检索结果-内蒙古大学图书馆

中国科学:物理学、力学、天文学 2025年第1期55卷 141-151页

作者：宋保方北京大学工学院航空航天工程系湍流与复杂系统国家重点实验室北京100871

剪切流动中层流向湍流的转捩是流体力学中的一个经典难题.近些年在亚临界转捩方面取得了若干重要进展,特别是在转捩的时空特征方面.研究发现,亚临界转捩中湍流以局地湍流形式存在,且表现出复杂的时空间歇性.对局地湍流结构及其时空复杂... 详细信息

剪切流动中层流向湍流的转捩是流体力学中的一个经典难题.近些年在亚临界转捩方面取得了若干重要进展,特别是在转捩的时空特征方面.研究发现,亚临界转捩中湍流以局地湍流形式存在,且表现出复杂的时空间歇性.对局地湍流结构及其时空复杂性的研究逐步揭示了转捩现象和统计物理中的连续型相变之间的关系:流动转捩可能属于一个可描述广泛临界现象的相变普适类,即导向逾渗相变普适类.目前学界仍在试图证明这种相变比拟适用于所有壁面剪切流动中的亚临界转捩.近期在泰勒-库埃特流动实验中给出了相变的直接证据,但对于管道和槽道流动,由于转捩临界点附近系统演化的巨大时间和空间尺度,实验和计算都难以足够靠近临界点进行直接验证,而且槽道流转捩临界点附近湍流的时空特征与导向逾渗相变之间的关系仍不明晰.因而,该比拟的普适性还有待进一步的确认.

关键词：剪切流动亚临界转捩局地湍流时空间歇性相变

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平行槽道流动亚临界转捩非线性机理的数值研究

平行槽道流动亚临界转捩非线性机理的数值研究

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第十三届全国流体力学学术会议

作者：高媛媛黄柱西安交通大学能源与动力工程学院流体机械及工程系

剪切流的流动转捩过程是一个复杂的非线性过程,目前亚临界转捩的非线性机理尚不清晰。泊肃叶流动是典型的理想剪切流,然而由于受实验测量的限制较难获得高雷诺数下充分发展泊肃叶层流流动。本文通过线性稳定性分析与直接数值模拟,对充... 详细信息

剪切流的流动转捩过程是一个复杂的非线性过程,目前亚临界转捩的非线性机理尚不清晰。泊肃叶流动是典型的理想剪切流,然而由于受实验测量的限制较难获得高雷诺数下充分发展泊肃叶层流流动。本文通过线性稳定性分析与直接数值模拟,对充分发展和未充分发展的平面泊肃叶流动进行了定量的对比与分析。平面泊肃叶流动的临界雷诺数为5772.2,而未充分发展的平面泊肃叶流动（平面平行流）为52745,两者相差近一个数量级,说明后者更加线性稳定;对于小于临界雷诺数的线性稳定流动,平面泊肃叶流的最大瞬态增长大于平面平行流,是平面平行流的3.3倍。非线性非模态分析结果表明,在Re=3000时平面泊肃叶流动转捩为湍流的非线性最优扰动所需能量为1.765×10,而平面平行流为2.405×10,需要更大的初始扰动来引发湍流。

关键词：线性稳定性分析亚临界转捩瞬态增长非线性非模态稳定性分析

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槽流的亚临界转捩与局地湍流

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空气动力学学报 2020年第1期38卷 128-136页

作者：陶建军北京大学工学院力学与工程科学系湍流与复杂系统国家重点实验室

在中低雷诺数时,处于线性稳定的槽道流若受到强扰动可发生亚临界转捩变为湍流。近年人们对该类转捩机理的研究取得重要进展。对于平板泊肃叶流,亚临界转捩之初是稀疏湍流态,其特征结构是远间隔的包含小尺度涡和高低速条带的大尺度的湍流... 详细信息

在中低雷诺数时,处于线性稳定的槽道流若受到强扰动可发生亚临界转捩变为湍流。近年人们对该类转捩机理的研究取得重要进展。对于平板泊肃叶流,亚临界转捩之初是稀疏湍流态,其特征结构是远间隔的包含小尺度涡和高低速条带的大尺度的湍流带,可倾斜伸长。该阶段的湍流占比有上限但并非雷诺数的单值函数。随着雷诺数的增加转捩进入平衡局地湍流态,即存在统计定常态,其湍流占比是雷诺数单值函数,可由定向逾渗模型描述。进一步增加雷诺数,湍流带的分裂愈发频繁,最终流场会布满湍流带,在更高的雷诺数时变为均匀湍流。论文概述了为比拟亚临界转捩过程所提出的动力学模型,以及为定量表征管流、平板库艾特流和平板泊肃叶流转捩过程的相似性所提出的局地稳定性参数,并在最后对槽道流亚临界转捩研究的发展做了简要展望。

关键词：亚临界转捩局地湍流泊肃叶流湍流带

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多孔壁面对高速边界层最优增长条带二次失稳的影响规律

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航空学报 2023年第22期44卷 142-156页

作者：王宇天刘建新王晓坤李晓明空军航空大学长春130022 天津大学机械工程学院天津300072

边界层转捩是高超声速飞行器设计中的关键基础理论问题。当环境扰动强度较高时,将在模态扰动失稳区上游发生由最优增长条带二次失稳触发的亚临界转捩。为评估多孔壁面在亚临界转捩中的控制效果,以超/高超声速平板边界层流动为研究对象,... 详细信息

边界层转捩是高超声速飞行器设计中的关键基础理论问题。当环境扰动强度较高时,将在模态扰动失稳区上游发生由最优增长条带二次失稳触发的亚临界转捩。为评估多孔壁面在亚临界转捩中的控制效果,以超/高超声速平板边界层流动为研究对象,建立了基于伴随抛物化稳定性方程的优化系统与求解方法。以最优扰动非线性演化形成的三维条带边界层为新的基本流动开展全局稳定性分析,研究表明:多孔壁面对第一模态频率范围内的二次失稳扰动为促进作用,对第二模态频率范围内的二次失稳扰动起抑制作用,并且转折频率接近局部快/慢模态的同步频率,对于工程应用中多孔涂层的布置方案具有一定的指导意义。

关键词：亚临界转捩最优扰动全局稳定性分析多孔壁面抛物化稳定性方程

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基于HLNS方法对高超声速边界层中非模态扰动演化的研究

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力学进展 2022年第1期52卷 180-195页

作者：孙培成赵磊董明天津大学机械工程学院天津300072 中国科学院力学研究所非线性力学国家重点实验室北京100190 中国空气动力研究与发展中心空气动力学国家重点实验室四川绵阳621000

高超声速边界层转捩是航天飞行器设计中的基础难题,发生在线性失稳区上游的亚临界转捩是常规风洞实验中常见的现象.亚临界转捩一般是由非模态扰动的演化及二次失稳触发的,为了揭示局部突变对高超声速边界层亚临界转捩的影响机理,发展了... 详细信息

高超声速边界层转捩是航天飞行器设计中的基础难题,发生在线性失稳区上游的亚临界转捩是常规风洞实验中常见的现象.亚临界转捩一般是由非模态扰动的演化及二次失稳触发的,为了揭示局部突变对高超声速边界层亚临界转捩的影响机理,发展了基于谐波型线性化Navier-Stokes(HLNS)方程及其伴随系统的描述非模态扰动演化的求解框架.该框架的优点是不改变原始系统的椭圆型特性,因而可以处理非模态扰动(条带)在局部突变附近的快速畸变.针对马赫数为5.96、攻角为-4?的高超声速钝平板边界层,研究了不同深度凹槽对条带幅值的影响.数值结果表明凹槽对条带有促进作用,这与实验中发现的规律定性相符,且存在使促进作用最大的最优凹槽深度.

关键词：高超声速边界层凹槽最优扰动亚临界转捩

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多边形管流转捩中层流-湍流界面传播速度的一致性

多边形管流转捩中层流-湍流界面传播速度的一致性

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第十三届全国流体力学学术会议

作者：关家顺陶建军北京大学工学院力学与工程科学系湍流与复杂系统国家重点实验室

在圆形或方形截面的管道流动中,有限幅值的扰动可激发亚临界转捩。在方形截面短管道的湍流数值模拟中,二次流的产生改变了平均流速度剖面。本文首先对方形截面长管道流动的转捩过程进行了直接数值模拟,得到了其局地湍塞的三维平均场结... 详细信息

在圆形或方形截面的管道流动中,有限幅值的扰动可激发亚临界转捩。在方形截面短管道的湍流数值模拟中,二次流的产生改变了平均流速度剖面。本文首先对方形截面长管道流动的转捩过程进行了直接数值模拟,得到了其局地湍塞的三维平均场结构。湍塞上下游的层流-湍流界面的传播速度是局地湍流转变为全管道均匀湍流的关键因素。受到方管局地湍塞三维平均场的启发,本文提出了一种修正雷诺数用以统一描述圆管、方管管流转捩过程中层流-湍流界面的传播速度,并进一步将其推广用于刻画其他的正多变形管流的转捩。

关键词：亚临界转捩管流湍塞多边形管流

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槽流中孤立湍流带的大尺度环流解析解

槽流中孤立湍流带的大尺度环流解析解

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第十三届全国流体力学学术会议

作者：刘炽杭陶建军北京大学工学院力学与工程科学系湍流与复杂系统国家重点实验室

局地湍流是壁面剪切流亚临界转捩的关键结构。孤立的湍流带是平板泊肃叶流中倾斜伸长的局地湍流结构,其周围存在着大尺度环流,在槽流的亚临界转捩中发挥着重要作用。然而迄今为止,仍缺乏对孤立湍流带大尺度环流的定量解析描述。本文根... 详细信息

局地湍流是壁面剪切流亚临界转捩的关键结构。孤立的湍流带是平板泊肃叶流中倾斜伸长的局地湍流结构,其周围存在着大尺度环流,在槽流的亚临界转捩中发挥着重要作用。然而迄今为止,仍缺乏对孤立湍流带大尺度环流的定量解析描述。本文根据法向粘性扩散和垂直于湍流带方向的对流项平衡建立了动力学模型,推导求解了大尺度流动的近似解析解。结果表明,大尺度环流在垂直于湍流带方向往上下游均按指数衰减,其空间衰减率及速度剖面特征可由湍流带的对流速度、倾角和雷诺数解析地表达,该理论得到了数值模拟结果的验证。

关键词：亚临界转捩平板泊肃叶流动孤立湍流带大尺度环流

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线性最优扰动逼近非线性边缘态的数值研究

线性最优扰动逼近非线性边缘态的数值研究

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第十三届全国流体力学学术会议

作者：高媛媛黄柱西安交通大学能源与动力工程学院流体机械及工程系

平行剪切流动转捩可通过线性最优扰动和非线性最优扰动触发。二维泊肃叶流动的研究发现线性最优扰动和非线性最优扰动引发亚临界转捩过程所需能量差别两个两级,且所达到的边缘态的能量不同。本文通过直接数值模拟,二维泊肃叶流动亚临界... 详细信息

平行剪切流动转捩可通过线性最优扰动和非线性最优扰动触发。二维泊肃叶流动的研究发现线性最优扰动和非线性最优扰动引发亚临界转捩过程所需能量差别两个两级,且所达到的边缘态的能量不同。本文通过直接数值模拟,二维泊肃叶流动亚临界转捩的线性和非线性最优扰动进行定量的对比与分析。发现泊肃叶流动均匀分布的线性最优扰动在演化过程中大部分都衰减,并且所达边缘态的流动结构与局部分布的非线性最优扰动的流动结构类似,具有较高的能量。对线性最优扰动乘以阶跃函数进行局部化处理,可以发现处理后的线性最优扰动可以演化至与非线性最优扰动相同边缘态,进而引发亚临界转捩过程。通过数值计算发现线性最优扰动存在最佳的局部化使得所需初始扰动能量最小。

关键词：线性最优扰动非线性最优扰动亚临界转捩边缘态

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