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题名基于结构系综理论发展可靠工程转捩模型的一种新思路
被引量：3
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作者
毕卫涛
唐帆
胡永煌
佘振苏
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机构
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
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出处
《空气动力学学报》
CSCD
北大核心
2020年第6期1136-1148,I0003,共14页
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基金
国家数值风洞工程
国家自然科学基金重大研究计划重点项目(91952201)。
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文摘
边界层转捩是一个科学与工程难题。当代工程转捩模型建立在间歇因子的唯象演化基础上,包含大量的经验参数和关联函数,其物理意义模糊导致适用范围不明确。随着高速流动的物理新因素的增加,出现了模型复杂性迅速增长,而可靠性越来越低的尴尬状况。根本性的瓶颈在于缺乏完整的湍流边界层理论,这一状况在壁湍流的结构系综理论诞生后出现了显著变化。该理论将固壁对湍流脉动形成的对称性约束表述为形成少数个结构系综,利用结构系综的广义拉伸对称性假设,完成了对于规范边界层平均速度和湍动能的完整剖面的统一描述,与大量实验和计算数据精确符合。将该理论应用于描述边界层的流向变化,便自然形成了从层流到过渡区再到湍流充分发展区的三系综刻画,实现了对转捩全过程的完整描述。本文提出了一个构建典型工程边界层转捩模型的新思路:依据实验和可靠的计算数据确定转捩边界层的流向结构系综,提炼反映转捩边界层物理状态和相似性的多层结构参数,进而形成物理图像清晰、定量描述精确的新型转捩模型。针对自由来流湍流诱发的平板边界层强迫转捩和有攻角的高超声速尖锥转捩两类流动,证明了上述思路的可行性,获得了对大湍流度下平板转捩的全分量、全流域的精准理论描述。将所发展的SED-SL代数转捩模型应用到高超声速尖锥的计算,得到了与实验一致的计算结果。通过细致刻画边界层流动的多层结构系综,有望推动转捩模型研究进入一个物理化、精确化的新阶段。
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关键词
边界层转捩
转捩模型
结构系综理论
湍动能
尖锥
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Keywords
boundary layer transition
transition model
structural ensemble dynamics
turbulent kinetic energy sharp cone
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分类号
O357.4
[理学—流体力学]
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题名面向精准工程湍流模型的理论研究
被引量：6
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作者
佘振苏
唐帆
肖梦娟
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机构
湍流与复杂系统国家重点实验室北京大学工学院
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出处
《空气动力学学报》
CSCD
北大核心
2019年第1期1-18,共18页
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基金
国家自然科学基金项目(11452002)
国家自然科学基金创新研究群体项目(11521091)
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文摘
长期以来,工程湍流模型建立在量纲分析和经验修正的基础上,绝对预测能力不足而且模型参数的意义不明确。关于湍流边界层的理论研究一直平行地在两条路线上前行,或是经验性地构造有关平均速度或动能的分布,或是利用数值模拟等技术对于湍流脉动结构进行精细刻画。二者之间的分割导致对湍流边界层物理图像的不完整,从而限制了对一系列相似性关系的揭示。新近发展的结构系综理论,立足于探索由于固壁对于流场的雷诺应力各个分量所表现的拉伸对称性约束,完成了一个对于平均速度和动能剖面的统一描述,从而形成了一个构建工程湍流模型的新思路:一方面,理论指导如何开展湍流DNS(Direct Numerical Simulation)和LES(Large Eddy Simulation)的大数据分析,提炼对定量描述复杂流动有物理意义的多层结构参数;另一方面,指导开发物理图像清晰、定量描述精确的新型湍流(代数)模型。结构系综理论揭示了壁湍流所共有的普适多层结构,完整地刻画了边界层湍流的雷诺数、马赫数相似性,有望推动理论空气动力学研究进入一个定量化、精确化的新阶段。
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关键词
壁湍流
对称性
结构系综理论
湍流模型
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Keywords
wall turbulence
symmetry
structural ensemble dynamics theory
turbulence model
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分类号
V211.3
[航空宇航科学与技术—航空宇航推进理论与工程]
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