《系統旋轉對壁湍流相干結構的影響機制研究》是依託清華大學，由許春曉擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：系統旋轉對壁湍流相干結構的影響機制研究
- 依託單位：清華大學
- 項目負責人：許春曉
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
旋轉參考系中的壁湍流流動是地球物理、天體物理和工程中常見的流動現象，系統旋轉引起的柯氏力對壁湍流有重要影響。以往人們的研究主要集中在對中低雷諾數展向旋轉壁湍流統計性質的研究上,由於相干結構在湍流的發生髮展中起關鍵作用,並且工程中旋轉流動大多處於高雷諾數湍流狀態，因此本項目將以槽道湍流為對象，研究較高雷諾數時旋轉槽道湍流中相干結構的性質及柯氏力對其作用的機理。主要研究內容為：（1）旋轉槽道湍流直接數值模擬，由於實際贈匪櫃流動問題旋轉軸可以沿任意方向，因此除展向旋轉外，還將分別對流向和法向旋轉槽道旋您拒少湍流開展系統的數值模擬；（2）旋轉槽道湍流中相干結構的類型及其運動學特性；（3）相干結構對旋轉槽道湍流統計性質及輸運性質的影響；（4）柯氏力對相干結構動力學演化的影響機制及降階模型。通過本項目的研究，將加深對旋轉壁湍流的了解，為構造旋轉湍流封閉模式、更好地預測和控制旋轉湍流打下基礎。
結題摘要
旋轉參考系中的壁湍流流動是地球物理、天體物理和工程中常見的流動現象，系統旋轉引起的柯氏力對壁湍流有重蜜糊紙要影響。由於相干結構在湍流的發生髮展中起關鍵作用,因此本項目以槽道湍流為對象，研究旋轉槽道湍流中相干結構的性質及柯氏力對其作用的機理。主要研究內容為：（1）對展向旋轉、流向旋轉、展向-流向組合旋轉槽道湍流以及旋轉方管湍探糠嘗流的直接數值模擬和大渦模擬，獲得了關於雷諾數和旋轉數的系列數據洪欠拒；（2）旋轉槽道湍流中相干結構的類型及其運動學特性；（3）相干結構對旋轉槽道湍流統計性質及輸運性質的影響；（4）柯氏力對相干結構動力學演化的影響機制。獲得的重要結果如下：（1）在展向旋轉槽道湍流中，發現湍流在TG渦相對於壓力面的上洗側增強而在下洗側減弱，通過分析渦量輸運方程，發現TG渦引起的法向拉伸作用和科氏力帶來的流向力矩效應是產生這一現象的原因。（2）在流向旋轉槽道湍流中，採用條件統計方法提取了近壁準流向渦，表明了與槽道同向旋轉的準流向渦被增強、反向旋轉的準流向渦被抑制。提取了流場中沿流向拉長的大尺度渦結構，發現其中與槽道同向旋轉的大尺度渦結構出現在上下半槽內且沿展向傾斜，而反向旋轉的大尺度渦結構則出現在槽道中心區。施加旋轉後，流向積分尺度在初期隨時間線性增長且增長率與旋轉數成正比，這與慣性波的線性傳播相吻合。（3）在旋轉方管湍流中，得到了二次流形態罪危隨旋轉數演變的完整過程，重點考察了壓力面上附加渦的出現和消失，發現其再附點位置和渦的大小分別與壓力面上壓力極大值點的位置和展向壓力梯度直接相關。通過分析平均動量方程發現壓力極大值的形成是由向角域的傾斜流動和側壁附近正的科氏力導致。通過本項目的研究，加深了對旋轉壁湍流的了解，為構造旋轉湍流封閉模式、更好地預白漿連挨測和控制旋轉湍流打下了基礎。
