可压缩槽道湍流的多模态分解和多尺度分析

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    91952104
  • 项目类别:
    重大研究计划
  • 资助金额:
    95.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    A0901.湍流与流动稳定性
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2019
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2020-01-01 至2022-12-31

项目摘要

Compressible turbulence plays an important role in many industrial problems and natural phenomena, including the development of supersonic aircraft, controlled thermonuclear reaction, explosion of supernova. As compared to the situation of incompressible turbulence, there are more types of flow structures in compressible turbulence, including vortex, acoustic waves, shock waves, expansion waves. In this proposal, we perform direct numerical simulations to study the properties of compressible turbulent channel flow at different Mach numbers and different Reynolds numbers. The contents of this proposal include: spectra and small-scale structures of velocity, density, temperature and pressure, and multi-scale transfer of kinetic energy and thermodynamic variables. By Helmholtz decomposition, our study is focused on the spectrum and small-scale structures of compressible component of the velocity, and the multi-scale transfer of compressible component of kinetic energy. By further performing decomposition on the compressible component of the velocity, we investigate the spatial structures and statistical properties of the acoustic mode and the pseudo-sound mode of the velocity. Through the implementation of this project, we seek to systematically understand the multi-mode structures and multi-scale behaviors of compressible turbulent channel flow, and provide the basis for the further study of the properties of complex compressible turbulence.
可压缩湍流在超声速航空飞行器设计、受控热核反应、超新星爆炸等各类工程问题和自然现象中起到关键的作用。与不可压缩湍流相比,可压缩湍流具有更加丰富的流动结构,包括旋涡、声波、激波、膨胀波。本项目主要通过直接数值模拟研究可压缩槽道湍流在不同马赫数和不同雷诺数情况下的流动机理。研究内容包括:速度、密度、温度和压力等重要物理量的谱和小尺度结构,以及动能和热力学量的多尺度传输。采用亥姆霍兹分解,重点研究速度场的胀压部分的谱和小尺度结构,以及动能的胀压部分的多尺度传输。然后通过对速度场的胀压部分做进一步分解,研究速度场的声波模态和伪声模态的空间结构和统计特性。通过本项目的实施,系统地了解可压缩槽道湍流的多模态结构和多尺度行为,为研究复杂条件下的可压缩湍流的流动机理提供参考依据。

结项摘要

可压缩壁湍流在航空航天等相关领域的工程问题中起到重要的作用。项目研究人员在过去3年中,通过直接数值模拟方法系统地开展了可压缩槽道湍流和高超声速边界层湍流的流动机理研究。建立了速度和热力学量关于马赫数的标度关系。揭示了壁面温度对流动可压缩性的影响。总结了动能的多尺度传输规律。通过二次积分分解方法,解释了边界层转捩处摩擦阻力和热流的过冲现象。了解了流动拓扑结构随法向距离的分布规律,以及对拟涡能的生成过程和动能的多尺度传输的影响。通过系统地研究可压缩壁湍流的流动机理,为发展相应的高精度湍流模型提供了理论支持。共发表了34篇期刊论文。培养毕业硕士研究生2人,毕业博士研究生2人,出站博士后3人。

项目成果

期刊论文数量(34)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Effects of compressibility and Atwood number on the single-mode Rayleigh-Taylor instability
压缩性和阿特伍德数对单模瑞利-泰勒不稳定性的影响
  • DOI:
    10.1063/1.5131585
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Physics of Fluids
  • 影响因子:
    4.6
  • 作者:
    Luo Tengfei;Wang Jianchun;Xie Chenyue;Wan Minping;Chen Shiyi
  • 通讯作者:
    Chen Shiyi
Artificial neural network-based spatial gradient models for large-eddy simulation of turbulence
基于人工神经网络的湍流大涡模拟空间梯度模型
  • DOI:
    10.1063/5.0053590
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    AIP Advances
  • 影响因子:
    1.6
  • 作者:
    Wang Yunpeng;Yuan Zelong;Xie Chenyue;Wang Jianchun
  • 通讯作者:
    Wang Jianchun
Kinetic energy transfer in compressible homogeneous anisotropic turbulence
可压缩均匀各向异性湍流中的动能传递
  • DOI:
    10.1103/physrevfluids.6.064601
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    Physical Review Fluids
  • 影响因子:
    2.7
  • 作者:
    Wang Xiaoning;Wang Jianchun;Li Hui;Chen Shiyi
  • 通讯作者:
    Chen Shiyi
High-order gas-kinetic scheme for large eddy simulation of turbulent channel flows
湍流通道流大涡模拟的高阶气体动力学方案
  • DOI:
    10.1063/5.0071059
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    Physics of Fluids
  • 影响因子:
    4.6
  • 作者:
    Wenjin Zhao;Jianchun Wang;Guiyu Cao;Kun Xu
  • 通讯作者:
    Kun Xu
Compressibility effect in hypersonic boundary layer with isothermal wall condition
等温壁面条件下高超声速边界层的压缩效应
  • DOI:
    10.1103/physrevfluids.6.054609
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    Physical Review Fluids
  • 影响因子:
    2.7
  • 作者:
    Xu Dehao;Wang Jianchun;Wan Minping;Yu Changping;Li Xinliang;Chen Shiyi
  • 通讯作者:
    Chen Shiyi

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其他文献

基于人工神经网络的可压缩湍流大涡模拟模型
  • DOI:
    10.1016/j.triboint.2014.05.019
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    航空学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    谢晨月;王建春;万敏平;陈十一
  • 通讯作者:
    陈十一
基于投影条纹级次识别的发动机叶片三维测量方法
  • DOI:
    10.3788/lop55.041201
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    激光与光电子学进展
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    马龙;徐泓悦;胡艳敏;王建春;黄超;裴昕
  • 通讯作者:
    裴昕
济南市城市化与水环境安全耦合协调分析
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    王建春;王琳;徐祥功;任丽军
  • 通讯作者:
    任丽军
微流控细胞芯片生命分析应用多元化
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2012
  • 期刊:
    分析化学
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    王建春;涂琴;王雪琴;王进义
  • 通讯作者:
    王进义
甲基2β2环糊精对肺泡Ⅱ型上皮细胞增殖和TGF2β/Smad信号通路的影响
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    第三军医大学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    王 勤;王建春;李玉英;王关嵩
  • 通讯作者:
    王关嵩

其他文献

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王建春的其他基金

基于机器学习的湍流大涡模拟的亚格子模型
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2021
  • 资助金额:
    61 万元
  • 项目类别:
    面上项目
可压缩各向同性湍流统计特性的进一步研究
  • 批准号:
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    25.0 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目

相似国自然基金

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AI项目解读示例

课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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