文档介绍：天津大学
博士学位论文
不可压缩平板边界层从层流突变为湍流的机理及湍流特性
姓名:唐洪涛
申请学位级别:博士
专业:流体力学
指导教师:周恒
20070101
中文摘要同时,非线性作用还将使更多的谐波被激发。但只有在平均流剖面的线不会出现这种情况。计算中的展向平均流速可能不为零,表明在计算中所得到的湍流可能不是一个随机过程的问题。诟ḿ扑阌蚯榭鱿拢煌某跏既哦鸬淖^娴某中奔浔冉辖增长规律与所加的初始扰动无关:如果初始扰动在较蚴嵌猿频模根值、应力具有相似性,这一性质对简化湍流计算可能会起本文采用直接数值模拟姆椒ǎD饬似桨灞呓绮愕淖^婀碳俺浞殳展的湍流。在此基础上,研究了平板边界层转捩过程中母净阳充分发展湍流的若干重要特性,探讨了不同初始扰动对转捩的持续时间及转瘀后的湍流边界层厚度的影响,得出了以下结论:辈懔髦械娜哦翟龀な保ü窍咝宰饔媒拚骄髌拭妗S氪性不稳定性区扩大后,才会有更多的谐波被快速激发并增大。这时就开始了转捩的獭T诖斯讨校捎诖罅啃巢ǖ目焖俦患し并增大,导致了雷诺应力的快速增大,相应地其法向梯度也快速增大。这使得平均流剖面得以快速地被修正,流动得以快速地转变为湍流。绻扑愕某跏既哦械男辈ㄔ谡瓜虿皇嵌猿频模敲捶窍咝宰饔没崾得以后的展向平均流速~般也不为零。而展向平均流速的存在对线性稳定性分析的结果可能有很大的影响。实验中由于边界条件的不同,可能近;在不同的计算域情况下,计算得到不同的初始扰动引起的转捩的持续时间不同。在给定计算域情况下,如果初始扰动在较虿皇嵌称的,那么,它们引起的转捩后平均边界层厚度与转捩起始点处边界层厚度的比值皖/坑在相当长的时间内表现出相同的增长规律,这一那么,它们的痵谙嗟背さ氖奔淠诒硐殖隼嗨频脑龀す媛伞5牵较蚴嵌猿频暮头嵌猿频谋硐殖霾煌龀す媛伞当接近充分发展湍流时,平均流剖面、无量纲亏损速度剖面、脉动均方到重要作用。不过,从转捩完成至湍流充分发展之间有一过渡过程,其间上述相似性不成立。湍流边界层近壁区存在相干结构,其主要表现是
关键字:准流向涡或涡对。不可压边界层转捩湍流边界层名义厚度相似性相干结构
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学位论文作者签名:启侈睛学位论文作者签名:宠阿呜学位论文版权使用授权书汹独创性声明或撰写过的研究成果,也不包含为获得苤鲞盘堂或其他教育机构的学位或证签字日期:伽盯辏本学位论文作者完全了解:苤鲞蕉堂有关保留、使用学位论文的规定。特授权苤鲞叁堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中/月蝗研究成果,除了文中特别加以标注和致谢之处外,论文中不包含其他人已经发表作了明确的说明并表示了谢意。索,并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。C艿难宦畚脑诮饷芎笫视帽臼谌ㄋ得签字同期:
第一章绪论转捩的研究和现状流动稳定,陛问题的研究和现状要性【俊A硪环矫妫诨さピ2僮髦校挚梢酝ü岣咄牧鞫壤刺岣呓涟琛受性问题,它研究外部扰动如何激发边界层中的扰动;^娴脑げ猓丛げ流动稳定性理论最初是为了解释流动从层流到湍流的转捩而提出的,因为湍流及转捩是流体力学中的一个重要而又古老的问题,一直是流体力学中心问题之一,也被认为是经典物理中留下的最大难题【俊1疚闹饕Q芯坎豢裳平板边界层的转捩及湍流问题。下面将简述与此有关的研究现状及本文的研究内容及成果。从层流到湍流转捩问题始终是流体力学的中心课题之一。年通过实验证实圆管流动存在层流和湍流两种不同的流态。世纪初,出边界层概念后,人们发现边界层中同样存在层流和湍流两种流态。层流时物体所受的阻力及传热能力与湍流时是大不一样的。而对钝体或以大攻角运动的物体来说,流动的分离位置受边界层是层流还是湍流的影响,这又间接地影响到气动力。因此,对航空航天、船舶、车辆等的设计来说,深入理解转捩机理和控制边界层的转捩过程是准确计算空气动力及热传导的前提。指出,摩擦阻力一般占亚音速运输机总阻力的%,而层流的阻力比湍流的阻力要小%。因此,通过某些技术手段延缓转捩,可以有效减小阻力,提高燃料的利用率,具有很高的经济效益;所以,研究层流到湍流的转捩有重要的应用背景。尽管开始时人们对从层流到湍流的转捩这一问题的研究也许曾经是以兴趣为主要动力,但现在人们对这一问题继续感兴趣的主要原因显然是它在工程和技术问题上的重传质、传热的效率。层流一湍流转捩的研究中,直接数值模拟是重要的手段之一。转捩的研究主要集中在以下几个方面:鞫榷ㄐ岳砺郏芯咳哦难莼侍猓感转捩发生的位置。.天津大学博士学位论文