基于非光滑單元的流動控制具有被動控制的諸多優(yōu)點,是滿足分離的控制、湍流的強化、阻力的降低等工程需求的重要手段。然而非光滑單元的引入增加了流場特性的復(fù)雜性和對湍流強化特性進行研究的難度。一方面,非光滑單元誘導(dǎo)周期性脫渦,且脫渦主方向可能發(fā)生周期性的改變;另一方面,非光滑單元所誘導(dǎo)的渦系結(jié)構(gòu)與單元尺寸相關(guān),而與原流場特征尺寸無關(guān),從而使得流場特性具有了多尺度的特征。為了研究非光滑單元的時均湍流強化效應(yīng)并應(yīng)對問題復(fù)雜性,本文基于局部空間相關(guān)性為非光滑單元誘導(dǎo)渦系結(jié)構(gòu)引入了時均量度,從而以定量的方式揭示了非光滑單元及組合的湍流強化原理。本文的研究工作主要有:第一,基于Precursor方法實現(xiàn)了湍流進口邊界條件,利用已有的實驗和仿真數(shù)據(jù)對數(shù)值方法進行了驗證,并對比研究了球形凹坑、淚滴形凹坑、球形凸包等多種非光滑單元單體的流場特性和湍流強化效應(yīng)。結(jié)果表明:高湍動能區(qū)與高Nusselt數(shù)區(qū)具有空間分布上的不一致性,說明盡管湍動能能夠反映出非光滑單元的湍流強化效應(yīng),但并不能解釋壁面上的強化傳熱效應(yīng)。同時,不同形狀的凹坑的流場特性相近、強化傳熱效應(yīng)基本相同。而當(dāng)粗糙度比率相同時,凸包實現(xiàn)了比各式凹坑更... 

【文章來源】：吉林大學(xué)吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：166 頁

【學(xué)位級別】：博士

【部分圖文】：

速度脈動云圖

第2章湍流場的渦系結(jié)構(gòu)19速條帶呈現(xiàn)更為細長的結(jié)構(gòu)，同時在多個區(qū)域形成鼓包結(jié)構(gòu)。一個低速條帶可以對應(yīng)多個鼓包。鼓包的尺寸較大，意味著低速流體可以間歇性地影響到遠離壁面的外側(cè)流場區(qū)域，這就是在圖2.1的Y-Z平面內(nèi)形成蘑菇形結(jié)構(gòu)的原因。另一方面，高速條帶形成了更為扁平的三維結(jié)構(gòu)，在近壁區(qū)域其展向上的尺寸也更大。圖2.2低、高速條帶的三維結(jié)構(gòu)示意圖2）上噴和下掃圖2.3上噴和下掃這里利用Wallace[21,41]提出的象限分析法（QuadrantAnalysis）研究上噴、下掃現(xiàn)象以及瞬時剪切（ShearProduct）的產(chǎn)生。如圖2.3所示，紅色、藍色結(jié)構(gòu)分別是上噴、下掃對應(yīng)的三維結(jié)構(gòu)，它們在空間上也是間隔交替存在的。上噴是低速流體的外向型運動所形成的結(jié)構(gòu)，即低速條帶抬升后將部分低速流體拋射至遠離壁面的流層。下掃是高速流體的內(nèi)向型運動所形成的結(jié)構(gòu)，即高速流體從距離壁面較遠的區(qū)域突入到近壁區(qū)域[23]。上噴和下掃是承

第2章湍流場的渦系結(jié)構(gòu)19速條帶呈現(xiàn)更為細長的結(jié)構(gòu)，同時在多個區(qū)域形成鼓包結(jié)構(gòu)。一個低速條帶可以對應(yīng)多個鼓包。鼓包的尺寸較大，意味著低速流體可以間歇性地影響到遠離壁面的外側(cè)流場區(qū)域，這就是在圖2.1的Y-Z平面內(nèi)形成蘑菇形結(jié)構(gòu)的原因。另一方面，高速條帶形成了更為扁平的三維結(jié)構(gòu)，在近壁區(qū)域其展向上的尺寸也更大。圖2.2低、高速條帶的三維結(jié)構(gòu)示意圖2）上噴和下掃圖2.3上噴和下掃這里利用Wallace[21,41]提出的象限分析法（QuadrantAnalysis）研究上噴、下掃現(xiàn)象以及瞬時剪切（ShearProduct）的產(chǎn)生。如圖2.3所示，紅色、藍色結(jié)構(gòu)分別是上噴、下掃對應(yīng)的三維結(jié)構(gòu)，它們在空間上也是間隔交替存在的。上噴是低速流體的外向型運動所形成的結(jié)構(gòu)，即低速條帶抬升后將部分低速流體拋射至遠離壁面的流層。下掃是高速流體的內(nèi)向型運動所形成的結(jié)構(gòu)，即高速流體從距離壁面較遠的區(qū)域突入到近壁區(qū)域[23]。上噴和下掃是承

【參考文獻】：
期刊論文
[1]Space–time correlations in turbulent flow: A review[J]. James M.Wallace.  Theoretical & Applied Mechanics Letters. 2014(02)



本文編號：3545406