標量湍流的結構和輸運特性研究

《標量湍流的結構和輸運特性研究》是依託上海大學，由劉宇陸擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：標量湍流的結構和輸運特性研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：劉宇陸
• 依託單位：上海大學

中文摘要

由於標量湍流中大尺度結構的存在，使得標量湍流結構、統計特性以及輸運特性均有別於速度場。近年的理論和實驗結果表明，包含有較強大尺度結構的信號（如具有ramp-cliff(RC)結構的標量湍流信號），傳統的Fourier變換和結構函式方法所得到的結果都會受其強烈影響。本項目主要開展標量湍流的結構特性和輸運機理研究。首先結合射流和風洞實驗對標量湍流場進行測量，採用新近提出的任意階Hilbert譜分析方法，定性和定量刻畫標量湍流大尺度結構對輸運特性和小尺度標度行為的影響，重點研究標量輸運中的尺度效應，力求建立標量輸運及擴散的新模型。理論上套用直接相互作用原理進一步研究大尺度結構對標量湍流統計特性的影響，豐富和完善對標量湍流的認識，為湍流理論的實際套用奠定更加堅實的基礎。

結題摘要

在國家自然科學基金的支持下，我們對標量湍流的結構及其輸運特性進行了實驗、計算以及理論研究，順利完成原定計畫。在實驗方面，開展射流以及風洞實驗，獲取相應的溫度、速度數據。在數值模擬方面，開展了具有溫度梯度的均勻剪下直接數值模擬，獲取相應的速度、溫度以及能量耗散場。理論方面，開展統計分析，發現由於峭壁結構(ramp-cliff結構的存在)，使得標量湍流的統計刻畫異常困難，傳統方法會造成很強的統計偏差；發現速度、溫度增量的機率密度函式所滿足的標度行為，並套用於湍流熱對流系統中，首次觀察到了Kolmogorov標度行為，證實湍流熱對流中的傳統Kolmogorov背景脈動；在湍流熱對流系統中直接驗證何國威教授的橢圓模型；對二維湍流中的渦量(可視為被動標量)進行了分析，發現不同於理論預測的雙標度律行為；在海洋環境湍流，對溶解氧與溫度間的關係進行了統計刻畫。在該項目的支持下，總計發表學術論文13篇，其中SCI收錄11篇，ISTP收錄1篇。