第三代涡识别方法及其应用综述
发布时间：2021-09-28 04:33
根据Liu等的划分,涡识别方法的发展可以分为三代。第一代方法基于涡量,并将Cauchy-Stokes分解得到的速度梯度张量反对称部分（涡量张量）视为旋转。然而众多研究人员已发现涡量与涡的关联性并不是很高。为了克服第一代方法的缺陷,以Q、l2、D和lci等方法为代表的第二代涡识别方法应运而生。但是第二代方法在实际使用中依赖于与具体算例相关的阈值并且会被剪切影响。为了解决阈值问题,2016年发展起来的■方法将涡定为涡量大于变形的联通区域并以相对值表示。而2017年和2018年发展起来的Liutex向量则提供了一个系统化数学化的流体局部刚体转动定义,包括局部旋转轴和转动强度,■方法,Liutex向量及一系列有关方法被定义为第三代涡识别方法。该文回顾了三代涡识别方法的发展历程,系统讨论了如何精确地从流体运动中分解得到刚性旋转部分,重点介绍由美国德州大学阿灵顿分校刘超群教授及其团队主导的第三代涡识别方法所取得的突破及其应用。主要突破包括:①■涡识别方法克服了传统涡识别方法需要针对具体流动调整阈值的问题,并能同时捕捉到强涡和弱涡;②基于Liutex的思想...
【文章来源】：水动力学研究与进展（A辑）. 2019,34(04)北大核心CSCD
【文章页数】：17 页
【部分图文】：
均匀剪切层的Cauchy-Stokes分解Fig.1Cauchy-StokesDecompositionoffreeshearflow
王义乾，等：第三代涡识别方法及其应用综述417量丝/涡量管的强度不变；②涡量管不能在流体中终端，而只能结束于流场边界处或者形成闭合的曲线；③如果流体初始无旋，并且体积力有势，那么流体将保持无旋。注意这里谈到的无旋实际指的是流场不存在旋度，即涡量，有旋代表存在涡量但不代表有旋转。亥姆霍兹三定律被认为是使用涡量来识别和探索涡的基矗Saffman[16]将涡定义为由无旋流体包围的涡量区域，Nitsche[17]也认为涡量可以用来衡量涡的强度，Wu等[18]将涡定义为流场中涡量集中的区域。尽管仍将涡量，及基于涡量的涡量线、涡量丝和涡量管作为涡定义的概念仍广泛存在，尤其是在多数教科书中仍对涡量和涡不加以区分，但与上文提到的均匀剪切层类似，层流边界层是一个更实际的反例。显然在层流边界层壁面附近存在着巨大的涡量，但流体没有任何的旋转运动。Robinson[3]指出，在湍流边界层中，尤其是在壁面附近，涡量集中的区域与涡结构之间的关系相当微弱。Wang等[19]也在边界层转捩中发现，相较于邻近区域，涡反而在涡核处涡量较小，如图2所示。另外，图3给出了涡的涡量线和涡结构分布，可以看到二者明显不同，无论是方向还是大小，涡量都无法正确地捕捉涡结构。注意在图2和图3中，涡结构的识别采用的是涡识别方法，其识别结果与实验中对相应涡结构的显示相一致。以上结果表明涡量和涡是两个不同的概念，不能简单地使用涡量来识别涡结构。2第二代涡识别方法涡量和涡显然是两个不同的概念，因此第一代基于涡量的涡识别不能达到令人满意的效果。为了能更有效地识别涡结构，人们提出了Q、2、和ci等方法。尽管其理论基础各不相同，但可以将Q和2方法理解为对Cauchy-S
王义乾，等：第三代涡识别方法及其应用综述417量丝/涡量管的强度不变；②涡量管不能在流体中终端，而只能结束于流场边界处或者形成闭合的曲线；③如果流体初始无旋，并且体积力有势，那么流体将保持无旋。注意这里谈到的无旋实际指的是流场不存在旋度，即涡量，有旋代表存在涡量但不代表有旋转。亥姆霍兹三定律被认为是使用涡量来识别和探索涡的基矗Saffman[16]将涡定义为由无旋流体包围的涡量区域，Nitsche[17]也认为涡量可以用来衡量涡的强度，Wu等[18]将涡定义为流场中涡量集中的区域。尽管仍将涡量，及基于涡量的涡量线、涡量丝和涡量管作为涡定义的概念仍广泛存在，尤其是在多数教科书中仍对涡量和涡不加以区分，但与上文提到的均匀剪切层类似，层流边界层是一个更实际的反例。显然在层流边界层壁面附近存在着巨大的涡量，但流体没有任何的旋转运动。Robinson[3]指出，在湍流边界层中，尤其是在壁面附近，涡量集中的区域与涡结构之间的关系相当微弱。Wang等[19]也在边界层转捩中发现，相较于邻近区域，涡反而在涡核处涡量较小，如图2所示。另外，图3给出了涡的涡量线和涡结构分布，可以看到二者明显不同，无论是方向还是大小，涡量都无法正确地捕捉涡结构。注意在图2和图3中，涡结构的识别采用的是涡识别方法，其识别结果与实验中对相应涡结构的显示相一致。以上结果表明涡量和涡是两个不同的概念，不能简单地使用涡量来识别涡结构。2第二代涡识别方法涡量和涡显然是两个不同的概念，因此第一代基于涡量的涡识别不能达到令人满意的效果。为了能更有效地识别涡结构，人们提出了Q、2、和ci等方法。尽管其理论基础各不相同，但可以将Q和2方法理解为对Cauchy-S
【参考文献】：
期刊论文
[1]A selected review of vortex identification methods with applications[J]. 张宇宁,裘勖,陈飞鹏,刘凯华,张宇宁,董祥瑞,Chaoqun Liu. Journal of Hydrodynamics. 2018(05)
[2]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)
[3]Analysis of the vortices in the inner flow of reversible pump turbine with the new omega vortex identification method[J]. 张宇宁,刘凯华,李金伟,冼海珍,杜小泽. Journal of Hydrodynamics. 2018(03)
[4]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：3411247
【文章来源】：水动力学研究与进展（A辑）. 2019,34(04)北大核心CSCD
【文章页数】：17 页
【部分图文】：
均匀剪切层的Cauchy-Stokes分解Fig.1Cauchy-StokesDecompositionoffreeshearflow
王义乾，等：第三代涡识别方法及其应用综述417量丝/涡量管的强度不变；②涡量管不能在流体中终端，而只能结束于流场边界处或者形成闭合的曲线；③如果流体初始无旋，并且体积力有势，那么流体将保持无旋。注意这里谈到的无旋实际指的是流场不存在旋度，即涡量，有旋代表存在涡量但不代表有旋转。亥姆霍兹三定律被认为是使用涡量来识别和探索涡的基矗Saffman[16]将涡定义为由无旋流体包围的涡量区域，Nitsche[17]也认为涡量可以用来衡量涡的强度，Wu等[18]将涡定义为流场中涡量集中的区域。尽管仍将涡量，及基于涡量的涡量线、涡量丝和涡量管作为涡定义的概念仍广泛存在，尤其是在多数教科书中仍对涡量和涡不加以区分，但与上文提到的均匀剪切层类似，层流边界层是一个更实际的反例。显然在层流边界层壁面附近存在着巨大的涡量，但流体没有任何的旋转运动。Robinson[3]指出，在湍流边界层中，尤其是在壁面附近，涡量集中的区域与涡结构之间的关系相当微弱。Wang等[19]也在边界层转捩中发现，相较于邻近区域，涡反而在涡核处涡量较小，如图2所示。另外，图3给出了涡的涡量线和涡结构分布，可以看到二者明显不同，无论是方向还是大小，涡量都无法正确地捕捉涡结构。注意在图2和图3中，涡结构的识别采用的是涡识别方法，其识别结果与实验中对相应涡结构的显示相一致。以上结果表明涡量和涡是两个不同的概念，不能简单地使用涡量来识别涡结构。2第二代涡识别方法涡量和涡显然是两个不同的概念，因此第一代基于涡量的涡识别不能达到令人满意的效果。为了能更有效地识别涡结构，人们提出了Q、2、和ci等方法。尽管其理论基础各不相同，但可以将Q和2方法理解为对Cauchy-S
王义乾，等：第三代涡识别方法及其应用综述417量丝/涡量管的强度不变；②涡量管不能在流体中终端，而只能结束于流场边界处或者形成闭合的曲线；③如果流体初始无旋，并且体积力有势，那么流体将保持无旋。注意这里谈到的无旋实际指的是流场不存在旋度，即涡量，有旋代表存在涡量但不代表有旋转。亥姆霍兹三定律被认为是使用涡量来识别和探索涡的基矗Saffman[16]将涡定义为由无旋流体包围的涡量区域，Nitsche[17]也认为涡量可以用来衡量涡的强度，Wu等[18]将涡定义为流场中涡量集中的区域。尽管仍将涡量，及基于涡量的涡量线、涡量丝和涡量管作为涡定义的概念仍广泛存在，尤其是在多数教科书中仍对涡量和涡不加以区分，但与上文提到的均匀剪切层类似，层流边界层是一个更实际的反例。显然在层流边界层壁面附近存在着巨大的涡量，但流体没有任何的旋转运动。Robinson[3]指出，在湍流边界层中，尤其是在壁面附近，涡量集中的区域与涡结构之间的关系相当微弱。Wang等[19]也在边界层转捩中发现，相较于邻近区域，涡反而在涡核处涡量较小，如图2所示。另外，图3给出了涡的涡量线和涡结构分布，可以看到二者明显不同，无论是方向还是大小，涡量都无法正确地捕捉涡结构。注意在图2和图3中，涡结构的识别采用的是涡识别方法，其识别结果与实验中对相应涡结构的显示相一致。以上结果表明涡量和涡是两个不同的概念，不能简单地使用涡量来识别涡结构。2第二代涡识别方法涡量和涡显然是两个不同的概念，因此第一代基于涡量的涡识别不能达到令人满意的效果。为了能更有效地识别涡结构，人们提出了Q、2、和ci等方法。尽管其理论基础各不相同，但可以将Q和2方法理解为对Cauchy-S
【参考文献】：
期刊论文
[1]A selected review of vortex identification methods with applications[J]. 张宇宁,裘勖,陈飞鹏,刘凯华,张宇宁,董祥瑞,Chaoqun Liu. Journal of Hydrodynamics. 2018(05)
[2]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)
[3]Analysis of the vortices in the inner flow of reversible pump turbine with the new omega vortex identification method[J]. 张宇宁,刘凯华,李金伟,冼海珍,杜小泽. Journal of Hydrodynamics. 2018(03)
[4]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：3411247
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