钝体绕流有旋流中回流区与进动涡核的大涡模拟-推进技术.PDF

2014 年8 月 推 进 技 术 Aug. 2014 第35 卷 第8期 JOURNALOFPROPULSIONTECHNOLOGY Vol.35 No.8 钝体绕流有旋流中回流区与进动涡核的大涡模拟* 张济民，韩 超，张宏达，叶桃红 （中国科学技术大学 热科学与能源工程系，安徽合肥 230027） 摘 要：针对旋流数为0.57、0.68、0.91和1.59四种工况下的悉尼旋流燃烧器的冷态流场进行了大 涡模拟，选取动态Smagorinsky涡黏模型作为亚格子尺度的湍流模型，研究不同旋流数下的流场结构、 进动频率和进动涡核。模拟结果表明，旋流数为0.68时，钝体回流区长度最短。随着旋流数的增加，中 心射流出口的旋流剪切层不断衰减，而下游的旋流剪切层不断增强。功率谱分析表明，进动现象的出现 和消失对应于与旋流剪切层的增强和衰减；中心射流与下游区域具有不同的进动频率，表明流场中存在 着两个独立的大尺度涡旋结构。不同取值位置的周向速度相关性分析进一步佐证了两个涡旋结构的存 在。轴向位置70mm处的横截面上瞬时流线和压强分布证实了下游流场存在着进动涡核。瞬时压强等值 面显示了中心射流出口和下游流场进动涡核的三维螺旋形结构。下游流场的进动涡核均与平均速度场流 线在空间上成正交关系，表明进动涡核是由剪切层Kelvin-Helmholtz不稳定性产生。 关键词：悉尼旋流燃烧器；大涡模拟；钝体；回流区；进动频率；进动涡核 中图分类号：TK472+.6 文献标志码：A 文章编号：1001-4055 （2014）08-1070-10 DOI ：10.13675/ki.tjjs.2014.08.009 Large Eddy Simulation of Recirculation and Precessing Vortex Core in Swirling Flow Around a Bluff-Body ZHANGJi-min，HANChao，ZHANGHong-da，YETao-hong （DepartmentofThermalScienceandEnergyEngineering，UniversityofScienceandTechnologyofChina，Hefei 230027，China） Abstract ：Thenon-reactiveflowfieldsoftheSydneyswirlburnerwerestudiedwithlargeeddysimulation （LES）underfourswirlnumbers 0.57，0.68，0.91 and 1.59.Smagorinskyeddyviscositymodelwithdynamic procedurewasselectedasthesub-gridscaleturbulencemodeltoinvestigatetheflowstructures，precessionfre⁃ quencyandprecessingvortexcore （PVC）underdifferentswirlnumbers.Theshortestbluff-bodystabilizedrecir⁃ culationzoneappearsunderswirlnumber0.68.Withincreasingofswirlnumber，theswirlshearlayeratthecen⁃ traljetnozzledampsgradually，whiletheoneindownstreamregionstrengthens.Powerspectrumanalysisindi⁃ catesthattheappearanceandvanishmentofprecessionmotioncoincidewiththeenhanceme