《非定常流与涡运动》求取 ⇩

第一章非定常势流概论7

1.1 基本概念和基本方程7

1.1.1 引言7

1.1.2 不同简化层次的基本方程10

1.1.3 初边值条件压强系数公式13

1.2 不可压缩流体非定常势流理论18

1.2.1 附加质量18

1.2.2 非定常库塔条件23

1.2.3 尾涡系的非定常效应24

1.2.4 典型绕流解27

1.3 可压缩非定常线化势流理论33

1.3.1 声学知识33

1.3.2 小扰动线化方程的基本解39

1.3.3 气流沿行波壁面运动的分析41

1.4.1 谐振翼型跨声速流动特征的物理描述43

1.4 非定常跨声速非线性势流理论43

1.4.2 几类控制方程和解法概述48

1.5 结语和展望51

参考文献52

第二章非定常粘性流基础55

2.1 粘性流的一些物理现象56

2.2 非定常粘性流基本方程58

2.3 偏微分方程的特征面和子特征面61

2.4 不可压粘性流方程的各种形式及其性质63

2.4.1 原始速度变量形式方程63

2.4.2 涡量和速度形式方程67

2.4.3 涡量和流函数形式方程68

2.4.4 总涡量守恒原理70

2.5 涡量运动微分方程组的积分表达式73

2.6 定常和非定常湍流方程79

2.6.1 湍流的某些物理现象79

2.6.2 不可压湍流的雷诺方程80

2.6.3 非定常湍流的平均方法及方程82

2.6.4 湍流模型85

参考文献89

第三章涡动力学基础90

3.1 引言90

3.2 涡量运动学和动力学的若干主要特性91

3.2.1 三维无界流体中涡量场的空间特性91

3.2.2 三维无界流体中涡量场的时间特性97

3.2.3 二维无界流体中涡量场特性101

3.2.4 作用在物体上的流体动力103

3.3 涡量的产生、扩散和耗散105

3.3.1 涡量在壁面上生成及其扩散106

3.3.2 涡量的耗散109

3.4 旋涡流的若干解析解112

3.4.1 二维轴对称涡113

3.4.2 有轴向流的轴对称涡117

3.4.3 复杂旋涡流动分析举例121

3.4.4 Hill球涡121

3.5 线涡、面涡和点涡系的运动124

3.5.1 三维线涡的自诱导运动124

3.5.2 面涡131

3.5.3 点涡系动力学142

参考文献150

第四章非定常边界层与减阻153

4.1 引言153

4.2 非定常边界层方程154

4.3 物体起动引起的非定常流动156

4.3.1 起动过程的物理描述156

4.3.2 起动过程的算例158

4.3.3 加速流中的非定常边界层流动162

4.4 周期性边界层流动163

4.4.1 静止流场中的振荡圆柱164

4.4.2 绕振荡翼型的周期性流动166

4.4.3 绕振荡翼型的不可压缩非定常边界层解法168

4.4.4 非定常粘性／无粘流相互作用解法170

4.5 运动激波后的边界层研究173

4.5.1 运动正激波后的边界层特性174

4.5.2 运动激波掠过斜面的流动176

4.6 激波与边界层干扰177

4.6.1 干扰流场中的平均流动特性178

4.6.2 干扰流场的非定常特性182

4.7 边界层稳定性186

4.7.1 转捩过程的物理描述187

4.7.2 小扰动方法的基础189

4.7.3 边界层感受性191

4.8 减阻研究192

4.8.1 概况192

4.8.2 柔顺壁与波纹壁减阻193

4.8.3 湍流边界层外层大涡调制器196

4.8.4 流向棱纹面调制器（Riblets）200

参考文献202

第五章自由剪切层的演化207

5.1 引言207

5.2 流动的物理图像208

5.3 描述自由剪切层涡演化过程的各种理论210

5.4 自由剪切流动的稳定性分析方法212

5.4.1 线性理论与特征模态212

5.4.2 两波或三波共振理论216

5.5 自由剪切层中涡系演化的实验与理论分析219

5.5.1 线性不稳定区，涡的卷起219

5.5.2 非线性发展区，二次失稳与涡的合并222

5.5.3 涡的三维演化过程225

5.6 人工激励对自由剪切层涡系发展演化的影响226

5.6.1 后缘对声波的感受性228

5.6.2 激励频率的影响229

5.6.3 外激励幅值的影响230

5.6.4 自由剪切层厚度增长律与大涡合并的关系231

5.7 结束语235

参考文献236

第六章非定常分离流238

6.1 预备知识238

6.1.1 基本定义238

6.1.2 临界点240

6.1.3 拓扑分析241

6.2 定常分离流动243

6.2.1 二维分离244

6.2.2 三维分离248

6.3 非定常分离的奇性问题253

6.4 二维非定常分离判据260

6.5.1 非定常三维分离268

6.5 非定常三维分离与湍流分离268

6.5.2 湍流分离269

6.6 研究非定常分离的拉格朗日方法270

6.7 分离流动控制275

6.7.1 改变速度剖面275

6.7.2 动壁效应276

6.7.3 利用湍流发生器276

6.7.4 动量注入277

6.7.5 外部非定常激励277

参考文献278

第七章钝物体绕流和非定常尾迹281

7.1 引言281

7.2 钝物体绕流和尾迹282

7.2.1 圆柱绕流282

7.2.2 方柱绕流286

7.2.3 尾迹流动的相似性和通用St数288

7.2.4 多物体绕流和干扰290

7.3 旋涡脱落292

7.3.1 旋涡脱落模式292

7.3.2 振动物体旋涡脱落297

7.4 非均匀流中的旋涡脱落和尾迹303

7.4.1 振荡流303

7.4.2 剪切流306

7.4.3 湍流度影响309

7.5 尾流振子模型311

7.6 翼型大迎角绕流与动态失速314

7.6.1 动态失速314

7.6.2 振荡翼型的动态失速314

7.6.3 等速上仰翼型的动态失速316

7.6.4 动态失速流动模型及数值模拟320

7.7 旋涡脱落和尾迹的控制320

7.7.1 控制原理与作用机制320

7.7.2 控制方法321

参考文献323

第八章旋涡运动的稳定性和涡破裂327

8.1 旋涡的稳定性328

8.1.1 流体运动稳定性的基本概念328

8.1.2 旋涡运动稳定性的机理分析330

8.1.3 控制方程和边界条件331

8.1.4 几种典型旋涡流动的稳定性特征334

8.1.5 旋涡稳定性判据的讨论339

8.2 三维有核结构涡丝的稳定性342

8.2.1 尾涡对的稳定性342

8.2.2 涡环的稳定性347

8.3 旋涡破裂及其控制350

8.3.1 三角翼前缘脱体涡的破裂352

8.3.2 旋涡发生器中的旋涡破裂355

8.3.3 旋涡破裂机理分析358

8.3.4 旋涡破裂的控制368

参考文献370

第九章湍流中的涡结构373

9.1 概述373

9.1.1 相干结构与随机小涡373

9.1.2 相干结构的尺度376

9.1.3 相干结构与波377

9.2 边界层的转捩与湍流边界层的涡结构379

9.2.1 T－S不稳定性与流向涡的产生379

9.2.2 二次不稳定性与发卡涡的产生381

9.2.3 展向大涡与猝发382

9.2.4 对边界层结构的总体描述384

9.3 其它剪切流中的涡结构386

9.3.1 自由剪切流中的涡结构386

9.3.2 平面复杂剪切流中的涡结构389

9.3.3 非平面剪切流中的涡结构392

9.4.1 对湍流能量方程的讨论394

9.4 有关湍流涡结构发展与控制的若干理论问题394

9.4.2 对涡量动力学方程的讨论395

9.4.3 对相干涡量控制方程的讨论397

9.4.4 从耗散结构论看湍流涡结构的发展399

9.5 湍流涡结构控制402

9.5.1 涡结构控制的目的与分类402

9.5.2 对涡结构形成过程的控制402

9.5.3 对涡结构消亡过程的控制405

9.5.4 对涡结构发展过程的其它控制406

参考文献407

第十章波－涡相互作用409

10.1 引言409

10.2 感受性与非定常库塔条件410

10.2.1 一般说明410

10.2.2 典型事例415

10.3 波涡相互作用中的整流419

10.3.1 欧拉整流420

10.3.2 广义拉格朗日平均整流422

10.4 波－涡共振425

10.4.1 自由剪切层的强迫共振426

10.4.2 尾涡街的波涡共振428

10.4.3 旋涡管中的自激声涡共振整流430

10.5 用强制波调控旋涡的某些应用研究430

10.5.1 强制波推迟边界层分离和促进再附432

10.5.2 强制波推迟旋涡破裂433

10.5.3 强制波对三角翼前缘涡的调控434

10.5.4 柔壁行波减阻436

10.5.5 用强制波调控涡流的一些参考准则437

参考文献439

第十一章非定常流实验方法442

11.1 非定常气动力测量443

11.2 非定常压强测量445

11.3 非定常流速测量447

11.4 涡量测量449

11.5 流动显示方法451

11.5.1 流动显示法简介451

11.5.2 色液法、氢泡法与微烟丝法453

11.5.3 微粒跟随性457

11.5.4 历史效应459

11.6 非定常流的瞬时速度场测量460

11.6.1 准瞬态速度矢量场的测量460

11.6.2 二维瞬态速度矢量场测量462

11.7 激光诱发管光技术469

11.8 层析技术470

参考文献472

第十二章非定常流的数值模拟475

12.1 引言475

12.2.1 涡方法简介478

12.2 涡方法478

12.2.2 涡方法的改进和发展485

12.2.3 涡方法在旋涡起主导作用的流动中的应用487

12.3 有限差分法492

12.3.1 控制方程492

12.3.2 网格生成494

12.3.3 数值格式496

12.3.4 格式的精度分析503

12.3.6 非定常解的唯一性与初始条件505

12.3.5 人工粘性项问题505

12.3.7 网格节点数对解的影响506

12.3.8 时间步长的影响507

12.3.9 湍流模型问题508

12.3.10 边界条件的处理509

12.3.11 若干应用实例509

参考文献516

13.1 引言519

第十三章涡控制技术519

13.2 涡生成和涡相互作用的机理520

13.3 定常涡控制方法523

13.3.1 分隔设想523

13.3.2 边条523

13.3.3 涡襟翼524

13.3.4 用质量引射的涡控制525

13.4 非定常涡控制方法528

13.4.1 时间相关的物体整体运动528

13.4.2 部分壁面边界运动531

13.4.3 采用某些专门流动扰动装置的激励532

13.4.4 对湍流边界层和尾流中的混合过程施加周期性作用533

13.4.5 周期性变化的气流中静止翼型上的非定常气动力534

13.5 一些结论534

参考文献535

名词索引538