拟序结构

摘要： 为探究天然明渠减速流中超大尺度湍流结构特性,使用声学多普勒剖面流速仪(ADCP)和声学多普勒流速仪(ADV)对重庆河段开展了单条垂线以及水面区域固定点的三维瞬时流速测量,对紊动强度、超大尺度湍流结构波长以及湍动能占比等进行了分析。初步结果显示:在天然明渠减速流中仍然存在超大尺度湍流结构,其纵向尺度在沿水深方向上表现为先增大后减小的变化趋势;减速流中超大尺度湍流结构能够在水面区域维持自身结构且携带着大部分的湍动能。

摘要： 在零压梯度平板湍流边界层流动中安装垂直流向高度为h的扰流板,诱导流场产生横向涡,研究横向涡影响下湍流/非湍流界面特性沿流向的发展。结果表明,在本实验条件下,整个流动经历了从湍流边界层到流动分离和再附,再向湍流边界层恢复的过程。在扰流板下游约18h距离后,扰流板尾迹的影响逐渐衰退,壁面剪切对湍流强度的贡献开始逐渐恢复,在扰流板下游约55h距离后,湍流边界层再次充分发展。与此同时,由于扰流板后流场流动结构拟序性的增强,湍流/非湍流界面的分形维度受扰流板影响而减小,表明脱落涡有使界面多尺度特性、三维性减弱的趋势。此外,界面高度的概率密度分布受扰流板影响呈现显著的右偏,主要与扰流板增强喷射运动强度,使得界面更容易抬升相关。流动结构及界面特性受扰流板影响后的流向演化有同步变化的模式,扰流板对界面特性影响主要集中于(-5~18)h的流向范围。

摘要： 湍流的无序性要求对拟序结构的研究必须从统计的角度出发,而聚类连通法(clus-tering method)则是实现拟序结构与统计方法深度融合的有力工具.该方法是一种基于数据的流动特征提取方法,它将每个连通域,即单个拟序结构作为一个统计样本.此外,其衍生的基于连通域空间重叠的时空追踪方法可以进一步研究这些结构的时空演化,该方法将每个拟序结构从生成到消亡的演化过程也视为统计样本,从而实现了对拟序结构运动学特征和动力学过程的统计刻画.本文回顾了聚类连通法的发展历程并着重介绍了人们采用该方法在雷诺切应力结构、速度条带和能量级串方面取得的重大进展,这些结果表明该方法极大拓展了人们基于传统的逐点统计方法对湍流的认识,因而具有很大的潜力.最后,对该方法在湍流中的应用给出了建议和展望.

摘要： 拟序结构是湍流机理研究的重要对象,而亚网格尺度(sub-grid scale,SGS)模型的准确性是高精度大涡模拟的关键,对正确预测湍流拟序结构有重要影响. 本文对马赫数0.9的可压缩喷流开展大涡模拟,使用4阶空间截差和3阶时间截差的高精度有限差分算法,亚网格尺度模型分别采用了Smagorinsky模型(Smagorinsky model,SM)、拟序结构动能模型(CKM)、选择多尺度模型(selective mixed-scale model,SMSM)、局部动态Smagorinsky模型(localized dynamic Smagorinsky model,LDSM)和拟序结构模型(coherent-structure Smagorinsky model,CSM)以及对平均耗散、瞬时涡结构、脉动速度POD主导模态的分析表明,的主导模态u′呈带状,在下游分岔或破碎,呈现出多尺度特征,的主导模态则呈流向排列的肋状,矢量v′两端呈环流模式,表征流动卷吸,w′u′,v′ 的模态在肋的的主导模态呈流向排布的脊状,表征流场受展向拉伸的模式. 脉动速度的POD模态对亚网格尺度耗散敏感,其中CKM模型预测的峰值耗散区对应 模态的低谷区,因而预测的环流模u′式不明显; SM模型则未能预测出 的脊状模态. SMSM,CSM和LDSM模型均较好地反映了湍流中涡结构的w′多尺度特性,揭示了流动卷吸、脊状的展向拉伸等流动模式,其中CSM模型的计算效率较高.

摘要： 时空的不确定性是湍流的基本属性,也是湍流研究的难点所在。20世纪60年代,人们发现在湍流的不确定性中存在确定的流动结构,称为相干结构或拟序结构。这些结构产生的时刻和空间位置是随机的,但一经产生却遵从确定的演化规律,在湍流的产生、发展和维持中起重要作用,是理解湍流、控制湍流的核心抓手,一直是国际湍流研究的热点。

摘要： 为揭示2元圆转矩喷管尾喷流强化掺混的内在机制,应用大涡模拟(LES)方程对2种相同进、出口直径的喷管模型(轴对称、2元圆转矩)在Ma=0.8、高雷诺数(2×105)条件下进行了数值模拟计算.结果表明:与轴对称喷管相比,圆转矩喷管射流掺混效应增强,速度衰减快,核心区长度和高温区域面积减小.同时尾喷流拟序结构变化说明:2种喷管主要拟序结构均包含涡环、涡辫、发卡涡、螺旋涡等相似结构;但圆转矩喷管在射流近场诱导出的涡旋更丰富,边角剪切涡发展更快,形成明显的CVP结构,导致其射流柱失稳时刻提前、距离缩短;同时,喷管形式的改变使得射流剪切层内雷诺应力增大,速度脉动增强.拟序结构发展及雷诺剪切应力变化说明在射流流场中涡旋发展耗散速度增大、速度边界层脉动增强、射流柱易失稳是导致射流掺混增强的本质因素,为异形喷管的强化掺混机理提供了依据.%In order to reveal the internal mechanism of mixing enhancement of 2-D circle-rectangular transition nozzle,the numerical simulation by the Large Eddy Simulation (LES)equation of mixing characteristics of jet and environment were studied at two nozzle model with the same inlet and outlet diameters,which were symmetrical and circle-rectangular transition nozzle with low Mach number (Ma=0.8) and high Reynolds number(2×105).The results show that the circle-rectangular transition nozzle jet has the strengthening mixing effect,the faster velocity decay rate, the reduction potential core-length and the shrinking area of high temperature, comparing with the axial symmetric nozzle.The variations of coherent structure of the tail jet flow show that the main structures of two kinds of nozzle are vortex ring, vortex braid,Hairpin Vortex,spiral vortex and so on,but the circle-rectangular transition nozzle model produces a wide variety of vortexes in the near field of jet, the shear vortex develops faster and forms an obvious CVP, which causes the instability point of the jet column earlier and closer to the exit.In addition,the change of nozzle form makes the Reynolds stress in the jet shear layer increase,the velocity fluctuation is more intense and the mixing is enhanced. In the jet flow field, the rapider development of vortex, the increase of vortex dissipation rate and the increase of velocity boundary layer fluctuation are the essential factors leading to mixing enhancement,which also provide the basis for strengthening mixing mechanism of profiled nozzle.

摘要： 为了进一步掌握等离子体流动控制机理,完善等离子体激励器数学模型,提升等离子体激励器扰动能力,采用粒子图像测速技术,在静止空气下开展了介质阻挡放电等离子体激励器诱导射流特性研究.实验时,将非对称布局激励器布置在平板模型上,随后将带有激励器的模型放置在有机玻璃箱内,从而避免环境气流对测试结果的影响.基于激励器诱导流场,分析了激励电压对诱导射流特性的影响,揭示了较高电压下诱导射流近壁区的拟序结构,获得了卷起涡、二次涡等拟序结构的演化发展过程,计算了卷起涡脱落频率,阐述了卷起涡与启动涡的区别,初步探索了卷起涡的耗散机制.结果表明:(1)层流射流不能完全概括等离子体诱导射流特性,激励电压是影响射流特性的重要参数.当电压较低时,诱导射流为层流射流;当电压较高时,诱导射流的雷诺数提高,射流剪切层不稳定,层流射流逐渐发展为湍流射流.(2)等离子体诱导湍流射流包含着卷起涡、二次涡等拟序结构;在固定电压下,这些涡结构存在恒定的卷起频率.(3)当激励电压较高时,流动不稳定使得卷起涡发生了拉伸、变形,引起了流场湍动能增大,从而加速了卷起涡的耗散.研究结果为全面认识激励器射流特性,进一步挖掘激励器卷吸掺混能力,提升激励器控制能力积累基础.

摘要： 本文通过对水平槽道的气粒两相湍流场进行PIV测量。使用POD方法研究了60μ m和110μ m两种粒径下不同质量载荷(0.1%和0.5%)下的气粒两相流场。通过对比不同模态下的能量分布,研究颗粒对大尺度湍流拟序结构的变动规律。结果表明:颗粒的存在破碎了大尺度湍流涡结构,使得重建速度场中的大尺度涡结构明显减少,小尺度涡结构明显增多。随着载荷的增加,颗粒对气相场中大尺度涡结构的调制作用越强;而随着粒径的增加,颗粒对气相场中大尺度涡结构的调制作用减弱。颗粒的存在对湍流拟序结构起到抑制作用。

摘要： 本文结合粒子图像测速仪(PIV )和直接数值模拟(DNS ),对水平槽道气固两相壁湍流边界层中的拟序结构变动经行了研究。实验雷诺数为Reτ =430 ,选用粒径为110μ m的聚乙烯微珠作为固相,质量载荷为0.25×10 -3、1×10 -3和5×10 -3。模拟雷诺数为Reτ =150 ,颗粒为St=200的铜珠;对气相采用直接数值模拟,对颗粒相采用Lagrangian轨道跟踪方法;颗粒对流体的反作用采用点力双向耦合模型;通过基于λ2判据的湍流拟序结构识别方法,提取颗粒加入前后的湍流准流向涡特征结构。结果表明,低载荷下气相湍流变动源于颗粒对湍流拟序结构的作用,颗粒的存在抑制了湍流拟序结构的发展,使得湍流准流向结构长度减小、猝发频率降低、猝发强度减弱;此外,壁面附近剪切雷诺应力的增加可能源于颗粒尾涡的脱落。

摘要： 本文采用高精度WENO 格式直接数值模拟了Ma=2、Req=1000的平板湍流边界层流场.基于数值模拟结果,分析了湍流边界层的拟序结构,探讨了湍流边界层中上抛和下扫、湍流间歇性以及大尺度结构的相关性。通过瞬时涡量的相关性分析,定量地给出了边界层中涡量的投影角.

摘要： 开式方腔流动中包含着丰富的涡结构相关物理现象.本文采用直接数值模拟获得开式方腔流动的高精度流场数据.从拉格朗日角度采用拉格朗日拟序结构识别流场中的涡结构,并结合Q判据和涡量通量分析,对开式方腔中涡的生成、脱落、对流以及撞击破裂过程展开研究,揭示其动力学特性.分析发现,在一个流动周期内,拉格朗日拟序结构的卷起与脱离伴随着前缘涡的生成与脱落,继而在剪切层内对流;拉格朗日拟序结构在后缘点的破裂伴随着Q与涡的破裂.方腔内部的主涡则在整个流动周期内都维持相对稳定状态.

摘要： 在对湍流问题的研究中，科学家们发现在看似随机的流体运动中存在拟序结构。有限时间李雅普诺夫指数(Finite Time Lyapunov Exponents,FTLE)广泛应用于非定常流动拟序结构的提取和研究,目前对基于偏微分方程FTLE的众核并行工作开展较少.以一个二维、一个三维解析流场为例,通过分析FTLE计算流程,结合MIC架构特点,从任务并行、数据并行和数据重用三个方面提出了一系列性能优化方法,并采用性能分析工具LIKWID("LikeI Knew What I'm Doing")收集硬件性能指标,以验证这些性能优化方法的并行效果.测试结果表明MIC并行效果相对两个Intel Sandy Bridge CPUs,取得了1.8倍的加速比,且具有良好的核并行效率以及核可扩展性。

摘要： 采用大涡模拟和浸没边界法相结合对不同随机高度的方块粗糙元壁面槽道湍流进行了模拟，得到了光滑壁面和粗糙壁面湍流的平均速度和脉动速度统计特性以及近壁区大涡拟序结构，结果发现随着粗糙元的高度增加，流动阻力增大，流向平均速度减小，雷诺剪切应力增大。粗糙元降低了流向脉动速度，增强了展向和法向脉动速度。粗糙元打断了近壁区的准流向涡和低速条带结构，在粗糙元上方仍然存在着和光滑壁面类似的条带结构和准流向涡。

摘要： 采用大涡模拟和浸没边界法相结合对不同高度和不同间距横向粗糙元壁面槽道湍流进行了模拟，得到了光滑壁面和粗糙壁面湍流的流向平均速度分布，雷诺剪切应力，脉动速度均方根和近壁区拟序结构。结果发现横向粗糙元降低了流向平均速度，增大了流动阻力，粗糙壁面湍流的雷诺剪切应力大于光滑壁面。粗糙元降低了流向脉动速度，增强了展向和法向脉动速度。粗糙元高度越高，对湍流流动影响越大，而粗糙元间距对湍流统计特性的影响不大。粗糙壁面仍然存在着和光滑壁面类似的条带结构。

摘要： 本文对气固两相轴对称对撞流进行了PIV测量.其中,喷嘴出口的轴向射流雷诺数为Re=14500,喷嘴间距为L=5d、12d,圆管加速段中的颗粒质量载荷为4％,颗粒粒径为100μm.研究发现颗粒减小了对撞流轴向流动结构,同时抑制了轴向射流到径向射流的能量传递过程;颗粒的加入抑制了撞击面的轴向偏移和扭变行为,同时增强了轴向小尺度结构;颗粒对流动结构的变动作用随着喷嘴间距的增大而减弱.

摘要： 本文对气固两相轴对称对撞流进行了PIV测量.其中,喷嘴出口的轴向射流雷诺数为Re=14500,喷嘴间距为L=5d、12d,圆管加速段中的颗粒质量载荷为4％,颗粒粒径为100μm.研究发现颗粒减小了对撞流轴向流动结构,同时抑制了轴向射流到径向射流的能量传递过程;颗粒的加入抑制了撞击面的轴向偏移和扭变行为,同时增强了轴向小尺度结构;颗粒对流动结构的变动作用随着喷嘴间距的增大而减弱.

摘要： 本文对气固两相轴对称对撞流进行了PIV测量.其中,喷嘴出口的轴向射流雷诺数为Re=14500,喷嘴间距为L=5d、12d,圆管加速段中的颗粒质量载荷为4％,颗粒粒径为100μm.研究发现颗粒减小了对撞流轴向流动结构,同时抑制了轴向射流到径向射流的能量传递过程;颗粒的加入抑制了撞击面的轴向偏移和扭变行为,同时增强了轴向小尺度结构;颗粒对流动结构的变动作用随着喷嘴间距的增大而减弱.

摘要： 本发明技术方案公开了一种分析材料短程有序结构和长程有序结构的装置和方法，通过同步辐射光源出射连续光谱的光束照射位于承载组件上的待测材料样品，可以通过多个能量色散探测器获取第一光信息，基于所述第一光信息可以进行所述待测样品的X射线衍射测试，可以通过位敏探测器获取第二光信息，基于所述第二光信息可以进行所述待测样品的X射线吸收精细结构测试。可见，本发明技术方案可以同时快速分析材料短程有序结构和长程有序结构。

摘要： 本发明针对海洋复杂流场结构提取存在的问题，结合现有的方法和研究结果，发明了一种新型基于拉格朗日拟序结构多层次流场结构提取方法，该算法不仅能够获得多层流场结构，而且填补了以前提取方法的空白，摆脱了人工参与。内容新颖，目标明确，对于研究海流结构和海洋物质运输具有重要意义，对发现和分析新的海洋现象奠定了基础。

摘要： 三维洋流拉格朗日拟序结构分析算法提出了一种对流场的全方位分析方法。不同于以往的平面流场结构分析，三维洋流拉格朗日拟序结构分析算法可以更全面，更客观的展现流场结构。在海洋中，大多数洋流，流速最快的主轴都位于海平面以下，以往的方法只能用海表面的结果作为流场主要特征，这是有失精准的。而三维洋流拉格朗日拟序结构分析算法用三维曲面表达流场的结构，更加全面准确。

摘要： 本发明涉及一种二维洋流拉格朗日拟序结构分析算法。该算法以柯西‑格林右应变张量为基础，该张量通过计算流场中粒子运动一段时间的梯度得到。粒子运动使用Runge‑Kutta 4阶积分方法，对流场采用cubic插值。为提高计算精度，在每个格网点上附加4个近邻点使用有限差分计算梯度。柯西‑格林右应变张量具有两个实特征值，较大特征值的局部极大值和较小特征值的局部极小值为LCS的种子点，向前向后在非对应的特征矢量场中进行Runge‑Kutta 4阶积分得到拉格朗日拟序结构。积分时考虑特征矢量的方向不连续性。始终与上一点方向保持一致，若相差超过90度则反向。在生成一条LCS后，在该LCS的一定宽度范围内的LCS种子点置为无效，控制LCS之间的间距。拉格朗日拟序结构是重要的流场拓扑结构，能有效的应用于洋流的范围，年季变化和主支流分析。

摘要： 本发明针对海洋复杂流场结构提取存在的问题，结合现有的方法和研究结果，发明了一种新型基于拉格朗日拟序结构多层次流场结构提取方法，该算法不仅能够获得多层流场结构，而且填补了以前提取方法的空白，摆脱了人工参与。内容新颖，目标明确，对于研究海流结构和海洋物质运输具有重要意义，对发现和分析新的海洋现象奠定了基础。

摘要： 改进的抛物线型拉格朗日拟序结构自动提取技术，本发明基于国外最新的流体力学分析方法，提出的一种可以对海洋流场大数据的结构进行自动分析的技术。其目的是提取出流场最主要的特征—流轴，并探究其变化规律，发现新的海洋现象，从而为物理海洋，海洋科学等研究提供帮助和灵感。本发明中抛物线形LCS是一种通过一段时间的流场变化计算出的流场主轴，它即可以表示之前一段时间流场的平均状态，也可以预测流场之后一段时间的演变。

摘要： 本发明涉及一种内燃机缸内湍流场拟序结构提取方法，采用大涡模拟和速度梯度张量不变量法则相结合的方法来实现对缸内流场拟序结构进行提取，其步骤为：第一步构建适用于内燃机的大涡模拟模型；第二步使用大涡模拟来获得内燃机缸内高瞬态、强涡旋的湍流场数据库；第三步采用速度梯度张量不变量法则来获得缸内拟序结构特性。该方法有利于人们正确理解缸内气流运动的变化规律，为实现缸内流动的合理的预测、有效组织和控制奠定基础，对拟序结构的科学提取和研究还将有利于人们正确理解湍流的本质以及建立合理的湍流理论。

摘要： 本发明针对基于海洋数据的拉格朗日拟序结构提取，研究快速计算不同时间尺度、大范围、不同时间间隔张量场和快速提取拉格朗日拟序结构的方法，方法内容新颖，目标明确，对繁冗的积分过程有借鉴意义。同时，结构化常微分方程求解、张量场计算和拉格朗日拟序结构提取过程，有着很好的鲁棒性和便捷性。

摘要： 本发明涉及一种二维洋流拉格朗日拟序结构分析算法。该算法以柯西‑格林右应变张量为基础，该张量通过计算流场中粒子运动一段时间的梯度得到。粒子运动使用Runge‑Kutta 4 阶积分方法，对流场采用cubic插值。为提高计算精度，在每个格网点上附加4个近邻点使用有限差分计算梯度。柯西‑格林右应变张量具有两个实特征值，较大特征值的局部极大值和较小特征值的局部极小值为LCS的种子点，向前向后在非对应的特征矢量场中进行Runge‑Kutta 4 阶积分得到拉格朗日拟序结构。积分时考虑特征矢量的方向不连续性。始终与上一点方向保持一致，若相差超过90度则反向。在生成一条LCS后，在该LCS的一定宽度范围内的LCS种子点置为无效，控制LCS之间的间距。拉格朗日拟序结构是重要的流场拓扑结构，能有效的应用于洋流的范围，年季变化和主支流分析。

摘要： 三维洋流拉格朗日拟序结构分析算法提出了一种对流场的全方位分析方法。不同于以往的平面流场结构分析，三维洋流拉格朗日拟序结构分析算法可以更全面，更客观的展现流场结构。在海洋中，大多数洋流，流速最快的主轴都位于海平面以下，以往的方法只能用海表面的结果作为流场主要特征，这是有失精准的。而三维洋流拉格朗日拟序结构分析算法用三维曲面表达流场的结构，更加全面准确。