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开放流场空间动力学行为的一种实验研究框架及几类经典流场研究

谢锡麟  
【摘要】:本文提出了一种空间演化开放流场局部和全局动力学行为的实验研究框架。从数学而言,这一框架的理论基础可归结为描述不可压缩脉动场的Navier-Stokes方程(NSE)的两个等价形式。从实验而言,局部动力学,亦即NSE方程的非线性性对扰动空间局部演化的贡献可由推广的auto-bipsectrum来揭示。本文研究发现,NSE的非线性性对于小尺度结构的激发或湍流生成起着本质性的作用。另一方面,基于真实开放流场的特点提出了物理有界吸引子(Physical Territorial Attractor,简称PTA)的概念。籍此开放流场的空间演化可由不同形式的PTA来描述。一个PTA内部以及不同PTA内部间的全局动力学能通过全局关系加以研究。此类全局关系被证明是完全等价于NSE的。基于此种实验研究框架,本文对轴对称自由剪切流、变密度轴对称射流以及圆柱尾迹进行了一定的研究。


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