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离心叶轮失速涡结构演化与耦合特征研究
1
作者 钟云红 刘正先 +1 位作者 李孝检 赵明 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第4期91-99,共9页
为深入解析离心压气机旋转失速的涡流耦合演化机理,基于Eckardt离心叶轮全通道非定常数值模拟数据,利用涡系识别法和傅里叶频谱分析等方法研究了失速工况下叶轮中关键涡流结构的空间分布特征及非定常演化规律,发现失速流场同时存在两类... 为深入解析离心压气机旋转失速的涡流耦合演化机理,基于Eckardt离心叶轮全通道非定常数值模拟数据,利用涡系识别法和傅里叶频谱分析等方法研究了失速工况下叶轮中关键涡流结构的空间分布特征及非定常演化规律,发现失速流场同时存在两类涡流结构:叶片前缘龙卷风涡和叶顶泄漏涡,两类流动结构交替演化、相互作用,形成了以63%叶轮转速周向传播的失速团,促使离心叶轮失速。具体体现为:叶顶泄漏涡形成并发展,裹挟、牵引叶片前缘分离涡从叶顶开始剥离,直至完全从叶片吸力面脱落。脱落后的分离涡沿周向运动,受到叶片阻挡产生溢流,该溢流流体在叶片压力面与吸力面横向压差的作用下演变为龙卷风涡,该龙卷风涡在周向运动过程中被叶片“截断”为两段而后向下游扩散并逐渐耗散消失。之后新的叶顶泄漏涡又逐渐兴起,形成下一个涡流演化周期。两种涡结构此消彼长、周而复始,共同构成了失速演化特征。 展开更多
关键词 离心叶轮 旋转失速 龙卷风涡结构 叶顶泄漏涡 耦合演化
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高精度IPDG湍流模拟及通量格式数值特性
2
作者 郝世熙 丁秋实 +4 位作者 魏桐 刘正先 刘伟 李孝检 赵明 《空气动力学学报》 CSCD 北大核心 2023年第11期94-102,I0002,共10页
为更高精度数值求解复杂湍流问题,在内罚间断伽辽金(internal penalty discontinuous Galerkin,IPDG)方法框架内发展了基于SST k-ω模型的湍流模拟方法,通过对亚/跨/超声速工况下流场的数值计算与湍流特征捕捉,验证了方法的适用性,进而... 为更高精度数值求解复杂湍流问题,在内罚间断伽辽金(internal penalty discontinuous Galerkin,IPDG)方法框架内发展了基于SST k-ω模型的湍流模拟方法,通过对亚/跨/超声速工况下流场的数值计算与湍流特征捕捉,验证了方法的适用性,进而系统分析了AUSM、Lax-F、HLL和Roe 4种通量格式在IPDG湍流模拟中的数值特性。结果表明:AUSM格式在超声速工况下脱体激波面“褶皱”现象明显;Lax-F格式和HLL格式数值耗散大,在激波解析方面精度较低,且Lax-F格式在激波脚后诱导产生流动分离;Roe格式具备宽速域适用性,计算精度较高且能精确解析激波结构。 展开更多
关键词 间断伽辽金 内罚方法 通量格式 SST k-ω湍流模型
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采用辐射修正的火焰面/进度变量方法模拟扩散燃烧火焰
3
作者 赵志涛 刘正先 +1 位作者 赵明 贺莹 《燃烧科学与技术》 CAS CSCD 北大核心 2023年第3期355-364,共10页
基于开源平台OpenFOAM开发火焰面/进度变量方法求解器,采用进度变量在燃烧S曲线上的不同的插值方法分别对甲烷扩散燃烧火焰进行模拟分析.将模拟结果与试验值进行对比分析,结果表明采用进度变量及混合分数为指标的插值结果更接近试验值.... 基于开源平台OpenFOAM开发火焰面/进度变量方法求解器,采用进度变量在燃烧S曲线上的不同的插值方法分别对甲烷扩散燃烧火焰进行模拟分析.将模拟结果与试验值进行对比分析,结果表明采用进度变量及混合分数为指标的插值结果更接近试验值.在此基础上探讨了在火焰面/进度变量模型中添加辐射模型对甲烷/空气燃烧数值模拟结果的影响,辐射模型采用P1辐射模型与光学薄模型(OTM)进行对比分析.通过与试验值的对比发现,由能量方程隐式计算得到温度并添加辐射模型的火焰面/进度变量方法不仅提高了部分轴向位置截面温度及最终产物CO_(2)、H_(2)O的计算精度,而且使中间组分CO、H_(2)及OH的模拟结果更加接近试验值.火焰面/进度变量方法结合辐射模型可以更为精准地计算湍流扩散火焰中的燃烧过程. 展开更多
关键词 扩散燃烧 火焰面 反应进度变量 S曲线 辐射模型
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离心叶轮内三维湍流流场的LDV测量 被引量：8
4
作者 刘正先 姜印平 +2 位作者 曹淑珍 林梅 苗永淼 《航空动力学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2002年第3期287-291,共5页
应用激光多普勒测速仪和旋转编码器实现了对后弯闭式离心叶轮内三维湍流流场的测量。较详细地描述了设计工况下回转流面上主流速度的分布特点 ;绘出了径向流面上速度矢量分布图 ,结果表明在旋转流场中 ,流体粘性对气流方向具有不可忽视... 应用激光多普勒测速仪和旋转编码器实现了对后弯闭式离心叶轮内三维湍流流场的测量。较详细地描述了设计工况下回转流面上主流速度的分布特点 ;绘出了径向流面上速度矢量分布图 ,结果表明在旋转流场中 ,流体粘性对气流方向具有不可忽视的作用 ;实验测量还得到了在曲率和旋转因素的综合作用下 ,流道中部和出口处产生的由强到弱的二次流涡 。 展开更多
关键词 离心叶轮 湍流 流场 LDV测量 流动测试
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非设计工况下离心叶轮内湍流场的LDV测量 被引量：6
5
作者 刘正先 王永 +2 位作者 曹淑珍 谷传纲 苗永淼 《航空动力学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2004年第4期449-454,共6页
利用激光多普勒测速仪(LDV)对后弯闭式离心叶轮内部气流在非设计工况下的流动进行了实验测量。对比描述了大于和小于设计流量时叶轮流道回转流面上主流速度的分布特点,径向流面上的速度矢量图更清晰地说明了不同进口条件导致流道内气流... 利用激光多普勒测速仪(LDV)对后弯闭式离心叶轮内部气流在非设计工况下的流动进行了实验测量。对比描述了大于和小于设计流量时叶轮流道回转流面上主流速度的分布特点,径向流面上的速度矢量图更清晰地说明了不同进口条件导致流道内气流流动产生分离的位置、强度以及发展的差异。二次流矢量图表明流量的改变影响了离心力和哥氏力在流动中的作用,导致在垂直于主流方向引起截然不同的二次涡旋流动。 展开更多
关键词 航空、航天推进系统 离心叶轮 非设计工况 湍流 LDV测量
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罗茨鼓风机内部气流脉动的非定常数值分析 被引量：10
6
作者 刘正先 徐莲环 赵学录 《航空动力学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2007年第3期400-405,共6页
运用计算流体动力学方法对渐开线三叶罗茨鼓风机排气过程中的脉动进行了可压缩非定常流动的数值模拟,在动静耦合区域采用了非一致网格界面,用动网格方法实现了排气区域流场的容积变化,通过将数值模拟结果与半经验理论公式计算结果的对... 运用计算流体动力学方法对渐开线三叶罗茨鼓风机排气过程中的脉动进行了可压缩非定常流动的数值模拟,在动静耦合区域采用了非一致网格界面,用动网格方法实现了排气区域流场的容积变化,通过将数值模拟结果与半经验理论公式计算结果的对比分析,探讨了运转周期内气流脉动的分布特性和对排气流量的影响. 展开更多
关键词 航空 航天推进系统 罗茨鼓风机 数值模拟 动网格 排气流量 脉动
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气体涡轮流量计的改进及实验测量 被引量：13
7
作者 刘正先 孟庆国 +2 位作者 梁永超 宁潜有 钟文凯 《流体机械》 CSCD 2003年第5期8-10,24,共4页
对气体涡轮流量计的主要组件引起的压力损失进行了对比实验测量 ,比较了整流栅形状、叶轮叶片数和后导流器不同结构对压损的影响程度。结果表明 ,后导流器相对整流栅和叶轮是产生压力损失的主要因素 ,采取改进的后导流结构 ,可以明显降... 对气体涡轮流量计的主要组件引起的压力损失进行了对比实验测量 ,比较了整流栅形状、叶轮叶片数和后导流器不同结构对压损的影响程度。结果表明 ,后导流器相对整流栅和叶轮是产生压力损失的主要因素 ,采取改进的后导流结构 ,可以明显降低流量计的压损 ,同时得到更好的仪表系数值 。 展开更多
关键词 涡轮流量计 导流器 压力损失 仪表系数
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离心叶轮内三维湍流流场的数值计算与实验比较 被引量：14
8
作者 刘正先 曹淑珍 +3 位作者 谷传纲 苗永淼 王玉明 刘艳梅 《流体机械》 CSCD 北大核心 2000年第4期9-12,共4页
采用高阶各向异性k -ε模型 (MAKE)和标准k -ε模型 (SKE)对实验离心叶轮内设计工况下的三维湍流流场进行了数值计算 ,并与采用LDV测量系统测得的实验结果进行了比较 ,结果表明 :两种模型均能模拟出设计工况下离心叶轮内气流的流动变化... 采用高阶各向异性k -ε模型 (MAKE)和标准k -ε模型 (SKE)对实验离心叶轮内设计工况下的三维湍流流场进行了数值计算 ,并与采用LDV测量系统测得的实验结果进行了比较 ,结果表明 :两种模型均能模拟出设计工况下离心叶轮内气流的流动变化及二次流动现象 ,但由于SAKE模型考虑了旋转和曲率在流动过程中的影响 ,故在气流的分布趋势 ,流动方向的变化等方面 。 展开更多
关键词 离心叶轮 数值模拟 三维湍流流场
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不同工况对离心叶轮内部流场特性影响的实验研究 被引量：8
9
作者 刘正先 赵衡 +2 位作者 曹淑珍 谷传纲 苗永淼 《流体机械》 CSCD 2004年第10期1-4,共4页
利用激光多普勒测速系统 (LDV)在设计和非设计等 3种工况下对后弯闭式离心叶轮内部气流流动的影响进行了实验测量。利用测量数据对比描述了不同流量下流道出口主流速度分布的特点。径向面上的速度矢量图说明了不同进口条件下流道内气流... 利用激光多普勒测速系统 (LDV)在设计和非设计等 3种工况下对后弯闭式离心叶轮内部气流流动的影响进行了实验测量。利用测量数据对比描述了不同流量下流道出口主流速度分布的特点。径向面上的速度矢量图说明了不同进口条件下流道内气流流动产生分离的位置、强度以及发展。 展开更多
关键词 离心叶轮 内流 湍流特性 实验测量
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离心叶轮内三维湍流流场的实验研究 被引量：9
10
作者 刘正先 曹淑珍 +2 位作者 谷传纲 苗永淼 范春辉 《工程热物理学报》 EI CAS CSCD 北大核心 1999年第5期558-562,共5页
利用多普勒激光测速仪对闭式后弯离心叶轮内三维湍流流场进行了实验研究。叶轮在带有无叶扩压器的通风机内运行。对整个流道内各流面的测点进行了详细的数据采集和统计．由得到的测量结果，分析了叶轮内回转面、径向面上主流速度的分布... 利用多普勒激光测速仪对闭式后弯离心叶轮内三维湍流流场进行了实验研究。叶轮在带有无叶扩压器的通风机内运行。对整个流道内各流面的测点进行了详细的数据采集和统计．由得到的测量结果，分析了叶轮内回转面、径向面上主流速度的分布及发展趋势，气流角由叶轮进口向出口、由压力侧向吸力侧的变化规律、以及叶轮出口处二次旋涡流动等流动特性。 展开更多
关键词 离心叶轮 激光测量 主流速度 湍流流场
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对三叶罗茨鼓风机内泄漏量公式的修正 被引量：5
11
作者 刘正先 徐莲环 +1 位作者 赵学录 杨玉敏 《流体机械》 CSCD 北大核心 2007年第6期28-31,共4页
对通用三叶罗茨鼓风机和带逆流冷却的高压罗茨鼓风机的内泄漏经验计算公式进行了修正,应用原有经验公式以及修正后计算公式对内泄漏量进行计算并与试验结果值做了比较。比较结果证明修正公式计算结果是准确的,可提高带逆流冷却罗茨鼓风... 对通用三叶罗茨鼓风机和带逆流冷却的高压罗茨鼓风机的内泄漏经验计算公式进行了修正,应用原有经验公式以及修正后计算公式对内泄漏量进行计算并与试验结果值做了比较。比较结果证明修正公式计算结果是准确的,可提高带逆流冷却罗茨鼓风机泄漏量的工程计算精度。 展开更多
关键词 罗茨鼓风机 逆流冷却 内泄漏量 修正
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涡轮流量计前导流器的结构与性能 被引量：14
12
作者 刘正先 徐莲环 《机械工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2008年第1期233-237,共5页
对DN100气体涡轮流量计的关键部件之一前导流器引起的流量计压力损失进行试验测量和数值计算。对比分析两种不同结构前导流器对压力损失的影响,发现前导流器的结构变化不仅影响该部位的气流速度分布,使当地压力损失发生变化,更重要的是... 对DN100气体涡轮流量计的关键部件之一前导流器引起的流量计压力损失进行试验测量和数值计算。对比分析两种不同结构前导流器对压力损失的影响,发现前导流器的结构变化不仅影响该部位的气流速度分布,使当地压力损失发生变化,更重要的是对后面各部件内的气体流动速度梯度和压力恢复也有明显影响,使总压损失进一步放大或减小。数值计算通过分析流动参数的变化从流动机理上解释了结构与压损间的关系。 展开更多
关键词 涡轮流量计 前导流器 压力损失 数值模拟
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基于网格数值耗散修正的圆湍射流模型 被引量：3
13
作者 刘正先 张晓星 +1 位作者 张丽杰 罗纪生 《天津大学学报（自然科学与工程技术版）》 EI CSCD 北大核心 2015年第12期1050-1056,共7页
基于民用机舱内个性通风口,以圆湍射流作为研究对象,以标准κ-ε湍流模型较精细数值模拟与实验对比结果为出发点,通过对粗网格下数值结果的分析,针对网格尺度增大导致计算中数值耗散相应增大、射流速度沿轴向和径向衰减过快问题,从湍流... 基于民用机舱内个性通风口,以圆湍射流作为研究对象,以标准κ-ε湍流模型较精细数值模拟与实验对比结果为出发点,通过对粗网格下数值结果的分析,针对网格尺度增大导致计算中数值耗散相应增大、射流速度沿轴向和径向衰减过快问题,从湍流耗散率方程出发,对影响湍流耗散的生成项和耗散项进行修正,平衡因网格尺度产生流动衰减过快的因素,进而提出了耗散率修正的κ-ε湍流模型.采用该修正模型验证了不同雷诺数和非等温条件下射流的适用性.应用修正的湍流模型可以避免机舱内大尺度空间流动对网格的苛刻要求,明显减少网格总数,同时达到对舱内复杂结构和边界条件下流场特征的正确模拟. 展开更多
关键词 个性化送风口 数值模拟 湍流模型 湍流耗散率
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入口非均匀气流对离心压缩机级性能的影响 被引量：4
14
作者 刘正先 王桂林 李俊峰 《工程热物理学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第3期415-418,共4页
利用计算软件中的UDF功能,将非均匀入口速度分布程序与CFD的核心求解器链接,实现了非均匀入口边界条件对压缩机级性能影响的数值模拟。对入口速度沿径向和切向的非均匀分布,在全量程范围内,对压缩机级多变效率、能量头系数等曲线的影响... 利用计算软件中的UDF功能,将非均匀入口速度分布程序与CFD的核心求解器链接,实现了非均匀入口边界条件对压缩机级性能影响的数值模拟。对入口速度沿径向和切向的非均匀分布,在全量程范围内,对压缩机级多变效率、能量头系数等曲线的影响进行了对比分析,得出受入口速度非均匀性影响,压缩机内部流场和级性能的变化结果,为压缩机实际运行中变入口条件后性能的预测提供依据。 展开更多
关键词 离心压缩机 入口速度分布 非均匀性 流动性能 数值模拟
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高阶各向异性k—ε模型及其常系数的数值研究 被引量：4
15
作者 刘正先 宋保军 +1 位作者 谷传纲 苗永森 《工程热物理学报》 EI CAS CSCD 北大核心 1996年第S1期31-35,共5页
高阶各向异性ｋ—ε模型及其常系数的数值研究刘正先，宋保军，谷传纲，苗永森（西安交通大学能源与动力工程学院西安７１００４９）关键词湍流，各向异性，数值模拟１前言湍流流场的数值研究目前主要依赖于湍流模型的建立，７０年代期... 高阶各向异性ｋ—ε模型及其常系数的数值研究刘正先，宋保军，谷传纲，苗永森（西安交通大学能源与动力工程学院西安７１００４９）关键词湍流，各向异性，数值模拟１前言湍流流场的数值研究目前主要依赖于湍流模型的建立，７０年代期间，由Ｌａｕｎｄ。ｒ和Ｓｐａｌｄｉ... 展开更多
关键词 湍流 各向异性 数值模拟
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目标优化算法在叶片参数化设计中的应用 被引量：2
16
作者 刘正先 韩博 鲁业明 《天津大学学报（自然科学与工程技术版）》 EI CSCD 北大核心 2017年第1期19-27,共9页
针对离心叶轮优化设计中调控参数不明确、难以直接获得最优设计结果的状况,将单层神经网络算法应用于离心叶轮优化,并建立了分层优化的算法.根据设计目标将离心叶轮叶片优化设计分为压比和效率两个阶段,随后分析确定了各目标阶段的有效... 针对离心叶轮优化设计中调控参数不明确、难以直接获得最优设计结果的状况,将单层神经网络算法应用于离心叶轮优化,并建立了分层优化的算法.根据设计目标将离心叶轮叶片优化设计分为压比和效率两个阶段,随后分析确定了各目标阶段的有效控制变量参数.最后以初始叶轮为基础,将该目标优化算法应用于某工业叶轮的改型实例设计,结果表明:压比目标算法使叶轮达到压比值要求;一次效率目标算法实现了对叶轮设计点流量的调控;二次效率目标算法达到了对叶轮非设计工况性能的提升. 展开更多
关键词 离心叶轮 目标算法 单层神经网络 分级优化设计 数值计算
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机舱通风口冲击射流湍流特征分析及验证 被引量：2
17
作者 刘正先 张冀伸 平艳 《天津大学学报（自然科学与工程技术版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第4期292-297,共6页
以机舱个性化通风口为背景,对自由射流加壁面冲击射流,采用几种湍流模型数值分析了10倍冲击高度、雷诺数为9,000的气流遇到冲击板后湍流脉动、流动转折等流动特征.探讨了湍流模型对冲击射流关键位置平均速度、脉动速度以及雷诺应力等流... 以机舱个性化通风口为背景,对自由射流加壁面冲击射流,采用几种湍流模型数值分析了10倍冲击高度、雷诺数为9,000的气流遇到冲击板后湍流脉动、流动转折等流动特征.探讨了湍流模型对冲击射流关键位置平均速度、脉动速度以及雷诺应力等流动参数特征的模拟能力,通过与实验测量结果的对比,确定了湍流模型在冲击射流中的适用性和局限性.综合来看,Relizable k-ε模型可以得到与实验值较好的符合度,但在近壁面区域会略有偏差.分析结果认为将RANS和LES组合将是开展实际机舱内通风口射流研究的最佳策略. 展开更多
关键词 冲击射流 冲击区 数值模拟方法 湍流特征
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有曲率影响的湍流流场中几种k-ζ模型的数值 被引量：5
18
作者 刘正先 苗永淼 《天津大学学报（自然科学与工程技术版）》 CSCD 2000年第1期97-100,共4页
采用圆柱坐标系下简化的高阶各向异性kε模型、标准kε模型和各向异性kε模型分别对有曲率影响的弯管内湍流流动进行数值分析,并与实验数据作比较.结果表明,由于MAKE模型考虑了曲率对雷诺应力的影响,对雷诺应力的预估更与实验值符合.对... 采用圆柱坐标系下简化的高阶各向异性kε模型、标准kε模型和各向异性kε模型分别对有曲率影响的弯管内湍流流动进行数值分析,并与实验数据作比较.结果表明,由于MAKE模型考虑了曲率对雷诺应力的影响,对雷诺应力的预估更与实验值符合.对近壁区主流速度、雷诺应力的计算,MAKE模型比SKE模型、AKE模型有进一步的改善.证明MAKE模型预测有曲率影响的湍流流动行之有效. 展开更多
关键词 湍流 各向异性 数值模拟 K-ε模型 曲率 数值
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实际气体介质离心压缩机级气动性能相似性分析 被引量：1
19
作者 刘正先 朱畅 韩博 《天津大学学报（自然科学与工程技术版）》 EI CSCD 北大核心 2016年第7期721-727,共7页
为研究某一离心压缩机模型级气动性能是否随不同实际气体介质变化,通过验证数值模拟与实验结果的符合性,采用数值方法对比分析了以空气为原始工作介质和以R134a(氟利昂)、CH_4(甲烷)为实际气体介质在当量转速与变转速下的气动性能的相... 为研究某一离心压缩机模型级气动性能是否随不同实际气体介质变化,通过验证数值模拟与实验结果的符合性,采用数值方法对比分析了以空气为原始工作介质和以R134a(氟利昂)、CH_4(甲烷)为实际气体介质在当量转速与变转速下的气动性能的相似性及变化规律:无论以设计工况还是非设计工况为当量转换点,均能获得一致的当量转速值,且不同实际气体介质在当量转速下的多变效率及多变能量头系数曲线与原始气体性能曲线能够保持很好的符合度.以实际气体CH_4为例,说明了在变转速条件下,压缩机气动性能在亚音速时,不同马赫数的性能曲线及工况范围变化趋势一致;跨音速时,气体的最高效率点明显移向大流量工况,且马赫数越大,运行工况范围显著变窄,同时性能曲线不再满足相似性规律. 展开更多
关键词 离心压缩机 实际气体 当量转速 气动性能
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高阶各向异性k－ε模型及在直通道湍流流场中的数值研究 被引量：2
20
作者 刘正先 宋保军 《航空动力学报》 EI CAS CSCD 北大核心 1996年第4期393-396,共4页
ＡＨＩＧＨ－ＯＲＤＥＲＡＮＩＳＯＴＲＯＰＩＣＫ－εＭＯＤＥＬＡＮＤＩＴＳＮＵＭＥＲＩＣＡＬＩＮＶＥＳＴＩＧＡＴＩＯＮＩＮＴＷＯＤＩＭＥＮＳＩＯＮＡＬＴＵＲＢＵＬＥＮＴＦＬＯＷＦＩＥＬＤＳＬｉｕＺｈｅｎｇｘｉａｎ，Ｓｏ... ＡＨＩＧＨ－ＯＲＤＥＲＡＮＩＳＯＴＲＯＰＩＣＫ－εＭＯＤＥＬＡＮＤＩＴＳＮＵＭＥＲＩＣＡＬＩＮＶＥＳＴＩＧＡＴＩＯＮＩＮＴＷＯＤＩＭＥＮＳＩＯＮＡＬＴＵＲＢＵＬＥＮＴＦＬＯＷＦＩＥＬＤＳＬｉｕＺｈｅｎｇｘｉａｎ，ＳｏｎｇＢａｏｊｕｎ，ＧｕＣｈｕａｎｇ... 展开更多
关键词 湍流 各向异性 数值模拟
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