《粘彈性流體Taylor-Couette湍流的直接數值模擬及機理研究》是依託中國科學技術大學，由劉難生擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：粘彈性流體Taylor-Couette湍流的直接數值模擬及機理研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：劉難生
- 依託單位：中國科學技術大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
本項目著重開展粘彈性流體Taylor-Couette（TC）湍流的直接數值模擬(DNS)及機理研究，探討這類複雜湍流的特殊流動機理和能量轉換機制。研究內容主要包括：綜合考慮粘彈性流體TC湍流控制方程和二階構形張量的數學性質，發展相關的穩定可靠、快速高效的高精度並行算法；通過粘彈性流體TC湍流的DNS計算，研究流動控制參數、外加激勵力和邊界條件對動力學過程和湍流特性的影響；開展大規模的DNS計算，進行粘彈性流體TC湍流的機理性研究，如流體慣性和彈性效應、以及曲率效應耦合作用下的脈動輸運過程、流體脈動和彈性應力的時空特性、擬序渦的生成和演化對彈性應力分布的影響、湍流和彈性應力邊界層耦合作用與增阻現象、脈動能量的生成和耗散、大/小尺度運動的能量級串和衰減、彈性勢能的積聚和釋放、流體動能和彈性勢能的相互交換過程、擬序渦的能量輸運作用等
結題摘要
在本項目資助下重點開展了粘彈性流體Taylor-Couette (TC)湍流的直接數值模擬(DNS)研究，以及相關的粘彈性流體流固耦合和TC湍流減阻的數值模擬研究，主要進行了如下幾個方面的研究：低Re數的彈性-慣性TC湍流轉捩問題，以及高Re數下的粘彈性流體TC湍流問題，首次研究了粘彈性流體平板Couette湍流減阻及能量級串問題，拓展研究了粘彈性流體的流固耦合問題和液滴衝擊疏水壁面問題、具有超疏水內壁的TC湍流減阻問題、徑向加熱TC流動的高階非線性湍流轉捩和湍流傳熱問題等。本項研究取得了以下研究成果：考察了流體慣性和彈性效應相對強弱的變化對TC流動轉捩的影響，重現了粘彈性TC流動的多種典型流態，發現了在歷經不同路徑出現的多態現象；在高Re數的粘彈性TC湍流增阻問題中，發現彈性效應可使TC湍流的生成機制由離心力失穩主導轉變成由湍流剪下失穩主導；發現粘彈性平板Couette湍流在近壁區具有典型的湍流減阻特徵，而在中心區域則存在彈性勢能和湍動能之間巨大能量交換導致的高聚物劇烈拉伸；發現了粘彈性效應對自由來流中柔性絲線擺動的抑制作用，以及對液滴衝擊疏水壁面回彈過程的抑制作用；模擬驗證了修正的普朗特-馮卡門摩擦律在超疏水TC湍流中的假設；在徑向加熱TC流動中發現了浮力驅動的高階非線性湍流轉捩過程，揭示浮力效應和外柱旋轉均導致的湍流傳熱主導機制由大尺度環流傳熱轉變為小尺度湍流脈動傳熱。
