二维槽道湍流研究：数值模拟与非线性行为分析

"李新亮博士的学位论文详细探讨了基于数值模拟的槽道湍流行为，特别是二维和三维湍流的非线性特征。他利用高效算法对不可压二维槽道流动进行了数值模拟，分析了不同雷诺数下的流动模式，并与已有的研究结果进行了对比。" 这篇论文主要涉及以下几个关键知识点： 1. **二维槽道流动的非线性行为**：作者指出，虽然实际湍流本质上是三维的，但二维湍流模型在某些情况下仍具有研究价值，特别是在简化复杂计算和理解某些特殊流动现象时。二维湍流数值模拟可以揭示上抛、下扫和间歇等特征，与三维湍流有相似之处。 2. **数值模拟方法**：李新亮博士采用了直接数值模拟（DNS）来求解二维不可压Navier-Stokes（N-S）方程，这种方法需要解决由平均压力梯度驱动的槽道内流体动力学问题。控制方法为定流量，边界条件包括流向的周期性和法向的无滑移条件。使用非均匀交错网格进行计算，初始条件是抛物型平均流动叠加线性理论的不稳定扰动。 3. **高效算法的构建**：论文中提到的高效算法用于处理不可压N-S方程，这有助于减少计算复杂性和提高数值模拟的精度。这种算法在128*129网格点上进行，时间推进步长为0.01。 4. **数值计算结果与结论**：通过数值模拟，得到了不同Re数下的周期解和拟周期解，分析了流动的上抛下扫和间歇现象，结果与Jiménez等人(1990)的研究相符。此外，论文还对比了二维和三维湍流的平均速度剖面、统计量和剪应力分布，指出它们在近壁区有相似性，但在中心区有显著差异。 5. **湍流的标度律分析**：论文进一步探讨了槽道湍流的标度律，这涉及到流场的自相似性质和能量传递过程，对于理解和预测湍流行为至关重要。 6. **博士研究生工作**：李新亮的博士研究不仅涵盖了理论和数值方法，还包括对现有湍流理论的扩展和验证，这表明他在流体力学领域，特别是在计算流体动力学（CFD）方面有深入的学术贡献。 这篇论文对于理解槽道湍流的非线性行为，以及发展更有效的数值模拟技术，对于未来在大气湍流、工程流体问题等领域都有重要的理论和实践意义。