什么叫做“准定常流”？

freepony

什么叫做“准定常流”？这也许是个弱弱的问题，但即使是气动专业的学生，我仍旧不能准确定义，所以被别人问的哑口无言。希望各位高手大侠予以指教。

通流

流动是非定常的，但可以用定常流动来近似。
这是解决实际问题的方法。这里面的花样可是很多的。

freepony

昨天开题答辩，我的题目大概是激波在狭缝间的震荡（有粘），有个清华的老师叫我用准定常考虑。我其实特别不明白。求指点。首先我认为这个东西，包含了激波边界层的干扰，所以肯定是非定常的，但是一旦非定常，我这个硕士题目就太难了。现在无限焦虑中。

mpll

振荡意味着时间周期,定常意味着与时间过程无关.

周华

原帖由 freepony 于 2012-2-19 21:55 发表

                               
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昨天开题答辩，我的题目大概是激波在狭缝间的震荡（有粘），有个清华的老师叫我用准定常考虑。我其实特别不明白。求指点。首先我认为这个东西，包含了激波边界层的干扰，所以肯定是非定常的，但是一旦非定常，我这个 ...

不清楚你具体做什么题目，准定常一般要抹杀非定常特性，包括频率、振幅等等，如果你研究的东西跟这些东西有关，则准定常的解仅可用于初始解。如果这些东西并非你要考虑的核心内容，而仅只需要考虑压强、粘性等特性，则用时间平均得到准定常解也可以，当然误差会大一些，但对于分析问题还是有参考价值的。

蓝莲叶

而且这个时间尺度弄不好会非常的小，我认识的人里，以前有人算过关于叶栅的波/附面层干涉。非定常模拟的时候大概前后算了半年时间。猜老师说的让从准定常角度考虑兴许就是这个意思。

[ 本帖最后由 蓝莲叶 于 2012-2-19 22:31 编辑 ]

freepony

可能我的理解和站长大人的意思比较接近，我还需要广泛的调查一下，谢谢各位大人的指导。

通流

我如果是你，或者是你的导师的话，我的思路大概是这样的。
（1）总的目标是用定常计算来得到非定常的时间平均的激波位置（也就是压力分布），损失。我已经假定你要寻找的是时间平均的损失和负荷。如果你要搞非定常内容，那么准定常就比较难以理解了。最终结果应该是定常方程中加一些修正项。
（2）这些修正项应该是跟一些无量纲参数有关。比如跟激波强度，雷诺数等有关的修正系数，或修正用的函数。
（3）由于你是一个硕士生，我想如果你能够通过一个或几个实际的算例，来说明，这样的思路确实是有可能的。也就是对某一个（或几个）算例，你能够找到那些修正系数，使得定常的计算能够得到时间平均的非定常计算结果。但你没有必要找到这些修正项跟哪些无量纲参数有关（那是博士的水平）。
（4）即使是这样，你仍然需要做定常的和非定常的计算。这个只是工作量的问题，并不体现水平。

通流

如果你想知道的是非定常的部分，还有一种常用的方法是相当于线性化你的问题。这里的线性化的意思是流场可以分解成定常部分和非定常部分，而这两个解是可以线性叠加的。这也是为什么这样的方法称作线性方法。
定常部分的解可以用普通的方法计算出来。非定常的部分这要在定常解的基础上做出来。这是这里的难点。可能已经超出了要求范围。如果是博士论文的话，这就比较合适的了。

onesupeng

楼上博导啊？

通流

怎么？你觉得我的主意不合格？

白文

不才以为Wright&Cooper的定义最准确，说得也最清楚：

The quasi-steady assumption is to assume that at any instant of time the aerofoil behaves with the characteristics of the same aerofoil moving with constant heave and/or pitch velocities equal to the instantaneous values, which implies that there are no frequency-dependent effects.

参见Introduction to Aircraft Aeroelasticity and Loads, 2007, page 153.

姚一龙译/崔尔杰校的版本大致是这样说的：

准定常假设就是假定在任何瞬间该翼型的气动特性都与同一翼型以等速度进行沉浮和/或俯仰运动时所显现的气动特性一致，而这些速度应当等于该运动翼型在该时间相应的瞬态值，这意味着不计及与频率的依赖关系。

通流

这样定义可以。不过我觉得也不一定一定要这样定义。举个例子，定常的RANS方程。由于有紊流，流动是非定常的。但通过平均后，成了定常的了。我们在这里做的是通过一个平均（或者一个滤波器），将高频部分去掉了。这时候，方程也有一定的变化。也就是我们常说的紊流模型。我想，这样一种定常的近似，也可以称为准定常。

lwd1981

准定常是将非定常过程利用若干个不同站位的定常问题来逼近整个非定常问题的一种方法。这种方法对于弱非定常问题十分有效。举个例子：比如我们计算火箭的级间分离过程，你可以利用非定常计算，但是你也可以将整个非定常过程按照一定的时间间隔分成若干个不同站位上定常问题计算，但是需要注意的是每个定常问题的计算都需要以对应地非定常时刻的站位信息。也就是你计算一个时刻的时候，你得到了流动信息和气动力，你带入弹道分成就可以计算下一时刻火箭的位置和姿态，再把火箭移到该位置进行下一个时间的定常计算，得到下下一时刻火箭的位置和姿态，直到所有计算的结束。
    准定常的时间间隔可以远大于非定常时间步长。与非定常过程所不同的是由于它的流畅计算仅与火箭的姿态有关而与时间无关，每一步与时间有关的是弹道方程，因此部分忽略了时间累计效应（也即非定常效应）的影响，因此只能够研究那些若非定常效应的问题。
     但是请注意，准定常尽管是非定常的逼近，但是就算它的时间间隔等于0，也不能完全严格地等于非定常。实际上我们风洞试验中的轨迹系统（CaptiveTrajectorySystem，CTS）实验就是一种准定常过程。
     准定常与非定常最大的不同就在于，准定常计算每个时刻流场的计算与上一时刻无关，而非定常则不然。

[ 本帖最后由 lwd1981 于 2012-8-16 13:06 编辑 ]

通流

如果把准定常就定义为你说的那样，那么确实我说的并不符合那样的定义。不过，这样的定义跟物理概念还是有区别的。我的想法是用定常的方法，来近似非定常流动的一部分特性，也可以作为一种“准定常”。至于名称是不是合适，可以讨论。我的方法是跟LZ要解决的问题相关的。
处理非定常流动的方法很多。很重要的一点是，你到底对流动的那些方面感兴趣。我一般不会被那些定义束缚。重要的是，有些物理定义是跟概念密切相关的。而有些定义则是相当人为的。
可以说，绝大部分的流动是非定常的。而绝大多数的分析是用了定常的假设。这里面有些是流动的reduced frequency 确实很低，所以定常的假设很合适（也就是你说的准定常），而有些的reduced frequency 很高，但人们只对时均值感兴趣，所以也是按定常来计算的。