文档介绍：2 2 2
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第 26 卷第 1 期空气动力学学报 Vol. 26 , No. 1
2008 年 03 月 ACTA AERODYNAMICA SINICA Mar. ,2008
文章编号: 0258 1825(2008) 01 0061 06
平板边界层壁面局部脉冲激发大涡结构起因的数值模拟
陆昌根1 ,2 ,曹卫东2 ,张艳梅2 ,彭金涛2
(1. 南京信息工程大学大气科学院,江苏南京 210044 ;2. 河海大学环境科学与工程学院,江苏南京 210098)
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摘要:构建了边界层壁面局部脉冲扰动诱导大涡结构的初始理论模型,采用直接数值模拟的方法,研究了边界层
壁面局部脉冲激发大2涡结构起因的问题。计算结果表明:局部脉冲激发大涡结构成因的许多特点,如幅值演化、雷
诺切应力功率、高低速条纹结构、流向涡的产生、上喷和下扫过程、平均速度剖面存在的拐点和严重扭曲以及类似
于发卡涡的特征等现象与实验结果和某些数值结果非常相似;另外,壁面局部脉冲的强度、影响区域、加载时间、分
布方式对边界层流中大涡结构起因的特性起着决定性的作用壁面脉冲也是边界层流中激发大涡结构的重要途径
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之一。
关键词:数值模拟;边界层;局部;脉冲;大涡结构
中图分类号:V211. 3 文献标识码: A
稳定波的特性,Jang ,Benney , Gran 利用流动稳性理论
0 引言[5 ]
中的共振三波作为近壁区大涡结构的模型,可知非
20 世纪 60 年代,Kline 等人利用氢气泡流动显示对称的扰动波更容易被放大;周恒,陆昌根,罗纪生,
技术观测到在靠近固体壁面的粘性底层中,具有流向熊忠民等人分别利用一般共振三波研究了单个及多
的高速和低速相间的带状流动结构,改变了人们通常个相干结构的非线性演化机理[6~7 ] ;Schoppa 与 Hus
所认为的湍流是完全无规则而随机运动的观念,大尺 sain 研究了展向具有低速条纹分布的槽道流动中三
度涡结构的特性研究一直是近几十年中的热点问题。维扰动的增长机制及流向涡的起因,获得了与近壁面
大涡结构也称拟序结构是指湍流发展初期,决定流体实验中类似的大涡结构[8 ] 。
动力学特性的,瞬时相干的,流体运动中最大的结通过大量的实验和理论研究,人们对近壁区大涡
构[1 ] 。大量的试验结果表明,在边界层流中大涡结构结构的特性认知已大大提高,遗憾的是受到实验测量
的产生是随机的,位置亦是不固定的,但一经产生,总技术的限制,到目前为止,尚不能完全获得近壁涡结
会以一种相似的形态反复出现,并对湍流的形成和发构、高低速条纹及能量分布的三维瞬时特性,因而在
展起着重要的影响,为进一步弄清楚流体运动中的大近壁区内建立大涡结构的非线性物理模型存在着许
涡结构起因及发展规律,了解湍流的形成机理、发展多不完善的因素,更不能揭示大涡结构是如何被激发
过程、动量与能量的传递规律,以及建立更好的湍流产生的。张东明、罗纪生、周恒等依据相干结构的动
模型,均具有十分重要的理论意义。力学特性提出外区局部流体扫掠进入内区的计算模
Breuerl K S , Landahl M T在边界层内叠加两对无型,模拟了大