24975.自由剪切流中相干結構的非線性動力學

1、天津大學碩士學位論文自由剪切流中相干結構的非線性動力學自由剪切流中相干結構的非線性動力學NonlinearDynamicsofLargescaleCoherentStructuresinFreeShearLayers一級學科：力學學科專業(yè)：流體力學作者姓名：莊秀玲指導教師：吳雪松教授天津大學機械工程學院二零一四年十二月I中文中文摘要摘要眾所周知，充分發(fā)展的湍流自由剪切層，如混合層、尾跡流、平面和軸對稱射流，會呈現(xiàn)以大尺度相干結構為特征的

2、、高度有序的特性。最典型的相干結構是展向渦，它們在動量、熱流輸運，反應物的混合以及噪音的產(chǎn)生等過程中起重要作用。大量的實驗研究表明，這樣的有序運動與無粘不穩(wěn)定波具有許多相似之處，而且其主要特性，如尺度大小，傳播速度和在剪切方向的分布等，可以由平均流剖面的無粘線性不穩(wěn)定性理論得到較好的預測。本文推導出了能夠描述湍流混合層中相干結構的非線性動力學的數(shù)學模型，其理論基礎是關于層流不穩(wěn)定性的非線性非平衡性臨界層理論，在將此理論應用到湍流情形時，

3、還考慮了以下物理因素:（1）由湍流剪切流的厚度在流向的快速增長導致的強非平行性；（2）湍流中小尺度脈動對相干結構的影響。結合以上因素和非線性，會得到一個新的、有趣的演化系統(tǒng)，該系統(tǒng)是由耦合的幅值和渦量演化方程組成，其中非平行性除了改變增長率外，還會引起所謂的臨界層漂移效應。數(shù)值計算結果清晰地顯示了渦的卷起過程，這是湍流混合層的主要特性，同時本文也得到了相干結構的幅值演化，并研究了不同參數(shù)，如粘性、相位滯后、剪切層厚度增長率和臨界層位置的