弯槽湍流的直接数值模拟Ξ.PDF

　A 辑第 17 卷第 3 期 　　　　　水 动 力 学 研 究 与 进 展 　　　Ser. A , Vol. 17 ,No. 3 　　2002 年 6 月 　　　　　　　JOURNAL OF HYDRODYNAMICS 　　　　　June , 2002 ( ) 文章编号 2002 弯槽湍流的直接数值模拟 邓岗 , 　　许春晓 (清华大学工程力学系 ,北京 100084) 　　摘 　要 : 　本文采用直接数值模拟的方法对弯槽湍流进行了研究 ,主要目的是研究流向曲率 对湍流流动情况的影响。数值计算的雷诺数 Re = U h/ ν= 2800 , 其中 U 为流向平均速度, h 为 m m m ν 弯槽的半槽宽, 为运动粘性系数。结果表明 ,弯槽凹壁和凸壁对湍流发展有不同的影响 , 凹壁使 湍流加强而凸壁使湍流减弱。相干结构的分析表明凸壁附近上抛和下扫作用明显弱于凹壁 ,这是 造成上述结论的原因。同时 ,弯槽中出现的 TaylorGortlor 涡造成了流动在展向的不均匀。 关 　键 　词 : 　湍流 ;槽流 ;直接数值模拟 ; 曲率;相干结构 中图分类号:O357. 5 　　　文献标识码 :A 1 　引言 ( 具有流向曲率的流动是流体流动中非常普遍的情况。当流动发展成湍流后 , 曲率 或者 ) 是旋转系统中的科氏力 对于湍流的平均流性质和湍流结构都会产生重要影响。以往的研究 表明 ,对于曲壁边界层的流动 ,无论是凸壁还是凹壁 ,在足够靠近壁面的范围内 ,使用壁面摩擦 速度无量纲化的平均流剖面符合壁面曲率。在离开壁面较远的地方 ,弯槽和直槽之间的平均 流剖面则存在差别 ,凸壁面速度大于直槽速度而凹壁面速度小于直槽速度。对于它们之间这 ( 种偏差的大小 ,主要取决于曲率参数 h/ R , 即半槽宽和曲率半径的比值。对于小曲率 h/ R ≈ ) 0. 01 ,这种偏差一般发生在对数层之外。 在曲率效应的数值研究方面 ,D. Moser P. Moin ( 1983 、1987) [2 ,3 ] 对小曲率低雷诺数 ( ) h/ R = 0. 0127 , Rem = 2990 的弯槽流动进行了直接数值模拟。模拟的结果显示了凹壁和凸 壁对湍流统计量和雷诺应力影响上的显著差异 , 同时显示了 TaylorGortler 涡的存在。 本文采用参考文献[1 ]所提出的数值方法 ,对弯槽湍流进行了直接数值模拟的研究 ,主要 对比了凹凸两个壁面对湍流统计量和湍流相干结构的影响。 收稿日期 : ( ) 基金项目 : 　国家自然科学基金资助项目 ( ) 作者简介 : 　邓岗 1975～ ,男 ,硕士。 © 1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved. 312 水 　动 　力 　学 　研 　究 　与 　进 　展 　　　　　　　　　2002 年第 3 期 2 　数学模型和数值方法 弯槽内不