轉(zhuǎn)捩中“breakdown”的內(nèi)在機(jī)理及周期湍流場中的渦粘系數(shù).pdf

1、層流一湍流的轉(zhuǎn)捩是一個古老但依然沒有解決的問題.百余年來,工程實(shí)踐的需求使得人們對這一問題的研究不斷深入.盡管對轉(zhuǎn)捩的研究付出了巨大的努力,但是仍然有一個重要的問題還沒有被涉及到,那就是最終導(dǎo)致轉(zhuǎn)捩的"breakdown"的內(nèi)在機(jī)理是什么?傳統(tǒng)的看法是,轉(zhuǎn)捩從擾動的放大開始,由于非線性的作用,當(dāng)擾動增長時,將產(chǎn)生高次諧波,流動變得越來越復(fù)雜,最終導(dǎo)致湍流.這一過程似乎非常清楚,但卻漏掉了一個關(guān)鍵的環(huán)節(jié),即轉(zhuǎn)捩的"breakdown"過程

2、究竟發(fā)生了什么.本文對轉(zhuǎn)捩的過程進(jìn)行了直接數(shù)值模擬,對結(jié)果的分析表明,平均流剖面穩(wěn)定性特性的改變在"breakdown"過程中起了關(guān)鍵性的作用.目前,能用于工程中湍流計(jì)算的只有湍流模式理論.在大多數(shù)的做法中,其雷諾應(yīng)力最終都?xì)w結(jié)為通過某種渦粘系數(shù)與平均流的變形率聯(lián)系起來,從而使方程封閉.不同的模式或亞格子應(yīng)力模式的差別只在渦粘系數(shù)的不同算法,由于所用的渦粘系數(shù)都是實(shí)數(shù),所以無論哪種方法都沒有考慮到雷諾應(yīng)力與速度變形率的相位關(guān)系.近年來對

3、湍流渦粘模型的研究表明,目前所采用的湍流渦粘模式中的渦粘系數(shù)不能都是實(shí)數(shù),這對湍流模式中的渦粘模型提出了新的挑戰(zhàn).為了給出更準(zhǔn)確的渦粘系數(shù),本論文采用數(shù)值模擬方法,系統(tǒng)研究了具有周期性吹吸邊界條件的湍流流場中的雷諾應(yīng)力與速度變形率的相位特性,并研究了雷諾數(shù)、壁面吹吸幅值以及移動吹吸邊界條件等因素對這一相位特性的影響.重點(diǎn)對雷諾應(yīng)力與速度變形率的相位差進(jìn)行了分析,說明在此類流場中渦粘系數(shù)應(yīng)該考慮相位的特性,并對此條件下的渦粘系數(shù)形式進(jìn)行了