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大涡结构在有压梯度边界层流中的演化机理

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张艳梅 陆昌根 曹卫东

河海大学环境科学与工程学院,江苏南京210098

河海大学学报:自然科学版
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国际标准刊号:ISSN 1000-1980
国内统一刊号:CN 32-1117

摘  要:

采用直接数值模拟方法,研究大涡结构在不同压力梯度作用下的非线性演化特征.计算结果表明:在逆压梯度条件下,大涡结构幅值快速增长,形成很强的流向涡结构,雷诺应力迅速增加,这可能导致猝发现象的产生;与此相反,在顺压梯度边界层流中,大涡结构很难被激发起来,易于流体流动趋于稳定状态.这些结论与某些理论和试验结果一致.[著者文摘]

Kline等_1 J在湍流边界层近壁区发现了大涡结构,这为湍流研究开辟了一个新的途径.大涡结构是湍流边界层中最为活跃的大尺度运动结构.Breuerl等_2 J在边界层内叠加两对无黏反转涡结构作为大涡结构的初始模型,数值模拟了大涡结构随时间的演化规律,获得了在流体运动中存在多种形态的涡结构的结论.Jeong等_3 J利用流向涡的模型进行数值模拟,得到的大涡结构特性与试验结果非常吻合.Zhou等[ ] 将一定强度的发卡涡作为初始扰动,激发出更多的准流向涡、展向涡及强剪切层.工程实际中有压力梯度的边界层流动是最为普遍的情况,如飞机、船舶、叶轮机叶片等边界层内压力梯度沿流向不断变化,使得边界层中的湍流经常处于非平衡状态,给湍流计算带来了更大的困难_5 J.本文采用直接数值模拟方法研究了大涡结构在不同压力梯度作用下的非线性演化机理.1 大涡结构的理论模型与Breuerl等2 构造的模型类似,本文用一对方向相反的旋涡作为边界层流中大涡结构的理论模型:u = 0......
Journal of Hohai University (Natural Sciences )

分 类 号:

O357.5

文献标识码:

A

文章编号:

1000-1980(2007)05-0510-04

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[参考文献]

Evolution of coherent structures in boundary layer with pressure gradients

ZHANG Yan-mei, LU Chang-gen, CAO Wei-dong ( College of Environmental Science and Engineering, Hohai University, Nanjing 210098, China )

Abstract:

By use of direct numerical simulation method, the nonlinear evolution of coherent structures under different pressure gradients was studied. According to the result, the amplitude of coherent structures grows fast in a boundary layer with negative pressure gradients, then the streamwise vortex structure is formed, and Reynolds stress increases fast. These factors might result in the occurrence of turbulences. However, it is difficult for coherent structures to be excited in the boundary layer with positive pressure gradients, and thus, the flow is apt to become stable under such a condition. The numerical results agree well with those from theoretical analysis and experiments.[著者文摘]

Key words:

pressure gradient; coherent structures; boundary layer

收稿日期: 2006-12-18

基金资助:

国家自然科学基金资助项目(10272040,10672052);教育部博士点基金资助项目(20050294003)

作者简介:

张艳梅(1982-),女,河北沧州人,硕士研究生,主要从事流体力学研究.

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