【摘要】：湍流運動在自然界和工程問題中廣泛存在,是流體力學(xué)的核心問題,具有很強的理論意義和應(yīng)用背景。槽道湍流是典型的湍流運動形式,本文采用大渦模擬方法和PIV系統(tǒng)對底部放置半球的槽道湍流進(jìn)行了數(shù)值模擬和實驗測量研究。取得的主要結(jié)果如下:數(shù)值方面,本文采用基于OpenFOAM開源軟件的大渦模擬方法對底部放置半球的槽道湍流進(jìn)行了數(shù)值研究。通過改變初始條件,考察了不同雷諾數(shù)對槽道湍流統(tǒng)計特性和結(jié)構(gòu)特性的影響,以及底部放置半球?qū)α鲃痈飨虍愋缘挠绊�。研究表�?不同雷諾數(shù)條件下放置半球壁面的湍動能和耗散率有明顯的變化,同時隨著雷諾數(shù)的增加而變大。此外在半球后方呈現(xiàn)出復(fù)雜的渦結(jié)構(gòu)。同時發(fā)現(xiàn)流動在展向呈現(xiàn)了十分明顯的各向異性,各向異性特征明顯的區(qū)域與渦結(jié)構(gòu)活動劇烈的區(qū)域一致,同時雷諾應(yīng)力具有較強的各向異性特征。實驗方面,采用PIV系統(tǒng)對放置半球的槽道湍流進(jìn)行了實驗測量,研究了半球?qū)ν牧鹘y(tǒng)計量和湍流結(jié)構(gòu)的影響。研究表明,底部放置半球槽道的湍流統(tǒng)計量相較于沒有放置半球的槽道,在相同進(jìn)口條件下都會有所增加。同時,由于底部放置半球,在半球后方與沒有放置半球的槽道相比出現(xiàn)十分復(fù)雜的渦結(jié)構(gòu)。同時,將平均速度、脈動速度以及雷諾應(yīng)力與實驗結(jié)果進(jìn)行比對分析,發(fā)現(xiàn)數(shù)值解與實驗結(jié)果趨勢基本一致。本文利用Hilbert-Huang變換對數(shù)值解的三個點進(jìn)行分析。利用EMD模態(tài)分解了三個點的流向速度時間序列,并研究了分解后各內(nèi)模函數(shù)IMF的間歇性和概率密度函數(shù)。在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步研究了各模態(tài)的相干結(jié)構(gòu)及其重構(gòu)相干結(jié)構(gòu)。此外,對Fourier頻譜和Hilbert譜分析進(jìn)行結(jié)果對比。
【圖文】：

行為時足夠準(zhǔn)確，但是，實際計算時發(fā)現(xiàn)往往很難收斂，一種克服以上缺點的起來考慮，這就構(gòu)成了混合模式，混合模量交換又不使計算不能發(fā)散。流瞬時速度分解為可解尺度和亞格子尺度可以接受的，但精確程度比雷諾平均數(shù)值。一個 C++類庫（約 100 個），其用于創(chuàng)建FOAM 內(nèi)置的應(yīng)用程序（約 250 個）分成中求解器是為了解決特定的連續(xù)介質(zhì)力學(xué)任務(wù)而設(shè)計的。OpenFOAM 包含了大量前處理和后處理環(huán)境。OpenFOAM 本身包據(jù)傳輸?shù)囊恢滦�。圖 4.1 是 OpenFOAM

圖 2.2 模型Fig. 2.2 Model圖 2.2 底部放置半球的非對稱槽道的物理模型，圖 2.3 坐標(biāo)軸中 Z 方向槽道底部示意圖。2.2.2 模型和參數(shù)設(shè)置本文模型如圖所示，流向、展向、垂向長度分別為 2m、0.25m、0.2m，在距離進(jìn)口0.5m 處放置半徑為 3cm 的半球。本文采用大渦數(shù)值模擬方法，選取 pisoFoam 求解器，槽道內(nèi)以牛頓型不可壓縮流水為計算介質(zhì)。亞格子應(yīng)力選擇 Smagoringsky-Lilly 亞格子應(yīng)力模式。圖 2.3 模型剖面圖Fig. 2.3 Cross section of the model基于OpenFOAM求解器，對模型的初始條件設(shè)置。入口處速度分別為0.5、1和1.5m/s。為了保證流動能夠充分發(fā)展成為湍流，，在入口處三個方向處增加了 5%的湍流度。出口
【學(xué)位授予單位】：上海應(yīng)用技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：O357.5

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