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飞机尾涡演变及快速预测的大涡模拟研究 被引量:31
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作者 林孟达 崔桂香 +2 位作者 张兆顺 许春晓 《力学学报》 EI CSCD 北大核心 2017年第6期1185-1200,共16页
随着我国人民生活水平的提高,航空运输的重要性与日俱增,航班延误问题也日益严重.尾流间隔(保障后机不受前机尾流影响的最小安全间隔)是制约机场效率的关键因素.针对这一工程应用问题,采用大涡模拟方法研究飞机尾涡在大气中的演变特性.... 随着我国人民生活水平的提高,航空运输的重要性与日俱增,航班延误问题也日益严重.尾流间隔(保障后机不受前机尾流影响的最小安全间隔)是制约机场效率的关键因素.针对这一工程应用问题,采用大涡模拟方法研究飞机尾涡在大气中的演变特性.研究工作首先发展了飞机尾涡演变的大涡模拟方法,将自适应网格技术应用于飞机尾涡演变的大涡模拟,大幅减少所需的网格量,提高计算效率.提出了升力面尾涡生成方法,在不增加计算量的情况下实现了尾涡卷起过程和远场衰减的组合模拟.在系列算例分析研究基础上,创建了基于大涡模拟计算结果的尾流间隔快速预测系统.该系统可以根据实时大气风场和进出港的前后飞机机型,快速预测并输出所需的尾流间隔.经过与场地测试数据比较表明,在北京市2014年的平均风速条件下,本系统预测的尾流间隔可在现有标准基础上缩减7%~50%,能够有效提高机场容量. 展开更多
关键词 大涡模拟 飞机尾涡 动态尾流间隔 快速预测
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壁面展向周期振动的槽道湍流减阻机理的研究 被引量:21
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作者 许春晓 +1 位作者 崔桂香 张兆顺 《力学学报》 EI CSCD 北大核心 2004年第1期24-30,共7页
利用直接数值模拟研究了带有壁面展向周期振动的槽道湍流.壁面在展向的周期运动使湍流受到抑制,并使壁面摩擦阻力减小.通过对雷诺应力输运方程的分析研究了壁面展向周期振动的减阻机理,进一步揭示了压力变形项在湍流抑制中的关键作用.
关键词 湍流 数值模拟 减阻机理 展向壁面振动 雷诺应力 摩擦阻力 输运方程 周期振动 粘滞性流体力学
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城市大气环境的大涡模拟研究进展 被引量:21
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作者 崔桂香 张兆顺 +1 位作者 许春晓 《力学进展》 EI CSCD 北大核心 2013年第3期295-328,共34页
本文回顾城市大气污染扩散的研究实践与进展,介绍城市大气环境流动的特点和用现代计算流体力学手段开展城市大气环境的大涡模拟研究方法,包括:数学模型,控制方程、亚网格湍流模式、定解条件及其数值方法.其中,重点介绍中尺度到微尺度的... 本文回顾城市大气污染扩散的研究实践与进展,介绍城市大气环境流动的特点和用现代计算流体力学手段开展城市大气环境的大涡模拟研究方法,包括:数学模型,控制方程、亚网格湍流模式、定解条件及其数值方法.其中,重点介绍中尺度到微尺度的耦合模型与适用于复杂城市下垫面(满足大涡模拟分辨率要求且计算量较小)的组合模型;并给出实际算例和结果分析,包括准确度的统计估算和湍流特性等.最后,讨论城市大气环境数值模拟方法进一步改进的方向和城市大气环境流动与污染物扩散数值研究应重点关注的几个问题. 展开更多
关键词 城市大气环境 大涡模拟 多尺度耦合 下垫面模型
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流体力学教学中的创新与探索课程设计项目
4
作者 贾永霞 彭杰 《力学与实践》 2024年第2期420-426,共7页
流体力学课程是航空航天工程、机械工程、能源与动力工程、土木工程等众多工科专业的核心课程。除了学习基础理论,课程实践在流体力学教学中扮演着至关重要的角色,对于培养学生的工程实践能力和创新思维具有重要意义。本文旨在基于过去... 流体力学课程是航空航天工程、机械工程、能源与动力工程、土木工程等众多工科专业的核心课程。除了学习基础理论,课程实践在流体力学教学中扮演着至关重要的角色,对于培养学生的工程实践能力和创新思维具有重要意义。本文旨在基于过去几年流体力学课程教学与实践中所积累的经验,探讨创新与探索课程设计项目在流体力学理论教学与课程实践中的重要性以及对学生能力提升的意义。 展开更多
关键词 流体力学 实践 课程设计 创新与探索
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ARJ21飞机尾涡在侧风条件下的近地演化数值模拟 被引量:5
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作者 张钧铎 左青海 +3 位作者 林孟达 潘卫军 崔桂香 《航空学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第5期155-167,共13页
尾流间隔是飞机起降安全的重要保障,也是制约机场效率的重要因素之一,而飞机尾涡的近地演化特性与规律是制定尾流间隔系统的基础和依据。因此,研究国产机型的尾涡近地演化特性与规律具有重要的现实意义。应用升力面模型初始化尾涡流场,... 尾流间隔是飞机起降安全的重要保障,也是制约机场效率的重要因素之一,而飞机尾涡的近地演化特性与规律是制定尾流间隔系统的基础和依据。因此,研究国产机型的尾涡近地演化特性与规律具有重要的现实意义。应用升力面模型初始化尾涡流场,采用自适应网格大涡模拟技术数值研究ARJ21客机尾涡在侧风条件下的近地演化过程,并分析在不同侧风条件下尾涡的演化与衰减特性。数值结果显示上游涡与下游涡演化具有不对称性,其中下游涡衰减更快,但移动距离更远,并且侧风越强尾涡衰减越快。此外,根据ARJ21尾涡的数值结果分析了不同机型跟随ARJ21进近时的安全性,发现重型机可不考虑其尾涡影响,而中型机和轻型机需根据气象条件选择合适的最小尾流间隔。 展开更多
关键词 ARJ21飞机 尾涡 近地演化 侧风 大涡模拟 自适应网格
原文传递
三维流场的虚拟现实技术开发与教学应用
6
作者 贾永霞 张钧铎 +4 位作者 吴辰禹 朱虹鑫 刘泽华 陆晨阳 《力学与实践》 2024年第3期643-648,共6页
开发了一种动态展示三维精细流场结构的虚拟现实系统。该系统包括:流场生成模块,用于通过数值模拟计算目标场景的瞬时流场,并进行可视化,得到目标场景的三维流场模型;存储模块,用于存储目标场景的三维流场模型;显示模块,根据按键指令调... 开发了一种动态展示三维精细流场结构的虚拟现实系统。该系统包括:流场生成模块,用于通过数值模拟计算目标场景的瞬时流场,并进行可视化,得到目标场景的三维流场模型;存储模块,用于存储目标场景的三维流场模型;显示模块,根据按键指令调用并播放三维流场模型。通过虚拟现实技术实现多种模型的三维瞬时流场动态展示,实现了在流体力学教育与研究领域还原复杂流场中三维结构的功能,极大地激发了学生的求知欲与探索精神。 展开更多
关键词 虚拟现实 三维流场 涡结构
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基于壁面主动变形的湍流减阻控制研究 被引量:6
7
作者 葛铭纬 许春晓 +1 位作者 崔桂香 《力学学报》 EI CSCD 北大核心 2012年第4期653-663,共11页
采用谱方法,对反向控制下壁面主动变形的槽道湍流进行了直接数值模拟研究.结果表明,在壁面最大变形量小于5倍黏性尺度条件下,压差阻力可略,摩擦阻力降低7.6%.施加控制后,湍流强度和雷诺应力受到明显抑制,平均速度剖面对数区上移.受壁面... 采用谱方法,对反向控制下壁面主动变形的槽道湍流进行了直接数值模拟研究.结果表明,在壁面最大变形量小于5倍黏性尺度条件下,压差阻力可略,摩擦阻力降低7.6%.施加控制后,湍流强度和雷诺应力受到明显抑制,平均速度剖面对数区上移.受壁面法向运动的影响,条带结构强度减弱、尺度变大;流向涡外移且强度减弱,其倾斜和抬起的角度均有不同程度的减小.壁面变形呈现流向拉长的凹槽结构,其平均间距为90倍黏性尺度. 展开更多
关键词 槽道湍流 直接数值模拟 反向控制 壁面变形 湍流减阻
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涡激旋转下方柱小幅振荡模态的自由流线-边界层理论模型 被引量:1
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作者 罗宸晟 牟瑞勇 +2 位作者 行蓉 方乐 《动力学与控制学报》 2023年第6期55-65,共11页
针对刚体在流体中涡激旋转的数值结果表明,方柱在低雷诺数涡激旋转中有六种模态.本文针对其中的小幅振荡模态,通过综合无黏绕流情况下的自由流线理论与有黏平板的边界层理论,提出了一种理论模型;通过与浸没边界法所得数值结果进行对比,... 针对刚体在流体中涡激旋转的数值结果表明,方柱在低雷诺数涡激旋转中有六种模态.本文针对其中的小幅振荡模态,通过综合无黏绕流情况下的自由流线理论与有黏平板的边界层理论,提出了一种理论模型;通过与浸没边界法所得数值结果进行对比,验证了该理论模型的有效性;并分析了小幅振荡模态的主要驱动力,解释了出现周期性振荡的原因. 展开更多
关键词 涡激旋转 方柱 浸没边界法 自由流线 边界层
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低亚声速和跨声速矩形柱绕流的大涡模拟研究 被引量:2
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作者 陈建平 许春晓 《空气动力学学报》 CSCD 北大核心 2014年第6期791-799,共9页
采用基于非结构网格的有限体/有限元混合格式和大涡模拟的方法求解可压缩Navier-Stokes方程,研究了不同长宽比矩形柱低亚声速和跨声速绕流的流动特性。在雷诺数为22000时,对来流马赫数等于0.1和0.75,截面长宽比分别为1∶1、2∶1、3∶1和... 采用基于非结构网格的有限体/有限元混合格式和大涡模拟的方法求解可压缩Navier-Stokes方程,研究了不同长宽比矩形柱低亚声速和跨声速绕流的流动特性。在雷诺数为22000时,对来流马赫数等于0.1和0.75,截面长宽比分别为1∶1、2∶1、3∶1和4∶1的矩形柱绕流进行了大涡模拟,以研究长宽比和压缩性对矩形柱绕流流场的影响。马赫数为0.1时,Strouhal数随着长宽比的增大先降低再增大然后再降低;长宽比为3∶1和4∶1时会有流动的再附产生;柱体上表面的三维特性在长宽比大时更明显。马赫数为0.75时,Strouhal数随着长宽比的增大逐渐减小;湍流脉动和涡脱落受到抑制;方柱的近尾迹区域,有两种形成机制不同的局部超声速区。 展开更多
关键词 湍流 低亚声速 跨声速 大涡模拟 矩形柱
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槽道湍流中拟涡能输运对反向控制的瞬时响应 被引量:2
10
作者 葛铭纬 许春晓 +1 位作者 崔桂香 《应用数学和力学》 CSCD 北大核心 2013年第2期139-148,共10页
利用直接数值模拟研究了槽道湍流中脉动拟涡能输运对反向控制的瞬时响应.发现流向和展向拟涡能的衰减首先由拉伸产生项的抑制引起,而法向拟涡能的减小是因为控制阻碍了平均剪切的倾斜.在控制的初始阶段,流向拟涡能的演化远远落后于其它... 利用直接数值模拟研究了槽道湍流中脉动拟涡能输运对反向控制的瞬时响应.发现流向和展向拟涡能的衰减首先由拉伸产生项的抑制引起,而法向拟涡能的减小是因为控制阻碍了平均剪切的倾斜.在控制的初始阶段,流向拟涡能的演化远远落后于其它两个分量的变化.法向涡量快速单调减小,并对其它两个分量的减弱起到了重要作用. 展开更多
关键词 拟涡能 槽道湍流 反向控制 直接数值模拟
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近壁湍流的降阶模型及应用 被引量:1
11
作者 尹光 许春晓 《气体物理》 2016年第2期10-21,共12页
由条带和流向涡的循环再生构成的近壁自维持过程(self-sustaining process,SSP)是壁湍流产生和维持的重要机制.文章通过对最小槽道的直接数值模拟(direct numerical simulation,DNS)获得近壁自维持过程的流场数据,采用正规正交分解法(pr... 由条带和流向涡的循环再生构成的近壁自维持过程(self-sustaining process,SSP)是壁湍流产生和维持的重要机制.文章通过对最小槽道的直接数值模拟(direct numerical simulation,DNS)获得近壁自维持过程的流场数据,采用正规正交分解法(proper orthogonal decomposition,POD)对该数据进行分析,获得了不同流向和展向尺度的特征模态,通过将Navier-Stokes方程在这些模态上进行投影,得到近壁自维持过程的降阶模型,并采用DNS数据对降阶模型的预测能力进行了评价.该模型被初步应用于大涡模拟近壁模型的构造. 展开更多
关键词 壁湍流 降阶模型 正规正交分解 直接数值模拟 壁模型
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移动最小二乘浸没边界法中的权函数影响分析 被引量:1
12
作者 罗海宁 《计算力学学报》 CSCD 北大核心 2017年第4期487-492,共6页
考察了浸没边界法中运用移动最小二乘法构造的插值形函数的影响。通过在移动最小二乘法中采用不同的权函数,分析了相应的插值形函数的性质,并与传统的离散delta函数做了比较。以静止流体中的水平振荡圆柱为例,阐明了形函数对圆柱阻力系... 考察了浸没边界法中运用移动最小二乘法构造的插值形函数的影响。通过在移动最小二乘法中采用不同的权函数,分析了相应的插值形函数的性质,并与传统的离散delta函数做了比较。以静止流体中的水平振荡圆柱为例,阐明了形函数对圆柱阻力系数的幅值和光滑性的影响,得到了较优的形函数分布,并将结果与文献对比验证了本文方法的可靠性。 展开更多
关键词 移动最小二乘法 权函数 浸没边界法 离散delta函数 形函数
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液浮转子微陀螺筒间流动阻力矩参数影响 被引量:1
13
作者 孙健 许春晓 《计算力学学报》 CSCD 北大核心 2017年第4期493-500,共8页
建立简化计算模型,将一种具有空间指数收敛特性的谱元-Fourier法引入复杂的液浮转子微陀螺筒间流动的直接数值模拟。对于柱坐标系下不可压缩Navier-Stokes方程,在子午面的径向和轴向采用Galerkin谱元法,进行标准化的Gauss-Lobatto-Legen... 建立简化计算模型,将一种具有空间指数收敛特性的谱元-Fourier法引入复杂的液浮转子微陀螺筒间流动的直接数值模拟。对于柱坐标系下不可压缩Navier-Stokes方程,在子午面的径向和轴向采用Galerkin谱元法,进行标准化的Gauss-Lobatto-Legendre节点展开,在周向采用Fourier级数展开法。设定基准算例,计算分析了高径比、旋转速度和黏性系数等参数对内筒侧面和内筒端面阻力矩的影响。结果表明,两种阻力矩都随这些参数的增大而增大,且对总阻力矩的贡献量级相当。 展开更多
关键词 液浮转子微陀螺 阻力矩 谱元-Fourier法 NAVIER-STOKES方程 直接数值模拟
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前后排列柔性细丝在黏性流体中自主推进的稳定形态及动力学机制 被引量:1
14
作者 谢春梅 《科学通报》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第19期2094-2103,共10页
鱼类集群运动行为蕴含着复杂的水动力学机制.针对一种简化的鱼类集群运动模型,利用浸没边界方法对黏性流体中做自主推进运动的两个前后排列柔性细丝进行数值模拟,对其稳定运动时的排列形态以及相应的涡相互作用模态开展研究.为保证进行... 鱼类集群运动行为蕴含着复杂的水动力学机制.针对一种简化的鱼类集群运动模型,利用浸没边界方法对黏性流体中做自主推进运动的两个前后排列柔性细丝进行数值模拟,对其稳定运动时的排列形态以及相应的涡相互作用模态开展研究.为保证进行长时间的自主推进运动,本文将流体和固体运动方程写在非惯性系下,通过基于投影思想的隐式动量力实现流固耦合,避免了自主推进运动对计算域尺寸要求过大的问题,可以有效节省计算量.通过改变前后细丝的初始水平间距和垂向偏移距离,发现了3种稳定排列形态:远距离前后排列、近距离前后排列和并行排列.对于远距离前后排列形态,后排细丝受垂向偏移距离的影响较小,始终会穿过前排细丝脱落的涡;对于近距离前后排列形态,前排细丝表面的剪切层在脱落成涡之前和后排细丝表面的剪切层合并,脱落成较强的涡,推进速度较快,前后细丝的运动和受力会有一定的相位差;当垂向偏移距离增大,后排细丝受前排细丝的影响减小,最终稳定于并行排列同步运动,上下细丝两侧的同号剪切层合并脱落成较强的涡,但由于迎风面积增大而推进速度变慢. 展开更多
关键词 自主推进 柔性细丝 鱼类聚集运动 浸没边界方法 非惯性系 稳定排列形态 涡相互作用
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超声速/高超声速边界层转捩后期流场的模态分析
15
作者 余明 许春晓 《空气动力学学报》 CSCD 北大核心 2018年第2期229-237,共9页
将动力模态分解(DMD)方法应用到超声速和高超声速边界层转捩后期的流场分析中,通过获得流场主要的相干结构和对模态的重构,研究了相干结构与壁面阻力和热流的关系。结果表明超声速和高超声速边界层转捩的流场结构存在明显差别。超声速... 将动力模态分解(DMD)方法应用到超声速和高超声速边界层转捩后期的流场分析中,通过获得流场主要的相干结构和对模态的重构,研究了相干结构与壁面阻力和热流的关系。结果表明超声速和高超声速边界层转捩的流场结构存在明显差别。超声速转捩流场由低频流向涡的模态主导,这些模态对转捩后期的壁面阻力和热流有重要贡献;高超声速转捩流场中存在多个不同量级频率的模态,在DMD频谱上表现为多个不同的分支,通过对不同分支能量最高的模态进行考察,我们发现低频模态的结构为流向条带,高频模态的结构为二维扰动波,这些模态对壁面阻力和热流的影响与模态的结构形式类似。 展开更多
关键词 动力模态分解 超声速/高超声速边界层 转捩后期 壁面阻力和热流
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Multiple Modes of Filament Flapping in a Uniform Flow
16
作者 GAO Hao-Tian QIN Feng-Hua +1 位作者 HUANG Wei-Xi SUN De-Jun 《Chinese Physics Letters》 SCIE CAS CSCD 2012年第9期97-100,共4页
The instability of a flexible filament immersed in uniform flow is studied.A numerical simulation based on the immersed boundary method is conducted on a two-dimensional uniform flow past a flapping filament.Different... The instability of a flexible filament immersed in uniform flow is studied.A numerical simulation based on the immersed boundary method is conducted on a two-dimensional uniform flow past a flapping filament.Different from the conventional bistability behavior,more regions of initial states of filament corresponding to different modes of motion are partitioned at each freestream velocity,and a new stable mode of motion with smaller flapping amplitude is observed.Mode selection highly depends on these initial states. 展开更多
关键词 immersed UNIFORM partitioned
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Transient response of enstrophy transport to opposition control in turbulent channel flow
17
作者 葛铭纬 许春晓 +1 位作者 崔桂香 《Applied Mathematics and Mechanics(English Edition)》 SCIE EI 2013年第2期127-138,共12页
The transient response of the turbulent enstrophy transport to opposition control in the turbulent channel flow is studied with the aid of direct numerical simulation. It is found that the streamwise enstrophy and the... The transient response of the turbulent enstrophy transport to opposition control in the turbulent channel flow is studied with the aid of direct numerical simulation. It is found that the streamwise enstrophy and the spanwise enstrophy are suppressed by the attenuation of the stretching terms at first, while the vertical enstrophy is reduced by inhibiting the tilt of the mean shear. In the initial period of the control, the streamwise enstrophy evolves much slower than the other two components. The vertical vorticity component exhibits a rapid monotonic decrease and also plays an important role in the attenuation of the other two components. 展开更多
关键词 enstrophy transport opposition control turbulent channel flow
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