| 第三章 可压缩自由来流混合层线性稳定性分析 |
| 3.1 扰动及线性化扰动方程 |
| 3.1.1 扰动及扰动方程 |
| 3.1.2 扰动方程线性化 |
| 3.2 求解线性化扰动方程 |
| 3.2.1 常微分形式的OSE |
| 3.2.2 求解特征矩阵的特征值 |
| 3.2.3 Chebyshev伪谱法 |
| 3.2.4 坐标离散及映射 |
| 3.3 自由来流混合层线性稳定性分析结果验证 |
| 3.3.1 入口参数 |
| 3.3.2 离散点数的影响 |
| 3.3.3 计算域范围的影响 |
| 3.3.4 网格加密系数的影响 |
| 3.4 来流参数对自由来流混合层稳定性的影响 |
| 3.4.1 来流压缩性的影响 |
| 3.4.2 来流粘性的影响 |
| 3.4.3 来流速度比的影响 |
| 3.4.4 来流密度比的影响 |
| 3.5 小结 |
| 第四章 斜激波/超声速混合层相互作用流场特性 |
| 4.1 数值仿真设置 |
| 4.1.1 入口条件及其线性稳定性分析 |
| 4.1.2 入口扰动 |
| 4.1.3 计算域及网格分布 |
| 4.1.4 网格敏感性分析 |
| 4.2 超声速混合层涡结构发展过程及其速度分布 |
| 4.2.1 超声速混合层中的激波结构 |
| 4.2.2 超声速混合层涡结构发展过程 |
| 4.2.3 超声速混合层瞬时和时均速度分析 |
| 4.2.4 超声速混合层两点相关性分析 |
| 4.3 斜激波对超声速混合层增长特性及涡结构发展的影响 |
| 4.3.1 斜激波对超声速混合层增长率的影响 |
| 4.3.2 激波混合层中的涡结构 |
| 4.3.3 超声速混合层中激波和涡结构相互作用 |
| 4.4 斜激波对超声速混合层湍流强度影响分析 |
| 4.5 斜激波对超声速混合层中湍流输运的影响 |
| 4.5.1 雷诺应力及湍动能输运方程 |
| 4.5.2 斜激波对超声速混合层湍动能分布的影响 |
| 4.5.3 斜激波对超声速混合层湍动能输运的影响 |
| 4.6 小结 |
| 第五章 超声速边界层高精度数值模拟湍流入口 |
| 5.1 入口时均理论剖面及湍流生成方法 |
| 5.1.1 DF湍流生成方法 |
| 5.1.2 可压缩湍流边界层理论参数估计 |
| 5.2 数值仿真设置 |
| 5.2.1 入口来流条件 |
| 5.2.2 计算域及网格划分 |
| 5.2.3 “入口库”的生成及边界条件 |
| 5.3 超声速边界层统计特性分析 |
| 5.4 超声速边界层瞬时流场结构 |
| 5.5 超声速边界层流场频谱分析 |
| 5.6 小结 |
| 第六章 入口来流状态对超声速平板混合层的影响 |
| 6.1 数值仿真设置 |
| 6.1.1 来流参数 |
| 6.1.2 计算域及网格分布 |
| 6.1.3 入口参数线性稳定性分析 |
| 6.2 超声速湍流平板混合层入口湍流生成 |
| 6.2.1 湍流入口添加方法 |
| 6.2.2 湍流边界层数值仿真设置 |
| 6.2.3 湍流边界层结果分析 |
| 6.3 超声速平板混合层激波结构分析 |
| 6.3.1 层流平板混合层激波结构 |
| 6.3.2 湍流平板混合层激波结构 |
| 6.4 超声速平板混合层涡结构发展过程分析 |
| 6.4.1 层流平板混合层涡结构发展过程 |
| 6.4.2 湍流平板混合层涡结构发展过程 |
| 6.5 超声速平板混合层频谱分析 |
| 6.5.1 层流平板混合层频谱分析 |
| 6.5.2 湍流平板混合层频谱分析 |
| 6.6 超声速平板混合层时均流场分析 |
| 6.6.1 层流平板混合层时均流场 |
| 6.6.2 湍流平板混合层时均流场 |
| 6.6.3 平板混合层增长率 |
| 6.7 超声速平板混合层湍流统计特性分析 |
| 6.7.1 层流平板混合层湍流统计特性分析 |
| 6.7.2 湍流平板混合层湍流统计特性分析 |
| 6.8 超声速平板混合层DMD分析 |
| 6.8.1 DMD分析基本思想和过程 |
| 6.8.2 层流平板混合层DMD分析 |
| 6.8.3 湍流平板混合层DMD分析 |
| 6.9 小结 |
| 第七章 波瓣混合器混合增强特性实验 |
| 7.1 波瓣混合器结构 |
| 7.1.1 矩形波瓣混合器设计及结构参数 |
| 7.1.2 消波型波瓣混合器设计及结构参数 |
| 7.2 波瓣混合器实验来流参数 |
| 7.3 矩形波瓣混合器流场分析 |
| 7.3.1 矩形波瓣混合器混合增强作用 |
| 7.3.2 矩形波瓣混合器流场结构 |
| 7.4 消波型波瓣混合器流场分析 |
| 7.4.1 消波型波瓣混合器混合增强作用 |
| 7.4.2 消波型波瓣混合器流场结构 |
| 7.5 小结 |
| 第八章 结论与展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 作者在学期间取得的学术成果 |
| 附录A 扰动方程非线性项 |
（10）高超声速进气道中流向涡的生成流场及演化特性研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景与意义 |
| 1.2 国内外研究进展 |
| 1.2.1 等熵压缩波与边界层的相互作用研究 |
| 1.2.2 单楔扫掠激波/边界层的相互作用研究 |
| 1.2.3 双楔扫掠激波/边界层的相互作用研究 |
| 1.2.4 高超声速侧压进气道中流向涡的研究 |
| 1.3 本文主要研究内容 |
| 第二章 实验系统及数值方法 |
| 2.1 实验系统 |
| 2.1.1 实验平台 |
| 2.1.2 基于纳米示踪的平面激光散射技术 |
| 2.1.3 粒子图像测速技术 |
| 2.2 数值仿真方法 |
| 2.2.1 控制方程 |
| 2.2.2 数值差分方法及边界条件 |
| 2.3 本章小结 |
| 第三章 单侧压缩波与边界层相互作用流场的研究 |
| 3.1 侧向等熵压缩波与层流边界层的相互作用 |
| 3.1.1 实验模型及研究方法 |
| 3.1.2 层流边界层的发展与转捩 |
| 3.2 扫掠激波与湍流边界层的相互作用 |
| 3.2.1 实验模型及研究方法 |
| 3.2.2 进气道入口湍流边界层的测定 |
| 3.2.3 展向流场结构分析 |
| 3.2.4 来流边界层厚度对涡流区大小的影响 |
| 3.3 本章小结 |
| 第四章 对称扫掠激波与边界层相互作用流场的研究 |
| 4.1 对称扫掠激波与湍流边界层相互作用的流场研究 |
| 4.1.1 实验模型及研究方法 |
| 4.1.2 对称扫掠激波与湍流边界层相互作用的展向截面流场结构 |
| 4.2 边界层厚度和激波强度对流向涡面积的影响 |
| 4.2.1 实验模型及研究方法 |
| 4.2.2 流向涡横截面积的定量关系 |
| 4.3 本章小结 |
| 第五章 流向涡在不同通道中演化流场的研究 |
| 5.1 流向涡流场在开放通道中的演化流场 |
| 5.1.1 实验模型及研究方法 |
| 5.1.2 流向涡演化的流向流场结构 |
| 5.2 流向涡流场在半开放通道中的演化流场 |
| 5.2.1 实验模型及研究方法 |
| 5.2.2 流向涡演化的流向流场结构 |
| 5.3 流向涡在全封闭通道中的演化流场 |
| 5.3.1 物理模型及数值方法 |
| 5.3.2 网格无关性验证 |
| 5.3.3 侧压进气道流向涡流场结构分析 |
| 5.3.4 边界层厚度对流向涡演化特性的影响 |
| 5.3.5 激波强度对流向涡演化特性的影响 |
| 5.4 流向涡在三种通道中演化特性的对比研究 |
| 5.4.1 物理模型与数值方法 |
| 5.4.2 流向涡演化的流场结构分析 |
| 5.5 本章小结 |
| 结束语 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 作者在学期间取得的学术成果 |
| 附录 A 图像处理Matlab程序 |
四、关于转捩边界层中流向涡的产生（论文参考文献）
- [1]基于EMMS原理的双涡介尺度湍流模型及应用[D]. 郭舒宇. 中国科学院大学(中国科学院过程工程研究所), 2021(01)
- [2]粘弹性Taylor-Couette湍流的直接数值模拟研究[D]. 宋家兴. 中国科学技术大学, 2021(09)
- [3]可压缩气固两相湍流边界层/射流的直接数值模拟研究[D]. 肖威. 浙江大学, 2021
- [4]高超声速边界层基频二次失稳条纹结构的稳定性[J]. 李玲玉,刘建新. 空气动力学学报, 2021(05)
- [5]后向台阶流动中三维湍流结构产生机理及演化规律的实验研究[D]. 李卓越. 大连理工大学, 2021
- [6]仿鲸鱼鳍风力机翼型气动力性能控制研究[D]. 张一楠. 中国科学院大学(中国科学院工程热物理研究所), 2020
- [7]仿鲨鱼皮二维肋条湍流减阻机理与模化研究[D]. 张子良. 中国科学院大学(中国科学院工程热物理研究所), 2020(08)
- [8]Liutex涡识别方法及翼型绕流转捩研究[D]. 许文倩. 浙江理工大学, 2020(01)
- [9]超声速混合层高精度数值模拟及流向涡混合增强实验研究[D]. 方昕昕. 国防科技大学, 2020(01)
- [10]高超声速进气道中流向涡的生成流场及演化特性研究[D]. 周永易. 国防科技大学, 2019(02)