直接數(shù)值模擬

本項(xiàng)目利用直接數(shù)值模擬方法對柔性覆層湍流邊界層開展研究，主要進(jìn)展包括：（1）柔性覆層湍流邊界層的直接數(shù)值模擬方法及驗(yàn)證；（2）柔性覆層湍流邊界層統(tǒng)計(jì)特性及關(guān)鍵參數(shù)研究；（3）湍流邊界層減阻機(jī)理研究。取得了以下幾個方面的成果：（1）發(fā)展了基于動態(tài)曲線坐標(biāo)的湍流邊界層直接數(shù)值模擬方法，并提出了一種基于非貼體網(wǎng)格的罰函數(shù)浸沒邊界方法用于運(yùn)動邊界流動計(jì)算；（2）利用單次諧波分析為覆層參數(shù)的選取提供參考，發(fā)現(xiàn)邊界條件的影響主要體現(xiàn)在對變形量的限制上，并考察了柔性覆層參數(shù)的影響，發(fā)現(xiàn)表面張力系數(shù)的減小會引起較大的表面位移；（3）實(shí)現(xiàn)了柔性覆層和湍流邊界層的耦合計(jì)算，獲得了流場的瞬時(shí)信息和統(tǒng)計(jì)特性，通過分析不同邊界條件和覆層參數(shù)對湍流特性的影響，發(fā)現(xiàn)了阻尼系數(shù)的減小會引起壁面摩擦阻力的明顯增加；（4）通過對擬渦能輸運(yùn)方程的平衡分析，發(fā)現(xiàn)了法向渦量對流動控制最先響應(yīng)的物理機(jī)制；（5）通過考察初始擾動的瞬態(tài)增長分析了壁面控制對湍流相干結(jié)構(gòu)的影響，加深了對近壁湍流相干結(jié)構(gòu)動力學(xué)過程及湍流自維持機(jī)制的理解，為進(jìn)一步提出有效的減阻控制方案提供參考。共發(fā)表SCI論文3篇，EI論文3篇，中文核心期刊論文2篇，國際會議論文4篇，其中ISTP收錄1篇，國內(nèi)會議論文6篇。 2100433B

通過在物體表面貼上一層柔性覆層來抑制湍流達(dá)到減阻效果是一種簡單而有潛力的湍流減阻被動控制方法。本項(xiàng)目利用直接數(shù)值模擬的手段，對柔性覆層湍流邊界層特性及減阻機(jī)理進(jìn)行研究。（1）柔性覆層湍流邊界層的直接數(shù)值模擬方法研究：采用基于動態(tài)曲線坐標(biāo)方法處理任意變形的流體邊界，結(jié)合輔助計(jì)算法和比例縮放法給出湍流邊界層的入口條件，柔性覆層計(jì)算模型包括各向同性和各向異性模型；（2）柔性覆層湍流邊界層的統(tǒng)計(jì)特性，近壁相干結(jié)構(gòu)動力學(xué)過程及減阻機(jī)理研究：采用流場可視化和條件平均的方法，研究柔性覆層對近壁湍流相干結(jié)構(gòu)及湍流自維持機(jī)制的影響，通過雷諾應(yīng)力輸運(yùn)方程中各項(xiàng)的平衡關(guān)系來研究湍流減阻的機(jī)理；（3）柔性覆層關(guān)鍵材料參數(shù)研究：結(jié)合單諧波分析，根據(jù)數(shù)值模擬的結(jié)果分析關(guān)鍵材料參數(shù)對減阻效果的影響，并在均勻材料的研究基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)非均勻材料結(jié)構(gòu)以求改善減阻效果，為實(shí)驗(yàn)研究及實(shí)際應(yīng)用提供參考。

控制壁面?zhèn)鳠嵝适窃S多工業(yè)設(shè)備和工程實(shí)踐的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，而國內(nèi)外學(xué)術(shù)界對壁面兩側(cè)耦合熱流動等重要工程問題的研究依然薄弱。本項(xiàng)基金利用尺度分析，直接數(shù)值模擬以及實(shí)驗(yàn)測量等方法開展了壁面一側(cè)和兩側(cè)耦合流動的研究。在該項(xiàng)基金的實(shí)施過程中，已在控制參數(shù)對熱邊界層對流以及傳熱影響研究上取得若干實(shí)質(zhì)進(jìn)展。研究結(jié)果表明兩側(cè)耦合熱邊界層流動可從定常向非定常演化，且該演化過程與瑞利數(shù)和普朗特?cái)?shù)等控制參數(shù)有關(guān)，得到了主要的流動和傳熱的定量依賴關(guān)系式。此外，也獲得了復(fù)雜幾何形狀壁面的一側(cè)熱對流的流動和傳熱的定量刻畫。以上的研究成果可補(bǔ)充現(xiàn)有流體力學(xué)知識的缺失，也為進(jìn)一步的工程設(shè)計(jì)提供基礎(chǔ)性設(shè)計(jì)思路。研究成果的一部分已分別在國內(nèi)外重要的學(xué)術(shù)會議上進(jìn)行了交流，并已發(fā)表多篇高水平期刊研究論文（10篇SCI和4篇EI期刊論文，見研究成果）。 現(xiàn)有的研究進(jìn)展表明該項(xiàng)基金的研究目標(biāo)和任務(wù)已順利完成。