非光滑单元的湍流强化效应与流动控制的数值研究

发布时间：2021-12-22 00:00

　　基于非光滑单元的流动控制具有被动控制的诸多优点,是满足分离的控制、湍流的强化、阻力的降低等工程需求的重要手段。然而非光滑单元的引入增加了流场特性的复杂性和对湍流强化特性进行研究的难度。一方面,非光滑单元诱导周期性脱涡,且脱涡主方向可能发生周期性的改变;另一方面,非光滑单元所诱导的涡系结构与单元尺寸相关,而与原流场特征尺寸无关,从而使得流场特性具有了多尺度的特征。为了研究非光滑单元的时均湍流强化效应并应对问题复杂性,本文基于局部空间相关性为非光滑单元诱导涡系结构引入了时均量度,从而以定量的方式揭示了非光滑单元及组合的湍流强化原理。本文的研究工作主要有:第一,基于Precursor方法实现了湍流进口边界条件,利用已有的实验和仿真数据对数值方法进行了验证,并对比研究了球形凹坑、泪滴形凹坑、球形凸包等多种非光滑单元单体的流场特性和湍流强化效应。结果表明:高湍动能区与高Nusselt数区具有空间分布上的不一致性,说明尽管湍动能能够反映出非光滑单元的湍流强化效应,但并不能解释壁面上的强化传热效应。同时,不同形状的凹坑的流场特性相近、强化传热效应基本相同。而当粗糙度比率相同时,凸包实现了比各式凹坑更... 

【文章来源】：吉林大学吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：166 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

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第2章湍流场的涡系结构19速条带呈现更为细长的结构，同时在多个区域形成鼓包结构。一个低速条带可以对应多个鼓包。鼓包的尺寸较大，意味着低速流体可以间歇性地影响到远离壁面的外侧流场区域，这就是在图2.1的Y-Z平面内形成蘑菇形结构的原因。另一方面，高速条带形成了更为扁平的三维结构，在近壁区域其展向上的尺寸也更大。图2.2低、高速条带的三维结构示意图2）上喷和下扫图2.3上喷和下扫这里利用Wallace[21,41]提出的象限分析法（QuadrantAnalysis）研究上喷、下扫现象以及瞬时剪切（ShearProduct）的产生。如图2.3所示，红色、蓝色结构分别是上喷、下扫对应的三维结构，它们在空间上也是间隔交替存在的。上喷是低速流体的外向型运动所形成的结构，即低速条带抬升后将部分低速流体抛射至远离壁面的流层。下扫是高速流体的内向型运动所形成的结构，即高速流体从距离壁面较远的区域突入到近壁区域[23]。上喷和下扫是承

第2章湍流场的涡系结构19速条带呈现更为细长的结构，同时在多个区域形成鼓包结构。一个低速条带可以对应多个鼓包。鼓包的尺寸较大，意味着低速流体可以间歇性地影响到远离壁面的外侧流场区域，这就是在图2.1的Y-Z平面内形成蘑菇形结构的原因。另一方面，高速条带形成了更为扁平的三维结构，在近壁区域其展向上的尺寸也更大。图2.2低、高速条带的三维结构示意图2）上喷和下扫图2.3上喷和下扫这里利用Wallace[21,41]提出的象限分析法（QuadrantAnalysis）研究上喷、下扫现象以及瞬时剪切（ShearProduct）的产生。如图2.3所示，红色、蓝色结构分别是上喷、下扫对应的三维结构，它们在空间上也是间隔交替存在的。上喷是低速流体的外向型运动所形成的结构，即低速条带抬升后将部分低速流体抛射至远离壁面的流层。下扫是高速流体的内向型运动所形成的结构，即高速流体从距离壁面较远的区域突入到近壁区域[23]。上喷和下扫是承

【参考文献】：
期刊论文
[1]Space–time correlations in turbulent flow: A review[J]. James M.Wallace.  Theoretical & Applied Mechanics Letters. 2014(02)



本文编号：3545406