槽流的亚临界转捩与局地湍流
发布时间：2021-09-29 14:29
在中低雷诺数时,处于线性稳定的槽道流若受到强扰动可发生亚临界转捩变为湍流。近年人们对该类转捩机理的研究取得重要进展。对于平板泊肃叶流,亚临界转捩之初是稀疏湍流态,其特征结构是远间隔的包含小尺度涡和高低速条带的大尺度的湍流带,可倾斜伸长。该阶段的湍流占比有上限但并非雷诺数的单值函数。随着雷诺数的增加转捩进入平衡局地湍流态,即存在统计定常态,其湍流占比是雷诺数单值函数,可由定向逾渗模型描述。进一步增加雷诺数,湍流带的分裂愈发频繁,最终流场会布满湍流带,在更高的雷诺数时变为均匀湍流。论文概述了为比拟亚临界转捩过程所提出的动力学模型,以及为定量表征管流、平板库艾特流和平板泊肃叶流转捩过程的相似性所提出的局地稳定性参数,并在最后对槽道流亚临界转捩研究的发展做了简要展望。
【文章来源】：空气动力学学报. 2020,38(01)北大核心CSCD
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
PPF在Re=1000时的湍斑（a）以及湍斑的分裂（b)[45]
图1 PPF在Re=1000时的湍斑（a）以及湍斑的分裂（b)[45]Tao等人重新分析了Davies和White的实验数据[42]并将其分为三个区（见图3)[58]。I区对应于层流，II区和III区的斜率明显不同。II区随着槽道高宽比的减小而减小，而III区的斜率并不随高宽比变化，反映了在该区间不受高宽比影响的内在的动力学特性。II、III区的分界线外插至层流态的临界值估计为Red=1127或Re=845。采用大计算域的初步的数值模拟也显示在雷诺数低至900时存在增长的湍斑，因此该阈值被解释为可发展湍斑的临界值[58]。这一阈值的提出提示人们在Re<1000的情况下，PPF有可能存在着可自维持的湍流态。
Tao等人重新分析了Davies和White的实验数据[42]并将其分为三个区（见图3)[58]。I区对应于层流，II区和III区的斜率明显不同。II区随着槽道高宽比的减小而减小，而III区的斜率并不随高宽比变化，反映了在该区间不受高宽比影响的内在的动力学特性。II、III区的分界线外插至层流态的临界值估计为Red=1127或Re=845。采用大计算域的初步的数值模拟也显示在雷诺数低至900时存在增长的湍斑，因此该阈值被解释为可发展湍斑的临界值[58]。这一阈值的提出提示人们在Re<1000的情况下，PPF有可能存在着可自维持的湍流态。Tuckerman对PPF用倾斜的狭小计算域进行了数值模拟[59]，发现在雷诺数大于850时存在湍流带。需注意的是，采用狭小计算域虽可大为节省计算资源并定性模拟局地湍流结构，但人为设定的计算域倾角和展向的周期边界条件对转捩过程及临界阈值的确定有显著影响[60]。为减少周期边界条件对局地湍流结构的影响，2013年Tao等采用流向和展向尺度均很大的计算域数值模拟了PPF的亚临界转捩过程，发现存在湍流带的雷诺数可低至720[61]；得到了孤立的湍流带（见图4），即在计算域内湍流带周围为层流，没有其他的湍流结构。由于孤立的湍流带远离其他局地湍流结构从而大大减弱了同它们的相互影响，其存在为研究湍流带自身的时空演化特性提供了可能。
【参考文献】：
期刊论文
[1]Threshold and decay properties of transient isolated turbulent band in plane Couette flow[J]. Jianzhou LU,Jianjun TAO,Weitao ZHOU,Xiangming XIONG. Applied Mathematics and Mechanics（English Edition）. 2019(10)
本文编号：3413871
【文章来源】：空气动力学学报. 2020,38(01)北大核心CSCD
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
PPF在Re=1000时的湍斑（a）以及湍斑的分裂（b)[45]
图1 PPF在Re=1000时的湍斑（a）以及湍斑的分裂（b)[45]Tao等人重新分析了Davies和White的实验数据[42]并将其分为三个区（见图3)[58]。I区对应于层流，II区和III区的斜率明显不同。II区随着槽道高宽比的减小而减小，而III区的斜率并不随高宽比变化，反映了在该区间不受高宽比影响的内在的动力学特性。II、III区的分界线外插至层流态的临界值估计为Red=1127或Re=845。采用大计算域的初步的数值模拟也显示在雷诺数低至900时存在增长的湍斑，因此该阈值被解释为可发展湍斑的临界值[58]。这一阈值的提出提示人们在Re<1000的情况下，PPF有可能存在着可自维持的湍流态。
Tao等人重新分析了Davies和White的实验数据[42]并将其分为三个区（见图3)[58]。I区对应于层流，II区和III区的斜率明显不同。II区随着槽道高宽比的减小而减小，而III区的斜率并不随高宽比变化，反映了在该区间不受高宽比影响的内在的动力学特性。II、III区的分界线外插至层流态的临界值估计为Red=1127或Re=845。采用大计算域的初步的数值模拟也显示在雷诺数低至900时存在增长的湍斑，因此该阈值被解释为可发展湍斑的临界值[58]。这一阈值的提出提示人们在Re<1000的情况下，PPF有可能存在着可自维持的湍流态。Tuckerman对PPF用倾斜的狭小计算域进行了数值模拟[59]，发现在雷诺数大于850时存在湍流带。需注意的是，采用狭小计算域虽可大为节省计算资源并定性模拟局地湍流结构，但人为设定的计算域倾角和展向的周期边界条件对转捩过程及临界阈值的确定有显著影响[60]。为减少周期边界条件对局地湍流结构的影响，2013年Tao等采用流向和展向尺度均很大的计算域数值模拟了PPF的亚临界转捩过程，发现存在湍流带的雷诺数可低至720[61]；得到了孤立的湍流带（见图4），即在计算域内湍流带周围为层流，没有其他的湍流结构。由于孤立的湍流带远离其他局地湍流结构从而大大减弱了同它们的相互影响，其存在为研究湍流带自身的时空演化特性提供了可能。
【参考文献】：
期刊论文
[1]Threshold and decay properties of transient isolated turbulent band in plane Couette flow[J]. Jianzhou LU,Jianjun TAO,Weitao ZHOU,Xiangming XIONG. Applied Mathematics and Mechanics（English Edition）. 2019(10)
本文编号：3413871
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/lxlw/3413871.html
