边界层

摘要： 吸气式高速飞行器内外流高度耦合,激波-边界层干扰严重,壁面温度会影响边界层内的流动,进而影响气动特性。因此,准确评估风洞试验中的壁温效应,提高气动特性的预测精度,对飞行器设计至关重要。通过常规超高速风洞试验,结合数值模拟分析,开展了内流壁温对气动特性的影响规律及作用机理研究。结果表明:在常规超高速风洞几十秒的运行时间内,随着运行时间增加,飞行器内流道壁面温度不断升高,俯仰力矩以及内流道壁面压力均会出现显著变化,其中俯仰力矩的增加量需要2°舵偏角来平衡;此外,数值模拟分析进一步指出,飞行器俯仰力矩的变化主要原因是内流道壁面温度升高、边界层增厚、近壁低速区挤压中心的高速区,使得内流道等效面积减小、气流压缩,相应的马赫数减小、压力升高,并引起内流道激波波系前移,从而改变了内流道压力分布,最终导致俯仰力矩发生变化。

摘要： 湍流热对流现象广泛存在于自然界和实际工程应用中,Rayleigh-Bénard(RB)系统是研究湍流热对流问题的经典模型。湍流传热的调制及其机理问题是湍流研究的重点。在经典RB系统中,上下板附近的温度边界层与系统传热关系密切,边界层内热湍流结构(羽流)的生成演化特性直接决定着系统传热效率。目前的调制策略主要通过改变上下板边界的几何型形状或改变温度边界条件来控制RB系统的对流强度,实现增强或抑制系统传热。本文主要从边界几何调制、边界温度时间调制和边界温度空间调制三个方面分别介绍和讨论了近年来有关湍流热对流调制及其机理研究方面的最新进展,并在最后提出了针对该方向的一些思考和展望。

摘要： 近年来,海底管道对于近海油气工业中碳氢化合物的运输十分重要,预测海底管道周围水动力特征对于研究管道损坏机理具有重要意义。基于Spalart-Allmaras改进延迟分离涡模拟(improved detached eddy simulation,简称IDDES)湍流模型,利用开源OpenFOAM求解器计算单管冲刷过程中4个特征阶段管道周围水动力特征。在数值模拟中先计算了无圆管时均匀来流充分发展后的流场,依据该流场中进口流速分布设定有管道时的边界层及进口边界条件。通过将最终模拟结果与前人试验数据及数值模拟结果进行对比,表明了该模型计算结果相对于k-ε模型及LES模型更加贴合试验结果,验证了定义边界层方法的可靠性及IDDES模型在预测管道周围流场的适用性。模型计算结果显示,随着冲刷坑深度的逐渐增加,管道下游回流区会经历一个大幅缩减又逐渐扩大的过程,且逐渐关于圆管中心所在水平线对称;通过对不同冲刷阶段尾涡形态的分析表明,冲刷前期并没有涡脱产生,中期已经有产生涡脱的趋势,后期出现了明显的且较为稳定的涡脱。

摘要： 本文对2019年12月7日至10日济南机场一次持续性大雾过程进行分析。结果表明:本次持续性大雾在地面形势上先后经历了入海高压后部、弱气旋辐合以及冷锋前部3种形势,与典型山东大雾地面形势存在一定的差异;持续性大雾天气下,即使全天都维持大雾天气,能见度和RVR的变化仍然具有一定的日变化特征;逆温强度、逆温温差与大雾的强度和消散时间存在一定的对应关系;由于大雾期间环流形势的变化,不同时段造成逆温的原因也各不相同;边界层中低层弱辐合上升运动配合中高层弱辐散下沉运动有利于大雾的发生,边界层整层无明显辐合辐散、垂直运动有利于大雾天气的维持。

摘要： 利用2017年12月6日~2018年1月3日地面常规气象资料、空气质量6参数、光化辐射资料、气溶胶吸收和散射系数、单次散射反照率、激光雷达反演的气溶胶消光系数与退偏比数据,分析广州地区气象参数变化对污染物浓度的影响和气溶胶对光化辐射的衰减,研究双高(高气溶胶与高O_(3))污染的形成机理,并从垂直角度探究了双高日边界层内消光系数廓线演变规律.结果表明,研究期间双高日对光化辐射的衰减小于霾日,一方面气溶胶的散射和吸收特性使得其对光化辐射具有一定的衰减作用,另一方面气溶胶中的散射性成分对光化辐射具有正反馈作用,双高日较强的光化辐射使得O_(3)和PM_(2.5)同时维持在较高值.与非双高日相比,双高日全天风速更小、温度更高、光化辐射更强,PM_(2.5)和CO、SO_(2)、NO_(2)等物质浓度更高,细粒子占比更大,11:00~16:00间近地面退偏比更高.雷达观测结果表明4个双高日8:00消光系数高值区在0.5km以下,低层出现消光系数均值区,并且均值区不断升高;午后光化辐射强度减弱,均值区不再向上发展,随着颗粒物污染加剧,均值区以上消光系数垂直递增,在边界层顶附近出现峰值;夜间消光系数在低层随高度升高而降低,某一高度范围消光系数随高度增加而升高,1km以上呈指数递减,夜间边界层顶附近高值区较为明显.

摘要： 反射激波后的压力随时间推移往往呈现不稳定状态.该现象会对燃料的反应进程产生影响,是造成激波管测量数据和模拟结果存在偏差的主要原因之一.针对上述问题,基于激波管流动理论,计算了非反应气体反射激波后的压力演变过程,计算结果和压力测量结果吻合较好.为了分析中、高压条件下压力渐升过程对燃料反应进程的影响,利用激光吸收光谱技术测量了正庚烷氧化过程中温度和CO摩尔分数的演变过程;测量结果快于基于定容、定热力学能假设和定压、定焓假设的机理预测结果,说明压力渐升过程明显促进燃料反应;采用测量压力作为输入信号进行模拟,模拟过程更接近实际,可减少实验和模拟之间偏差造成的影响.

摘要： 横流效应显著影响高超声速飞行器的三维边界层转捩过程,深化对该流动机制的认识有助于提升和改善飞行器气动性能及热力学环境.针对HIFiRE5椭圆锥绕流问题,采用大涡模拟方法计算分析了超声速边界层横流转捩特性,并揭示其中的流动机理.参考HIFiRE5风洞模型试验条件,数值模拟中椭圆锥来流入口处施加人工速度扰动以激发边界层内不稳定扰动波,进而预测了高超声速边界层流动横流失稳、转捩过程等基本流动特征,并基于转捩热流分布形态对比,获得了与试验数据基本吻合的计算结果.研究发现,椭圆锥中心线流动汇聚形成的流向涡结构非常容易失稳,另外在中心线及侧缘之间的中部区域存在较强的横流不稳定性,两种机制共同作用影响边界层转捩过程.此外,分析了来流扰动幅值对边界层横流失稳转捩的影响,并发现静来流条件下,横流区域出现两组独立的定常横流涡结构,而强噪声来流条件下,中心线主涡和中部横流涡均发生失稳转捩,且在椭圆锥表面形成多峰状的转捩阵面.最后,深入分析流场的压力脉动动力学特性,揭示了三维边界层发生失稳转捩的非线性演化机制.

摘要： 研究了一类四阶常微分方程两点边值奇摄动问题,分析其边界层行为.由匹配渐近展开法,构造了问题的外部解;通过引入伸展变换,构造边界层(内层)函数,获得内层解.通过Van Dyke匹配原则,将内外解进行匹配,得到奇摄动问题的一致有效的复合解.最后,通过数值解验证了结果的正确性.

摘要： 基于仿生非光滑减阻理念,选择鲨鱼皮表面鳞盾沟槽作为研究对象,将仿生非光滑结构应用于复杂轮胎花纹沟底,在不改变轮胎其他性能的前提下提高轮胎抗滑水性能。以185/60 R15轮胎为例,运用计算流体力学方法,分析了3种仿生非光滑沟槽在不同水流速度下的减阻及抗滑水性能,进一步研究其减阻机理,并将优选结构应用到轮胎花纹沟底部。结果表明:仿生非光滑沟槽主要通过影响流体边界层结构实现减阻;与原胎相比,仿生胎可有效降低轮胎表面动水压力,提高轮胎滑水速度,保障车辆在湿滑路面的行驶安全性。

摘要： 利用深圳气象梯度观测塔观测数据,以2017年以来进入深圳150 km范围的7个台风个例为研究对象,基于幂指数律拟合讨论台风边界层风切变指数的变化规律。结果表明:幂指数能较好地拟合台风影响下350 m高度以下风廓线,随着拟合高度范围增加,风切变指数增大,拟合精度基本维持;用深圳气象梯度观测塔等差层数据拟合台风风速效果好于全层次数据和等比层数据拟合;7个台风影响期间拟合风切变指数平均值为0.268,明显高于以往研究(0.1~0.177),主要原因是拟合的高度范围较以往研究明显增大,此外还与强风样本较少以及下垫面更粗糙有关。利用幂函数拟合台风不同风速段最大风切变指数,可在台风过程中预估不同高度极端大风风险。研究还表明:台风眼经过铁塔前后风切变指数明显升高,在抗风设计以及台风防御过程中应充分考虑这一变化。

摘要： 过氧乙酰硝酸酯(PAN)是由挥发性有机物(VOCs)和氮氧化物(NOx)经过光化学反应生成的污染物,是大气中第二重要的光化学污染物.尽管近年来开展了不少研究探讨华北地区地表PAN的特征,但针对其垂直分布的研究还没有开展.本研究基于天津城区250m气象铁塔观测得到了2018年9月PAN和O3在近地层和220m高度处两层的浓度.观测结果表明,夜间(20:00-07:00)220m处PAN浓度值比近地面浓度值偏高5.3-19.1％,这种垂直分布的产生是边界层昼夜演变和上下两层化学过程的不同造成的.当夜间逆温层高度低于220m时,220m和地面分别处于残留层和逆温层,两层间的湍流活动较弱,进而造成两层间的浓度值不同.日出后,逆温层被打破,湍流活动增强,边界层内PAN浓度变得更加均匀.利用WRF-Chem模型,研究了化学过程对夜间边界层PAN垂直分布特征的影响.结果发现,PAN和过氧乙酰硝酸基(PA自由基)在220m处寿命更长,而且夜间PA自由基可以用过VOCs和O3的氧化过程生成.这些化学过程可以进一步造成夜间PAN浓度上高下低的特点.模式结果进一步表明,夜间PAN浓度上高下低的现象可能存在于整个京津冀地区.

摘要： 表面粗糙通常可以促进边界层转捩,但某些条件下也可以使边界层转捩延迟.本文针对典型波纹壁表面粗糙,在上游引入不同频率的二维吹吸扰动,采用高阶精度格式数值模拟Ma=6高超声速边界层稳定性问题.首先对平板和波纹壁边界层内的扰动发展进行对比分析,然后研究波纹壁波数改变对高超声速边界层稳定性的影响.结果表明:扰动发展与分离区密切相关,相对于平板,波纹壁可以通过多个分离区有效抑制高频二阶模态不稳定波,从而延迟边界层转捩.单波数波纹壁对应单个分离区,且分离区范围较小,扰动在下游较长距离快速增长;多波数波纹壁对应多个分离区,扰动明显被抑制.

摘要： 应用γ-Reθ模型对翼型低雷诺数层流分离诱导的边界层转捩进行了数值模拟.通过对雷诺数10万到30万范围内的NACA2415翼型进行计算,研究了来流雷诺数和攻角变化时γ-Reθ模型预测翼型分离转捩的适用性.通过8万雷诺数下的NACA0018翼型的流动模拟,研究了来流湍流度变化时γ-Reθ模型预测翼型分离转捩的适用性.模型计算的层流分离位置、转捩位置、湍流再附位置与实验值的对比结果表明:γ-Reθ模型能够正确预测雷诺数、攻角以及来流湍流度变化时翼型表面分离泡位置以及分离泡大小的变化趋势.随着雷诺数的减小,模型对层流分离泡大小的模拟误差增大.此外,模型预测的分离泡位置随来流湍流度的变化改变不明显,且与实验值差异较大.最后,通过对10万雷诺数下的E387翼型的计算,进一步说明改善γ-Reθ模型对翼型低雷诺数下层流分离泡的uyuuy6u 模拟精度,对准确计算阻力系数意义重大.

摘要： 本文对不可压剪切层与边界层相互作用的组合流动进行了线性稳定性研究.组合流动的数学模型为Blasius边界层相似解与双曲正切函数的直接叠加,采用整体数值方法求解平行流小扰动线性稳定性方程即Orr-Sommerfeld方程,获得并辨识组合流动的两个不稳定模态即边界层模态和剪切层模态,分析计算结果可知:剪切层对边界层模态不稳定性的增强或减弱与扰动频率、剪切层速度比等因素都有关,体现在中性曲线的平移;而壁面边界层对剪切层模态的不稳定性基本都是抑制作用.

摘要： 本文针对油膜干涉技术在边界层测量中的应用开展风洞实验和数值模拟研究.在南京航空航天大学高速、高超声速风洞中开展了油膜干涉测量实验,并把实验结果与数值模拟结果进行了相互比对验证;针对油膜干涉测量结果信息量少的缺点,将其应用于低雷诺数翼型表面流动特性的研究中.研究结果表明,油膜干涉技术不仅可以准确的判断边界层转捩位置,精确的测量模型表面摩擦阻力系数,另外在低雷诺数条件下,对翼型表面分离、再附等特殊流场结构具有较好的辨识能力.

摘要： 本文介绍了作者在流动稳定性问题中的研究成果.研究工作采用细致的渐近理论分析方法,得到流场中扰动之间作用尺度的标度关系,并配合有效的数值方法对理论给出定量的结果.并用直接数值模拟等方法对渐近理论的结果进行验证.研究的具体问题包括:亚、跨、超声速边界层自然转捩过程中描述局部突变对转捩影响的局部散射理论;旁路转捩过程中描述边界层对自由流湍流度的相应问题、breakdown过程的内在机理以及二次失稳模态的感受性问题;包括可压缩Rayleigh-Taylor不稳定性以及电场作用下的流动稳定性等其它问题.

摘要： 为了优选以WRF为核心的RMAPS-ST物理参数化方案,了解模式降水的预报性能,本文针对2006-2016年32次区域性暴雨过程,进行了微物理和边界层方案的对比试验,并根据京津冀地区175个国家站24h降水量进行分过程、分天气系统的客观检验,得到如下结论:(1)对于降水的出现,模式可信度较高;随着量级的加大,模式降水预报评分下降,空漏报情况都增加;(2)Thomps微物理和YSU边界层方案的TS评分最高;(3)分个例来看,模式对降水过程的再现程度差别较大;大部分过程均表现为模式降水预报结果范围偏小;(4)模式对低涡和冷锋降水过程的评分较高,且不同参数化方案间差别不大.

摘要： 中国气象局北京城市气象研究所于2015年建立了北京地区边界层动态演变监测系统,本研究基于此激光云高仪监测网系统,利用其高密度全天候观测资料,对北京地区城市、郊区、乡村等不同下垫面的边界层高度进行反演分析,初步获得北京地区晴天和污染天气条件下各站点的边界层高度变化及差异特征,以期更加深入的了解北京地区边界层三维结构,为中尺度模式中边界层参数化问题提供一定的依据.

摘要： 边界层转捩位置的准确预测是飞行器精细气动分析和层流减阻技术的基础,而前、后掠机翼边界层流动转捩的一个重要因素就是横流不稳定性.本文在基于当地变量的γ-Reθ转捩模式基础上,分别引入了C1准则、Helicity-H12准则和Hcrossflow准则横流不稳定性转捩判据,构造了三种横流转捩预测模型,并比较了三种模型在模型构造上的异同,通过镰刀形机翼、标准6:1椭球等算例测试了其转捩预测效果.结果表明,基于C1准则的转捩模型对于机翼外形的转捩位置预测较为准确,但对椭球等外形的预测结果相比另外两种模型偏差更大;基于Helicity-H12准则和Hcrossflow准则的模型对于机翼和椭球转捩预测适用性都很好,其中Helicity-H12准则模型构造更简单、预测结果更准确.

摘要： 由于明显的工程研究意义,湍流平板流动是气动光学领域问题的重点研究对象.本文从流体力学和光学工程学科交叉的角度,采用基于WCNS-E-5方法的程序,对波纹诱导的Ma∞=2.9的湍流平板边界层壁面热条件的影响下的气动光学效应进行定量分析.首先介绍了物理模型并进行数值方法验证,然后定量分析了对壁温变化导致的气动光学效应变化,并引入基于SRA(强雷诺比拟)理论的解析解进行验证,结果吻合较好,可见壁面冷却可以改善气动光学性能.然后对平板上气动窗口布置策略进行讨论,考虑了壁面热环境及成像质量的因素,指出将气动窗口布置于湍流段更为合理;后对比了不同平板段壁温冷却对湍流段气动窗口成像质量的影响.本文对壁面温度变化的超声速湍流边界层数值模拟进行了深入研究,对工程中气动窗口布置及壁面冷却方案具有参考价值.

摘要： 具有一个湍流壁区域的边界层或壁面边界流体流场中的湍流被加以控制，所说湍流壁区域的特征在于旋流圈偶系沿流向延展，并且斜向传播结构与旋流圈偶系相互作用，所说控制的方法是通过将两个分别产生的扰动从局部导入该湍流壁区域，所说的两个扰动能够在局部产生可与斜向传播结构强烈耦合并使之改变的合成扰动，增强或减弱传播结构与旋流圈偶系之间的相互作用，从而局部增强或减弱流场中的湍流。

摘要： 本发明提供一种大气边界层环境风洞中温度层结模拟装置及方法，所述装置包括：安装在风洞稳定段的来流温度控制系统、安装在实验段的前端的温度车和放置在风洞实验段洞体底部的至少一块可加热冷却地板；所述温度车为分层结构，在垂直方向分层，每层通道内安装三角形翅片式电加热带，每层为一个独立的小电加热器，由上、下绝热板隔开；所述温度车为装置中可拆卸结构。本发明提供的装置及方法通过对来流温度控制系统、温度车和可加热冷却地板取不同的参数，能够实现对稳定层结、中性层结、以及不稳定层结的模拟。

摘要： 本发明公开了属于火力发电设备零部件范围一种结合冲动作用和边界层效应的混合微型层透平。它主要包括装置定子外壳和转子。定子外壳分为正六边形前后端盖和主体三个部分，分别中间镗原型腔，六角分别用螺栓固定。后端盖中心周围平均开设有排气孔。透平轴通过轴承过盈配合安装在外壳上。透平轴上依次设置有轴肩和键槽，透平盘片通过键和间隙垫片平行布置于透平轴上，转子盘片组与透平轴间隙配合，末端用圆螺母锁紧。透平轴末端采用非连接式磁性联轴器，磁性联轴器圆周外围平均布置磁极交错形式圆形磁铁。轴旋转时，可以通过磁性联轴器带动电机旋转发电。本发明结构简单，制造成本低且易于小型化。可应用于如太阳能、地热能和工厂废热等低品位热能。

摘要： 具有一个湍流壁区域的边界层或壁面边界流体流场中的湍流被加以控制，所说湍流壁区域的特征在于旋流圈偶系沿流向延展，并且斜向传播结构与旋流圈偶系相互作用，所说控制的方法是通过将两个分别产生的扰动从局部导入该湍流壁区域，所说的两个扰动能够在局部产生可与斜向传播结构强烈耦合并使之改变的合成扰动，增强或减弱传播结构与旋流圈偶系之间的相互作用，从而局部增强或减弱流场中的湍流。

摘要： 本发明提供一种大气边界层环境风洞中温度层结模拟装置及方法，所述装置包括：安装在风洞稳定段的来流温度控制系统、安装在实验段的前端的温度车和放置在风洞实验段洞体底部的至少一块可加热冷却地板；所述温度车为分层结构，在垂直方向分层，每层通道内安装三角形翅片式电加热带，每层为一个独立的小电加热器，由上、下绝热板隔开；所述温度车为装置中可拆卸结构。本发明提供的装置及方法通过对来流温度控制系统、温度车和可加热冷却地板取不同的参数，能够实现对稳定层结、中性层结、以及不稳定层结的模拟。

摘要： 本申请实施例公开了一种确定储层边界层厚度的方法、装置及系统。所述方法包括：根据第一离心处理前和第一离心处理后的第一岩心样品的横向弛豫时间谱，确定目标岩心样品的束缚水饱和度；根据目标岩心样品的孔隙分布数据中第一类孔隙占比和目标岩心样品的比表面积，确定目标岩心样品中第二类孔隙对应的比表面积；其中，第一类孔隙的半径小于指定孔隙半径，第二类孔隙的半径大于指定孔隙半径；根据第一类孔隙占比和目标岩心样品的束缚水饱和度，确定目标岩心样品中第二类孔隙对应的束缚水饱和度；根据目标岩心样品中第二类孔隙对应的束缚水饱和度和比表面积，确定目标岩心样品的束缚水膜厚度。本申请实施例提供的技术方案，可以提高所确定的储层边界层厚度的准确度。

摘要： 一种低渗透储层原油边界层模拟方法，包括步骤如下：1)CT扫描法构建数字岩心；2)对上述已构建的数字岩心运用Delaunay三角剖分算法进行剖分，得到三维几何模型；3)考虑边界层影响的条件下运用有限元方法对流体在上述剖分后的三维描述几何模型进行数值模拟，即对流体在孔道中微观流动的不可压缩方程N-S方程进行求解，得到流体流动的速度场和压力分布场。本发明利用comsol模拟，可以节省人力物力及时间。本发明利用规则孔网模型，可以准确模拟真实岩心的孔喉情况，更加符合实际情况。本发明对数据结果进行处理，可以准确计算边界层厚度，更接近真实岩心的原油边界层厚度。

摘要： 本发明公开了属于火力发电设备零部件范围一种结合冲动作用和边界层效应的混合微型层透平。它主要包括装置定子外壳和转子。定子外壳分为正六边形前后端盖和主体三个部分，分别中间镗原型腔，六角分别用螺栓固定。后端盖中心周围平均开设有排气孔。透平轴通过轴承过盈配合安装在外壳上。透平轴上依次设置有轴肩和键槽，透平盘片通过键和间隙垫片平行布置于透平轴上，转子盘片组与透平轴间隙配合，末端用圆螺母锁紧。透平轴末端采用非连接式磁性联轴器，磁性联轴器圆周外围平均布置磁极交错形式圆形磁铁。轴旋转时，可以通过磁性联轴器带动电机旋转发电。本发明结构简单，制造成本低且易于小型化。可应用于如太阳能、地热能和工厂废热等低品位热能。

摘要： 本发明公开了一种边界层吸入式BLI进气道及其内流控制装置。该边界层吸入式BLI进气道包括机体平面以及进气道主体，其中在进气道下壁面第一个S弯起始位置设有内流控制装置。该内流控制装置为一种新型的双通道连续式射流激励器，通过电机驱动转子偏心转动引起激励器腔体容积变化，进而在上、下游两个通道形成正、负压差，上游通道吹气产生射流注入动量，同时下游通道吸气带走部分低能流，从而起到改善下游流场品质的作用，实现对边界层吸入式BLI进气道的主动流动控制。与传统的射流激励器相比，该内流控制装置射流连续性好、控制精准且采用双通道设计无需外接气源。

摘要： 本申请实施例公开了一种确定储层边界层厚度的系统。所述系统包括：主机设备、三个光电转换器、三个电光转换器、核磁共振设备、低温吸附设备和离心设备；其中，所述主机设备通过电缆与所述电光转换器相连接，所述电光转换器通过光纤与所述光电转换器相连接，三个所述光电转换器分别与所述核磁共振设备、所述低温吸附设备和所述离心设备相连接。本申请实施例提供的技术方案，可以提高所确定的储层边界层厚度的准确度。