《大渦模擬中過濾尺度與湍流結構關在線上制研究》是依託中國科學技術大學，由劉明侯擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：大渦模擬中過濾尺度與湍流結構關在線上制研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：劉明侯
- 依託單位：中國科學技術大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
大渦模擬中的過濾尺度往往與格線相關，缺乏足夠與湍流結構信息的物理關聯，導致計算結果依賴格線。本項目擬從湍流相干結構及其能量比例角度出發，構建與湍流相關的過濾尺度確定方法，並對湍流結構三維特性強，小尺度含能較大的圓盤近尾跡開展實驗和數值研究。主要研究內容包括：（1）基於泰勒假設，對熱線測量速度信號採用不同時間尺度（過慮長度）進行過慮分析得到過慮尺度對殘餘應力的影響，研究亞格線尺度影響模型係數Cs的機制（2）建立對LES或PIV數據進行POD三維湍流結構分析方法，分析3D結構尺度及含能情況；（3）研究湍流結構對標量輸運的影響。期望能獲得一個過慮尺度對殘餘應力不產生影響或者影響較小，指導大渦模擬亞格線模型係數確定和格線劃分。
結題摘要
本項目旨在建立湍流大渦模擬中過濾尺度與湍流結構關在線上制。以全三維特徵、小尺度湍流結構含能較高的圓盤近尾跡、帶肋近壁湍流流場等研究對象，開展如下研究： 1、對圓盤近尾跡，主要研究包括：（a）雷諾數0-1000近尾跡演化過程，確臨界征雷諾數，對尾跡結構及其POD含能進行分析，發現了一個新的模態及剪下層不穩定零界點；（b） 條件平均方法研究圓盤大雷諾數（10000）不穩定性，發現了湍流中具有類似層流結構兩個擬序結構；（c）通過對雷諾數250、300、3000、10000等尾跡對比分析，發現了湍流結構中兩個低頻不穩定頻率，分別對應尾跡伸縮和擺動，並與渦旋脫落機制相關；（d）PIV實驗研究了圓盤、開孔圓盤近尾跡，發現由於滲流導致回流區變小，回流強度減弱。通過POD分析，發現了前兩個模態發卡渦面對稱破壞RSB和對流特徵。（e）對雷諾數152,175,300和3000三個特徵雷諾數尾跡進行三維POD分析，發現RSB，SW兩個模態始終出現，表明層流向湍流演化中，一些層流結構依然在湍流中間隙性出現。 2、數值研究了帶肋近壁流場及其對標量輸運的影響，主要工作包括：（a） 流場結構及其不穩定性，獲得了剪下層不穩定性及其次諧波頻率。通過POD，Q函式分析，發現次諧波是由於剪下層渦旋合併導致。此外，2D特徵的渦管，會演化為三維的螺旋結構，Λ型發卡渦結構等。破碎與合併伴隨有頻率及含能變化；（b） 除了剪下層不穩定頻率外，通過FFT和小波分析還發現了兩個低頻，分別對應於肋後回流區伸縮及其與剪下層相互作用導致的擺動。（C）通分析相干結構與溫度通量之間關係，發現大尺度結構有很好的保溫作用。大尺度結構的旋轉強化了近壁與自由流之間對流，從而強化傳熱。 3、LES數值研究了小雷諾數（Re=60-180）超疏水圓柱繞流，研究滑移長度（Ls=0.01-0.25）對其阻力特性的影響。結果表明，當雷諾數小於100，且無量綱滑移長度小於0.02時阻力主要由黏性力導致；滑移長度增大會導致圓柱繞流分離點變化，壓力導致的阻力增強。滑移會導致渦旋脫落頻率變大，渦旋強度變低。雷諾數在100-180之間時，滑移長度導致分離點向下游移動。當滑移長度0.25時，無渦旋脫落，流動穩定。上述研究對減阻流動控制具有指導意義。
