可壓縮槽道湍流壓力相關(guān)特性的研究在流動(dòng)物理和工程應(yīng)用中都具有重要意義。本文采用直接數(shù)值模擬方法研究了可壓縮槽道湍流中可壓縮效應(yīng)對壓力脈動(dòng)統(tǒng)計(jì)的影響,分析了壓力-Hessian張量的統(tǒng)計(jì)特性,并理論推導(dǎo)了一種可壓縮速度梯度張量的動(dòng)力學(xué)模型。具體工作和研究成果如下:（1）研究了不同馬赫數(shù)的等溫壁面槽道湍流中可壓縮效應(yīng)對壓力脈動(dòng)統(tǒng)計(jì)特性的影響。提出壓力脈動(dòng)分解方法,采用可壓縮壓力脈動(dòng)表征可壓縮效應(yīng)。結(jié)果表明,與低馬赫數(shù)流動(dòng)（包括不可壓縮流動(dòng)）相比,高馬赫數(shù)流動(dòng)中,壓力及其梯度的脈動(dòng)強(qiáng)度減弱,在近壁區(qū)域出現(xiàn)峰值,同時(shí)壓力梯度壁面法向分量的偏斜因子和平坦因子也明顯減小。通過對流動(dòng)結(jié)構(gòu)和能譜的研究,發(fā)現(xiàn)高馬赫數(shù)流動(dòng)中粘性底層形成的可壓縮壓力脈動(dòng)正負(fù)相間分布結(jié)構(gòu)是導(dǎo)致這一統(tǒng)計(jì)結(jié)果的原因。正負(fù)相間壓力分布結(jié)構(gòu)的流向尺度明顯小于條帶結(jié)構(gòu)的流向尺度并位于低速條帶區(qū)域�；诰�性化N avier-Stokes方程算子的特征值譜分析表明,正負(fù)相間壓力分布結(jié)構(gòu)是局部流速相對擾動(dòng)波速達(dá)到超聲速而形成的聲模式壓力脈動(dòng),這一脈動(dòng)模式傾向于在高馬赫數(shù)、低溫低速的流動(dòng)區(qū)域形成。利用瞬態(tài)增長分析,發(fā)現(xiàn)達(dá)到最優(yōu)瞬態(tài)增長倍數(shù)時(shí)對... 

【文章來源】：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)安徽省 211工程院校 985工程院校

【文章頁數(shù)】：148 頁

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【部分圖文】：

圖３．１槽道流動(dòng)數(shù)值模擬的計(jì)算域示意圖

?第三章可壓縮槽道湍流的壓力統(tǒng)計(jì)特性研究??６００?－?ｃａｓｅ?Ｍ０．２??ｃａｓｅ?Ｍｌ．５??Ｇ；?ｔ??，ｃａｓｅ?Ｍ３．８??４００?－???ｂｏｔｔｏｍ?ｗａｌｌ???ｕｐｐｅｒ?ｗａｌｌ??３００－??０?１００?２００?３００?４００?５００??ｔＵＢ／ｈ??圖３．２槽道湍流統(tǒng)計(jì)定常階段摩擦雷諾數(shù)隨時(shí)間的演化。??３．２．２?計(jì)算結(jié)果驗(yàn)證??圖３．２給出了三個(gè)算例的數(shù)值模擬進(jìn)行一段時(shí)間后摩擦雷諾數(shù)隨時(shí)間的變化�？�??以看出不同算例的摩擦雷諾數(shù)隨時(shí)間變化不大，可視為達(dá)到了統(tǒng)計(jì)定常狀態(tài)。隨著馬??赫數(shù)增加，可以看到摩擦雷諾數(shù)隨時(shí)間變化的起伏明顯增強(qiáng)，這是由于在可壓縮壁面??湍流中流動(dòng)的大尺度結(jié)構(gòu)相干性增強(qiáng)（Ｃｏｌｅｍａｎ?ｅ（?ａＬ，?１９９５；?Ｄｕａｎ?ｅｆ?ａ丨．，２０１１），后續(xù)??將詳細(xì)討論這一現(xiàn)象。圖３．２所示的時(shí)間也是各個(gè)算例采集數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析的時(shí)間??段。在統(tǒng)計(jì)定常階段各算例的流動(dòng)參數(shù)如表３．２所示，其中是流場采樣時(shí)間長??度，５／匕是槽道中心線上的平均溫度，是壁面處的??無量綱平均熱流（Ｃｏｌｅｍａｎ?ｅｆ?ａ／．，１９９５），ｍａｘｊｐ＾＾／刃是密度脈動(dòng)均方根的最大值。??這里將所得的平均流動(dòng)剖面、雷諾應(yīng)力分布以及渦量脈動(dòng)分布與其他文獻(xiàn)的數(shù)值??模擬結(jié)果進(jìn)行比較，驗(yàn)證計(jì)算結(jié)果的可靠性。圖３．３給出了平均ｖａｎ?Ｄｒｉｅｓｔ速度??的°?＝釜１畏泡?（３．６）??沿壁面法向的分布�？梢钥闯�，本文的數(shù)值模擬結(jié)果與文獻(xiàn)對比較好。算例Ｍ０．２的??平均速度分布與不可壓縮槽道流動(dòng)的分布一致，在對數(shù)率區(qū)符合對數(shù)分布。盡管使用??了?ｖａｎ?Ｄｒｉｅｓｔ變換來包含平均密度沿壁

?第三章可壓縮槽道湍流的壓力統(tǒng)計(jì)特性研究??（ｆｌ）ｌＱｉ???（＾）１０｜???（ｃ）?ｌＯｒ——???｜Ｍ０．２｜?｜Ｍ１．５｜?｜Ｍ３．８｜?Ａ??Ｒ］＼??５?／Ｘ?５７Ｖ?５?Ａｅ１??〇?Ｗ?一，０?郵一３?氣??１０°?１０１?１０２?１０３?１０°?１０１?１０２?１０３?１０。?１０１?１０：?１０３??／?？?，?，??圖３．４無量綱雷諾應(yīng)力／＾?＝?＠／＜２沿著壁面法向的分布與文獻(xiàn)計(jì)算結(jié)果的比較：（ａ）算??例Ｍ０．２，?（６）算例Ｍ１．５，?（Ｃ）算例Ｍ３．８。其中線代表本文的結(jié)果，符號(hào)代表文獻(xiàn)中的計(jì)算結(jié)??果：〇，不可壓縮槽道湍流ＨｅＴ?＝?５４３?（Ｌｅｅ技ａＬ，?２０１５）；?□，可壓縮槽道湍流（＆）?Ｍａ?＝??１．５２，?ＲｅＴ?＝?５２０?＾０?（ｃ）?Ｍａ?＝?３．８３，?ＲｅＴ?＝?４９４?（Ｇｅｒｏｈ－ｍｏｓ?＆?Ｖａｌｌｅｔ，?２０１４）〇??（ａ）???－?■■）?｛ｂ）??，?■?（ｃ）?■?????０．４?—?＾?｜Ｍ０．２｜?｜Ｍ１．５｜?０．４－｜Ｍ３．８｜?——［＾］？ｓ??＼?ｏ．４、、?…ＫＬ??％?、、??［＾ｚＴｒｍｓ??０２ＶＶ?°＇２＞＾ｖ??〇１０°?１０＇?１０２?１０３?〇１０°?１０１?１０２?１０５?〇１０°?１０丨?１０：?１０３??Ｖ＊?／?／??圖３．５無量綱渦量脈動(dòng)均方根［ｏ；ｔｍｓ?＝?＃＜／＜沿壁面法向的分布與文獻(xiàn)計(jì)算結(jié)果的比??較：（ａ）算例Ｍ０．２，?（６）算例Ｍ１．５，?（Ｃ）算例Ｍ３．８。其中線代表本文的結(jié)果，符號(hào)代表文獻(xiàn)中??的計(jì)算結(jié)果：〇，不可

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]Scaling of energy spectra in weakly compressible turbulence[J]. Yufeng Dong,Guowei He.  Acta Mechanica Sinica. 2017(03)
[2]Scaling laws of compressible turbulence[J]. Bohua SUN.  Applied Mathematics and Mechanics（English Edition）. 2017(06)
[3]Interaction between strain and vorticity in compressible turbulent boundary layer[J]. CHU You Biao,WANG Li,LU Xi Yun.  Science China（Physics,Mechanics & Astronomy）. 2014(12)

博士論文
[1]激波干擾及超聲速湍流邊界層的數(shù)值模擬研究[D]. 褚佑彪.中國科學(xué)技術(shù)大學(xué) 2013
[2]可壓縮湍流邊界層統(tǒng)計(jì)特性的直接數(shù)值模擬研究[D]. 汪利.中國科學(xué)技術(shù)大學(xué) 2011



本文編號(hào)：3427043