目 录
动边界流动数值模拟方法及其应用 ………………………… 吴锤结 湍流研究的几个问题 ………………………………………… 王晋军 流动控制研究的若干问题 …………………………………… 明 晓 标量湍流特性与LES模拟 …………………………………… 崔桂香 空化与强非线性自由表面流动 ……………………………… 刘 桦 边界层流动稳定性及转捩的研究 …………………………… 罗纪生 湍流的大涡模拟 ……………………………………………… 何国威 鱼类游动实验研究及仿生技术 ……………………………… 尹协振 动边界绕流和激波、湍流旋涡分离流的数值模拟 ………… 陆夕云
动边界流动数值模拟方法及其应用
吴锤结1
大连理工大学航空航天学院
大连理工大学工业装备结构分析国家重点实验室
详细摘要
动边界流动问题在自然界和工业中普遍存在，但因无论在理论、计算和实验研究中都存在极大困难，因此人们对其中的流体力学机理了解甚少。本报告从动边界流动的数值模拟方法及其应用的角度，一方面介绍各种动边界数值模拟方法，另一方面从应用的角度考察动边界数值模拟方法的各种应用。由于动边界数值算法种类繁多，受能力和水平所限，本报告将仅讨论如下问题：
一、动网格方法
1. ALE方法及其在直行波壁与圆柱动波浪壁流动控制中的应用；
2. ZETA程序及其在动波浪壁翼型绕流控制中的应用；
3. 有限体积动网格方法及其在动波浪壁圆柱绕流控制、最优智能物面流动控制和摆动波浪板最优摆动规律研究中的应用；
4. 有限元动网格方法及其在颗粒流直接数值模拟中的应用；
二、拉格朗日动边界方法
1. 格子玻尔兹曼颗粒运动与生长直接数值模拟研究；
2. 风沙流大涡模拟及沙漠地貌形成与演化研究；
三、自由表面的VOF方法
1. 气泡运动及其演化的直接数值模拟研究；
2. 多种介质的流动混合研究；
1吴锤结，教授，大连理工大学航空航天学院，电子邮件：cjwudut@https://www.doczj.com/doc/c317476733.html,, 个人网站： http://202.118.74.32
四、浸没边界方法
1. 鱼群自主游动及其控制；
2. 运动壁面附近激波与多涡列的相互作用研究.
最后，我们讨论了流体力学的未来研究方向，认为湍流是流体力学永恒的研究课题，对其研究将持续进行，除此之外，未来流体力学的主要突破方向将主要集中在如下两个方面：
一、动边界(包括运动固体或柔性体边界、主动或被动变形的物体表面、自由表面、不同流体界面等)处的涡动力学特性及其控制的研究。该研究将带动整个流体力学学科从主要研究相对静止不动的对象转向研究自然界和工程领域大量存在的动边界问题；
二、超声速与高超声速流中的激波、旋涡、声波相互作用、稳定性和共振的研究。该研究将对国防、航天、航空中的一些关键技术问题的解决发挥重要作用。
致谢：衷心感谢国家自然科学基金委员会数理学部力学处多年来的支持和帮助！
关键词：动边界数值算法；动网格算法；拉格朗日动边界方法；自由表面的VOF方法；浸没边界方法
参考文献
注：在“流体力学基础问题研究进展高级讲习班”上将提供报告和相关论文的pdf文件。
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29.王亮, 吴锤结, “槽道效应”在鱼群游动中的节能机制研究, 《力学学报》，2010（已
录用，正在出版）.
湍流研究的几个问题
王晋军
北京航空航天大学流体力学研究所，流体力学教育部重点实验室，
北京 100191
摘要：本报告首先对湍流研究的历史进行了简要的回顾，并介绍湍流的一些基础知识，重点涉及近年来湍流研究的最新进展和一些新的发现，可望提供一些对湍流的新的认识。
1、湍流研究的历史
1.1 1883年，Reynolds圆管流动实验
■随机性：
■ Re数
■ Re方程
1.2 湍流模型?求解Re方程
■ 1897年，Boussinesq涡粘性假定
■ 1925 年，Prandtl提出了混合长度理论
■ 1930年， von Karman相似性假定
■ 1932 年，Taylor涡量转移理论
他们的共同贡献是指出了封闭Reynolds方程或Reynolds应力的封闭表达式应从湍流脉动场的性质去寻找----近代湍流模式的雏形。
■ 1951年，周培源的湍流理论被认为是湍流模式理论的基础
1.3 湍流拟序结构
■1967年，Kline发现湍流边界层拟序结构
湍流边界层中存在大尺度的相干结构和猝发现象，说明湍流不是完全无秩序、无内部结构的运动，这促使人们改变了对湍流的某些传统观念。■?湍流控制（减阻）
近壁面低速条带结构
1.4 壁面粗糙度的影响
粗糙高度﹤粘性底层的厚度，对流动没有影响
水力光滑区
过渡粗糙区
完全粗糙区2、湍流研究的新进展
2.1 粗糙度的影响
2.2 对数区超长带条结构
■ 速度分布
■ 脉动特性
■ 湍流产生
2.4 湍流结构
?Head 等（1980）：45度，认为完整的马蹄形涡在湍流边界层中很难观测到。
?Moin等（2009）：对称马蹄形涡。
?Pan 等（2008），Liu(2010): 涡头与流动方向垂直，对称马蹄形涡。
?Wang等：马蹄形涡普遍存在于剪切层中（后向台阶分离、鼓包分离等）
3、结束语
随着实验技术、数值模拟方法和手段的发展，人们对湍流的认识将不断深入和完善。
自然科学基金讲习班
2010年8月20日合肥
流动控制研究的若干问题
南京航空航天大学明晓
主要内容
?什么是流动控制（定义、应用和现状）?流动控制单位分类问题
?南航流动控制研究介绍
?流动控制前沿问题－湍流控制
?中－欧合作项目简介
什么是流动控制
流动控制已经成为流体力学的重要分支，但是没有准确定义。
流动控制是通过对运动的流体施加力、质量、热量、电磁等物理量来改变流动状态，从而也改变运动物体的受力状态或运动状态。
流动控制技术工程应用
理论探讨的工具
卡门涡街形成机理－绝对不稳定性The effects of trip wires
理论探讨的工具
细长体大攻角非对称涡系的形成机理V ∞-Φ
+Φstrak e -2000
-1500-1000
-5000
500
1000
1500
00.10.20.30.40.5
-2000
-1500-1000-5000
500
1000
150000.10.20.30.40.5-2000-1500-1000-500050010001500
00.10.20.30.40.5
-2000
-1500-1000-5000500
10001500
00.10.20.30.40.5
fs=9Hz fs=22Hz fs=92Hz fs=172Hz
t (s)
U(m v)Cz = 0.2141Φs - 0.0314
-5
-4
-3
-2
-10
12
34
5
-20-15-10-5
05101520
Φs
C z
Cz 线性 (Cz)
双稳态附壁效应的数值模拟理论探讨的工具
双稳态附壁效应的数值模拟
理论探讨的工具
流动控制的现状
AFC=A ctive F low C ontrol AFC≠A rt of F low C ontrol
流动控制分类
按控制策略?被动控制?主动控制?预设控制?反映控制?开环控制
(前馈）?闭环控制
（反馈）按作用力
?压力
?体积力
?粘性应力
（低雷诺数）
?雷诺应力
（高雷诺数）
按控制对象
?旋涡
?边界层
?尾流
?射流
?混合层
?内流
按作动器位置
?边界上
?非边界上
南航流动控制研究介绍
?钝体尾流控制
?零质量射流及相关问题
?大攻角非对称涡系控制
?机身边条
?翼尖减阻装置
?机翼前缘分离控制
?微型振动片
流动控制前沿问题－湍流控制
If one viewed the unknown turbulence physics as a "blackbox“problem, then the contents of this box (turbulence physics) could be studied by changing various "inputs“(initial/boundary conditions) and observing the resultant flow .
-----Clauser(1956)
BASIC IDEA OF BOUNDARY
LAYER SEPARATION CONTROL
F
f u u x u x x p x u u t u i j i j
i
j i j j i i ++?????+???=??+??ρρμρρ)''()
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(0
)
()
()(=??+??+??+??z w y v x u t ρρρρT
p
S gradT c div z wT y vT x uT t T +=??+??+??+??)()
()
()()(λ
ρρρρBOUNDARY CONDITION
Mean Velocity Directly
Fluctuation Components
ENERGIZATION Instability of Boundary Layer
Laminar Boundary Layer Turbulent Boundary Layer