文档介绍：中阁种堂
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第! 卷第∀期# ∃%& ∋∃& %∋∃( 】∋)
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湍流边界层近壁区相干结构的动力学模型 1
张东明罗纪生周恒’‘
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天津大学力学系天津!
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摘要应用湍流边界层近壁区单个相干结构的理论模型, 通过数值模拟的方法研究
, 2
了两个相干结构的相互影响解释了出现低速条纹的原因
关键词湍流边界层相千结构低速条纹
,
自−. 世纪 5. 年代后期发现湍流边界层近壁区存在相于结构而且它在湍流的生成及演化
, 2 ,
中扮演着重要的作用后就有众多的研究者对它进行了研究−. 世纪 6. 年代初通过用热线
风速仪检测相干结构, 以及对湍流的直接数值模拟, 已了解到其存在形态是一种近似流向涡,
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而用热线风速仪检测时, 其信号和边界层转披过程中产生的不稳定波有相似之处但尽管如
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此, 对它的研究结果却对湍流的计算没有产生什么影响
我们认为, 造成这种情况的主要原因是当时的研究结果几乎都只是对相干结构的运动学
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的描述, 而没有从动力学上提出可信的模型 76 6! 年周恒和熊忠民根据用热线风速仪检测到
的相干结构信号与转挟过程中存在的不稳定波信号相似这一点, 提出了相干结构的不稳定波
,
模型川周恒和马铮随即将这种模型用于湍流边界层的传热计算中阴, 陆利蓬和陈矛章则利用
这种模型, 成功地解释了湍流边界层近壁区湍流量的分布, 解决了在一般湍流模型中对近壁
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区只能用经验公式而无法给出合理解释的问题【”由此可见, 提出湍流相干结构的动力学模型
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是一个正确的方向
, 2
但是相干结构的不稳定波的模型也有不尽合理的地方主要是, 不稳定波是一种波列,
2 ,
这一点无法从实验或直接数值模拟中证实 8∗ 9:; ∀<, 在一次讨论中说用孤立子的模型也许更
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合理但豁性流中很难设想有真正意义上的孤立子陆昌根等在不稳定波的基础上提出了单
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个相干结构的模型∀=> , 有一定的合理性, 最主要的是证实的确可以有孤立的相干结构但单个
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相干结构模型又无法解释实验中所观察到的低速条纹出现的原因本文将在单个相干结构模
, , 2
型的基础上研究两个相干结构相互作用的问题以解释低速条纹出现的原因文献?=7 中虽
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然也研究了两个相干结构相互作用的问题, 结论是相互作用很弱但那里是前后排列的情形,
, 2
而相于结构本身在流向的尺度比展向的尺度大得多那样排列自然不会有什么影响在本文
气 2
中我们研究的则是在展向基本上并列的两个相干结构的相互作用问题
7 数值计算方法
一
基本方程是∋≅ΑΒ∗+ # Χ; Δ∗# 方程和连续方程
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国家自然科学基金
批准号Φ 76 4 ! −..Ε和南开大学天津大学刘徽应用数学中心资助项目
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