《可壓縮混合層渦結構演化和湍流分析》是依託清華大學，由何楓擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：可壓縮混合層渦結構演化和湍流分析
- 依託單位：清華大學
- 項目負責人：何楓
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
可壓縮混合層是與超燃衝壓發動機中燃料和空氣混合相關的基礎問題。採用已開發完畢的高精度、高解析度，並同時能捕捉較強激波計算格式，對不同對流馬赫數進行三維空間發展超聲速混合層的DNS模擬，研究三維空間發展超聲速混合層湍流整個發展過程，研究渦結構對混合的作用，擾動是如何增強混合的。在關注渦結構演化的同時研究小激波的生成、演化規律及生成機理。研究湍動能方程中漲量耗散項對可壓縮混合層厚度增長率下降的影響，以及在雷諾應力方程中的壓力應變項和湍動能方程中壓力漲量項所起的作用。從渦動力方程出發，研究擬渦能和湍流擬渦能的輸運平衡問題，可壓縮性如何影響這兩個量的輸運平衡。希望獲得可壓縮效應對混合層厚度增長率下降影響的合理分析，將可壓縮性對湍流的影響的認識提高到一個新的高度。並希望這些基礎研究成果能夠帶來較新穎有效的增混措施。
結題摘要
採用自行開發的高精度高解析度格式和直接數值模擬的方法，獲取並對比了不同對流馬赫數條件下三維空間發展超聲速混合層從不穩定性發展到渦結構捲起、直至轉捩為湍流的整個過程；研究了大尺度結構對流質混合的作用。 計算和存儲用於進行湍流分析所必須的海量數據，並對計算數據進行統計分析處理，分析了可壓縮混合層充分發展湍流的雷諾應力輸運平衡和湍動能輸運平衡；指出可壓縮項,即平均壓力平均漲量項和壓力脈動漲量項對混合層湍流發展起抑制作用。平均壓力平均漲量項使得能量從平均內能回流到平均動能。壓力脈動漲量項則在混合層兩側將湍動能轉換為平均內能，這直接阻礙了湍流在法向上的擴張。證實了脈動壓力脈動應變項隨對流馬赫數的提高而變小是厚度增長率降低的主要原因，查明了該項減小的原因是脈動壓力和脈動應變的減小，脈動壓力和脈動應變之間的相關係數卻基本保持不變。 基於渦動力學方程，推導和分解了可壓縮時均和脈動擬渦能輸運方程，對脈動擬渦能輸運方程的各項的物理意義和機制進行分析；研究可壓縮混合層充分發展湍流的時均擬渦能和湍流擬渦能的輸運平衡問題，通過數值計算分析了可壓縮湍流脈動擬渦能輸運方程主要影響項；對方程中代表不同物理機制的生成項和耗散項的數值進行了定量分析和定性比較；研究了脈動擬渦能輸運過程中各種機制對總體平衡的影響；並對比不同擾動的情況，探索分析了添加入口亞諧波擾動可以大幅提高混合性能。
