《粘性可壓縮複雜外流的局部動力學診斷理論》是依託北京大學，由吳介之擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：粘性可壓縮複雜外流的局部動力學診斷理論
- 依託單位：北京大學
- 項目負責人：吳介之
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
由於當代計算流體力學（CFD）的迅速發展，人們能夠根據非線性複雜流場的數值解對流場品質作出量化診斷，找出影響流動整體性能的關鍵局部動力學結構，追溯其物理根源，以實現先進的構形最佳化設計和流動控制。為此，需要把高保真的數值方法和嚴格的複雜流動診斷理論結合起來，既達到診斷的目的，又實現對海量流場數據充分而定量的利用。對於不可壓流，經過申請人及合作者的長期努力，這樣的診斷理論已經完備，並被套用來解決了若干重大工程內外流的難題。但對於可壓縮的複雜粘性流動，診斷理論的主體尚未形成。本項目旨在彌補這個空白，全面發展粘性可壓縮複雜外流的局部動力學診斷理論，揭示流場中對物體升阻力與力矩特性有關鍵影響的剪下、脹壓和熵過程與相應的流動結構。本項目將對理論進行高保真數值檢驗，並將其用於典型的帶旋渦、分離和激波及其相互作用的非定常亞跨超聲速複雜流場診斷。成果將能直接用於航空航天飛行器的可壓縮複雜流動診斷和最佳化設計。
結題摘要
單一性質的流體運動可分解為以渦量為特徵變數的橫過程即剪下過程，和以脹量或熱力學變數（壓力、密度、焓、熵）為特徵變數的縱過程即脹壓過程. 對於非線性複雜流動，這些過程在流場內部和邊界上相互耦合. 本項目基於這個基本觀念及其一般理論，在5年實施中圍繞粘性可壓縮複雜外流的機理和診斷這個主題，以理論與計算結合的方式開展了研究.主要成果為：1.針對國內外關於升力來源種種流行的誤解，闡明了不可壓粘流中啟動翼型升力形成的詳細物理過程；根據超疏水材料的發展水平，闡明用其實現有效滑移邊界以增升減阻的物理機理.2.基於流場的縱橫分解，對可壓縮粘性繞流闡明了其遠場分區結構，完成了近場非線性合力公式及數值結果診斷，提出了統一精確的定常升阻力解析理論及其遠場漸近近似，此成果填補了理論空氣動力學半個多世紀的一個基礎性空白.3.針對大飛機研發迫切面臨的減阻問題，用動量平衡與能量平衡分別給出了定常繞流中阻力分解的嚴格理論及其對典型附著流與分離流氣動構型的套用診斷，提出了基於尾流場斷層掃描的新的阻力診斷策略.4.為理解生物外流遇到的複雜非定常氣動力現象並提供便於套用的預測理論，對粘性非定常不可壓和可壓縮複雜繞流的合力理論做了幾項創新，包括最小域衝量理論、加權壓強源理論、局部診斷的伽利略不變性條件等，並用以澄清了拍動翼型產生大推力的機理與條件.5. 鑒於粘性可壓縮流體的縱場動力學理論，迄今尚未像渦動力學那樣發展成熟並得到廣泛工程套用，還存在若干長期困惑的基礎難題，提出用物理因果性追蹤縱場源的原則，確認了一種普適的非線性運動學源，並找到其新的濃縮表示；除了用各種熱力學變數表述理論這個常規層面，在這些變數共同的源即脹量這個層面上表述了理論，並因而揭示出若干前所未知的縱場源項.本項目研究目標超質超量完成，包括幾項源頭創新.項目的實施培養了五位博士.
