系统旋转对壁湍流流动结构影响机制研究

发布时间：2022-02-27 08:17

　　旋转参考系中的壁湍流流动广泛存在于自然界与工程问题中。湍流中的流动结构对湍流的产生、维持和发展起着关键作用。本文研究了展向旋转和流向旋转对槽道湍流的影响,尤其关注流动中的大、小尺度涡结构。对旋转方管内的湍流流动也进行了模拟,研究了二次流形态随旋转数演变的过程。主要研究工作及成果如下:（1）研究了雷诺数为2800、7000和20000时展向旋转槽道湍流中科氏力和Taylor-G?rtler涡（以下简称TG涡）对湍流近壁结构的影响。本文考察了湍流强度和近壁低速条带在TG涡不同区域中的分布,发现湍流在TG涡相对于压力面的上洗侧增强而在下洗侧减弱。通过分析涡量输运方程,发现TG涡引起的法向拉伸作用和科氏力带来的流向力矩效应是产生这一现象的原因。随着雷诺数的提高,TG涡和科氏力的影响减弱。（2）研究了流向旋转槽道湍流中的流动结构。采用条件统计方法提取了近壁准流向涡,验证了流向旋转对其的影响,即与槽道同向旋转的准流向涡被增强,反向旋转的准流向涡被抑制。提取了流场中沿流向拉长的大尺度涡结构,发现其中与槽道同向旋转的大尺度涡结构出现在上下半槽内且沿展向倾斜,而反向旋转的大尺度涡结构则出现在槽道中心区。... 

【文章来源】：清华大学北京市211工程院校985工程院校教育部直属院校

【文章页数】：88 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
abstract
第1章 引言
    1.1 研究背景与意义
    1.2 展向旋转槽道湍流研究现状
    1.3 流向旋转槽道湍流研究现状
    1.4 旋转方管湍流研究现状
    1.5 论文的主要工作
第2章 物理模型与数值方法
    2.1 物理模型与控制方程
    2.2 动力Smagorinsky模式
    2.3 槽道湍流的谱方法
    2.4 方管湍流的谱元法
    2.5 时间分裂法
第3章 展向旋转对槽道湍流近壁流动结构的影响
    3.1 计算参数与统计方法
        3.1.1 计算参数设置
        3.1.2 条件统计
    3.2 瞬时场与平均场
    3.3 条带统计结果
    3.4 速度脉动与涡量脉动
    3.5 脉动涡量动力学分析
    3.6 算例Z3H吸力侧的准周期性现象
    3.7 本章小结
第4章 流向旋转槽道湍流中的相干结构
    4.1 计算设置
    4.2 统计量
    4.3 近壁准流向涡
    4.4 大尺度结构
    4.5 本章小结
第5章 旋转方管湍流
    5.1 计算设置与验证
    5.2 统计结果
        5.2.1 平均场与湍流强度
        5.2.2 附加涡
        5.2.3 与展向旋转槽道的对比
    5.3 平均动量方程平衡分析
    5.4 本章小结
第6章 总结
参考文献
致谢
个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果


【参考文献】：
期刊论文
[1]On hairpin vortex generation from near-wall streamwise vortices[J]. Yinshan Wang,Weixi Huang,Chunxiao Xu.  Acta Mechanica Sinica. 2015(02)

博士论文
[1]旋转槽道湍流流动及热特性和大涡模拟模式研究[D]. 杨子轩.清华大学 2012



本文编号：3645138