壁面定常波纹状吹吸槽道流中湍流特性的研究.pdfVIP

第37卷第6期 力 学 学 报 Vol_37NO6 1111竺!!里 呈竺兰竺!!：竺型竺三!竺：!!兰竺!!!垒些!!!!竺!!!竺竺 !竺：!!!! 壁面定常波纹状吹吸槽道流中湍流特性的研究” 罗纪生2)王新军 (天津大学力学系 天津300072) 摘要在非平衡湍流中，如具有周期性边界条件的流动，由于雷诺应力与甲均流速的变形率有着不同的性质， 当周期性边界条件发生变化时，雷诺应力和平均流速变形率的相位对边界条件的响应也不同，但是二者的相位 差在相当大的范围内是稳定的．这一特性JJⅡ深了对雷诺成力的认识，并对非平衡湍流中的模式理论及大涡模拟 中亚格子雷诺应力模式的建立提出了许多需要注意的问题．利用层流模型，把空间周期性边界条件作为某种扰 动，研究了扰动及其非线性项的分布以及相位间的关系，得到了一些有益的结果． 关键词 非平衡湍流，雷诺应力，主流速度的变形率，相位，层流模型 5 文献标识码： A 文章编号：0459—1879(2005)06-0673-09 中图分类号：0357 型的概念，把空间周期性边界条件作为某种扰动，研 究了扰动分布以及相位间的关系，为了简化计算、 随着计算机和计算方法的发展，工程界对湍流 减少计算量，简便地得到非平衡湍流中扰动分布以 计算提出了更高的要求，希望能计算菲平衡惴流． 及相位问的关系提供了一条途径，得到了一些有益 因此就要求对非平衡湍流的特性有进一步的认识． 的结果． 目前大多数平衡湍流的湍流模式理论为涡黏模式， 对定常、或随时间及空间只有缓慢变化的湍流，可以 1基本方程与湍流涡黏系数 用涡黏系数把雷诺应力与速度的变形率联系起来． 采用的坐标如图1所示，用半槽宽度h，层流 然而，雷诺应力与甲均流速的变形率毕竟有着不同 的最大平均速度u。对各物理量进行无量纲化．在 的性质，在非平衡湍流中，各种湍流量之间的关系与 下边界加空间周期性的吹吸，即在Y=一l的边界 定常流是不一样的，如Bruns等【1】所做的S形槽道 处，速度边界条件为 中湍流量分布的测晕就证实了这一点．王昕等121的 宾验以及Wang等H在对一条边界上沿流向有空间 “=0，口=AsiIl(n。)，W=0(1) 周期性吹吸的槽道湍流进行的数值模拟研究结果都 表明，在周期性边界条件下，雷诺应力与平均变形率 设任一物理量q与相应的层流解Q的差为4，即 之间存在相位差．雷诺应力和流速变形率之间的这 些特性，在建立非平衡湍流的模式理论时是需要认 真考虑的，在大涡模拟计算中建立亚格子雷诺应力 模式时也有类似的问题．因此，在非平衡湍流中，建 立雷诺应力与平均流速的变形率之间的关系就显得 非常重要． 在文献[3]的基础上，本文研究了雷诺数、边界 吹吸幅值等因素对雷诺应力与平均流速的变形率之 间相位差的影响，研究了平均流速的变形率对边界 图1槽道流坐标系设置 ofchannelflow 1 Coordinates 条件变化的响应等问题．另外，本文还利用层流模