Liutex-涡定义和第三代涡识别方法
发布时间：2021-02-14 15:28
本文回顾了涡定义和涡识别方法的发展历史,着重介绍了作者UTA（University of Texas at Arlington）团队及其合作者在涡科学和湍流研究的一些最新学术创新成果。UTA团队发现了可以定量描述流体刚性转动部分的物理量——Liutex向量,其主要思想是把流体刚性转动从流体运动中提取出来,进而用Liutex来定义和识别涡结构,并已在广泛应用中证明了其作为涡识别方法的优越性。基于Liutex向量可以进一步研究涡量分解、速度梯度张量分解、流体运动分解、湍流结构、湍流生成机理以及旋涡的科学识别,为流体运动学的发展开辟了广阔的研究空间。区别于第一代涡识别方法和第二代涡识别方法,Liutex是一个向量,其方向代表当地转轴,大小代表当地流体刚性旋转角速度的二倍。本文详细介绍了基于Liutex向量的第三代涡的定义和识别方法,包括Liutex等值面、Liutex-Omega等值面、Liutex向量线、Liutex涡核线、以及最新发现的中低雷诺数湍流边界层中的Liutex-5/3幂次相似律,其发现很大程度上扩大了传统湍流能谱幂次律的适用范围,对建立湍流模型具有重要意义。
【文章来源】：空气动力学学报. 2020,38(03)北大核心
【文章页数】：20 页
【部分图文】：
二维渠道层流（涡量大但没有旋涡或者流体转动）
具体到湍流流动中，Robinson[4]在1991年就报道湍流边界层中，尤其是在壁面附近，涡量与涡的相关性相当微弱。Wang和Liu[5]也在边界层转捩的DNS计算中发现，Λ涡在涡核处涡量较小，在涡核外反而涡量较大（见图2）。另外，图3给出穿过Λ涡的涡量线和涡结构分布，可以看到无论是方向还是大小，二者都分道扬镳。根据以上分析和例证，还有无数工程技术研究人员的报告，都表明不能用涡量（Vorticity）来代表涡或者捕捉涡结构。当然他们加了一些限制条件比如理想正压体积力有势等，但涡动力学主要用来研究湍流，理想流体还有什么湍流？结果学生基本上一致误认为Vortex就是Vorticity。显然基于涡量的第一代涡识别方法来代表或者捕捉涡结构是不合适的。图3 Λ涡及穿过涡核的涡量线分布[11]
Λ涡及穿过涡核的涡量线分布[11]
【参考文献】：
期刊论文
[1]Determination of epsilon for Omega vortex identification method[J]. 董祥瑞,王义乾,陈小平,Yinlin Dong,张宇宁,Chaoqun Liu. Journal of Hydrodynamics. 2018(04)
[2]New omega vortex identification method[J]. ChaoQun Liu,YiQian Wang,Yong Yang,ZhiWei Duan. Science China（Physics,Mechanics & Astronomy）. 2016(08)
本文编号：3033471
【文章来源】：空气动力学学报. 2020,38(03)北大核心
【文章页数】：20 页
【部分图文】：
二维渠道层流（涡量大但没有旋涡或者流体转动）
具体到湍流流动中，Robinson[4]在1991年就报道湍流边界层中，尤其是在壁面附近，涡量与涡的相关性相当微弱。Wang和Liu[5]也在边界层转捩的DNS计算中发现，Λ涡在涡核处涡量较小，在涡核外反而涡量较大（见图2）。另外，图3给出穿过Λ涡的涡量线和涡结构分布，可以看到无论是方向还是大小，二者都分道扬镳。根据以上分析和例证，还有无数工程技术研究人员的报告，都表明不能用涡量（Vorticity）来代表涡或者捕捉涡结构。当然他们加了一些限制条件比如理想正压体积力有势等，但涡动力学主要用来研究湍流，理想流体还有什么湍流？结果学生基本上一致误认为Vortex就是Vorticity。显然基于涡量的第一代涡识别方法来代表或者捕捉涡结构是不合适的。图3 Λ涡及穿过涡核的涡量线分布[11]
Λ涡及穿过涡核的涡量线分布[11]
【参考文献】：
期刊论文
[1]Determination of epsilon for Omega vortex identification method[J]. 董祥瑞,王义乾,陈小平,Yinlin Dong,张宇宁,Chaoqun Liu. Journal of Hydrodynamics. 2018(04)
[2]New omega vortex identification method[J]. ChaoQun Liu,YiQian Wang,Yong Yang,ZhiWei Duan. Science China（Physics,Mechanics & Astronomy）. 2016(08)
本文编号：3033471
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