本文選題：壁湍流　切入點：雷諾應力　出處：《中國科學:物理學 力學 天文學》2017年08期 　論文類型：期刊論文

【摘要】：通過對直管道內(nèi)充分發(fā)展湍流的直接數(shù)值模擬,建立方、矩形環(huán)管內(nèi)充分發(fā)展湍流數(shù)據(jù)庫,其中包括詳細的湍流統(tǒng)計數(shù)據(jù):(1)湍流平均流場,即平均流向速度與湍流驅(qū)動平均二次流(史稱Prandtl第二類二次流);(2)湍流雷諾應力場;(3)湍流時均能量譜.本文給出了方、矩形環(huán)管內(nèi)充分發(fā)展湍流雷諾應力場分布信息,對90°凸角域附近的Prandtl第二類二次流生成項結(jié)構(gòu)進行了仔細剖析,特別詮釋了凸角域二次流的生成機理.將方、矩形環(huán)管90°凹角附近的流場,包括平均流場(流向速度,平均二次流)和雷諾應力場中的湍動能,與現(xiàn)有的實驗和直接數(shù)值模擬數(shù)據(jù)進行詳細對比驗證,展示了方、矩形環(huán)管內(nèi)直接數(shù)值模擬結(jié)果的有效和合理性.基于對湍流雷諾應力場和能量譜特征的觀察,本文提出了重新審視和認識傳統(tǒng)湍流本構(gòu)關系的必要性.對標量渦黏系數(shù)所隱含的各向同性物理涵義與假設給出嚴格數(shù)學證明,在此基礎上,提出了以張量渦黏系數(shù)描述湍流各向異性運動特征的研究思路,給出了發(fā)展以描述各向異性湍流運動為目標的新型湍流本構(gòu)關系.基于此關系進一步提出未來研究設想,即發(fā)展基于直接數(shù)值模擬結(jié)果的雷諾平均湍流封閉模型,以提高雷諾平均模擬的物理可靠性和準確度.
[Abstract]:By direct numerical simulation of fully developed turbulent flow in a straight pipe, a fully developed turbulence database in square and rectangular annular tubes is established, which includes detailed statistical data of turbulence: 1) turbulent mean flow field. That is, mean flow velocity and turbulent driven average secondary flow (formerly known as Prandtl second type second flow) turbulent Reynolds stress field / energy spectrum in turbulent flow. In this paper, the distribution information of turbulent Reynolds stress field in square and rectangular annular tube is given. The second generation term structure of Prandtl secondary flow near 90 擄convex angle region is analyzed in detail, and the mechanism of secondary flow generation in convex angle region is explained in particular. The flow field near 90 擄concave angle of square and rectangular ring tube, including the average flow field (flow velocity), is analyzed. Mean secondary flow) and turbulent kinetic energy in Reynolds stress field are compared in detail with available experimental and direct numerical simulation data. The validity and rationality of direct numerical simulation results in rectangular annular tubes. Based on the observation of Reynolds stress field and energy spectrum of turbulent flow, In this paper, the necessity of reexamining and understanding the traditional constitutive relation of turbulence is put forward. On the basis of the strict mathematical proof of the isotropic physical meaning and hypothesis implied by the eddy viscosity coefficient of scalar turbulence, In this paper, a new kind of turbulent constitutive relation, which is developed to describe anisotropic turbulent motion, is proposed. Based on the new constitutive relation, the future research ideas are put forward, based on which Zhang Liang's eddy viscosity coefficient is used to describe the characteristics of turbulent anisotropic motion. A Reynolds mean turbulence closure model based on direct numerical simulation is developed to improve the physical reliability and accuracy of the Reynolds mean simulation.
【作者單位】： 復旦大學航空航天系;大連理工大學工程力學系工業(yè)裝備結(jié)構(gòu)分析國家重點實驗室國際計算力學研究中心;
【基金】：國家自然科學基金(編號:91434112) 上海教育委員會數(shù)值仿真聯(lián)合創(chuàng)新計劃項目(編號:AR908.D1RW.002) 復旦大學航空航天系、上海千人計劃啟動項目(編號:EZH2126503) 大連理工大學和工業(yè)裝備結(jié)構(gòu)分析國家重點實驗室(編號:S12202)資助項目
【分類號】：O357.5

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本文編號：1569292