基于非光滑單元的流動控制具有被動控制的諸多優(yōu)點,是滿足分離的控制、湍流的強化、阻力的降低等工程需求的重要手段。然而非光滑單元的引入增加了流場特性的復雜性和對湍流強化特性進行研究的難度。一方面,非光滑單元誘導周期性脫渦,且脫渦主方向可能發(fā)生周期性的改變;另一方面,非光滑單元所誘導的渦系結構與單元尺寸相關,而與原流場特征尺寸無關,從而使得流場特性具有了多尺度的特征。為了研究非光滑單元的時均湍流強化效應并應對問題復雜性,本文基于局部空間相關性為非光滑單元誘導渦系結構引入了時均量度,從而以定量的方式揭示了非光滑單元及組合的湍流強化原理。本文的研究工作主要有:第一,基于Precursor方法實現(xiàn)了湍流進口邊界條件,利用已有的實驗和仿真數(shù)據(jù)對數(shù)值方法進行了驗證,并對比研究了球形凹坑、淚滴形凹坑、球形凸包等多種非光滑單元單體的流場特性和湍流強化效應。結果表明:高湍動能區(qū)與高Nusselt數(shù)區(qū)具有空間分布上的不一致性,說明盡管湍動能能夠反映出非光滑單元的湍流強化效應,但并不能解釋壁面上的強化傳熱效應。同時,不同形狀的凹坑的流場特性相近、強化傳熱效應基本相同。而當粗糙度比率相同時,凸包實現(xiàn)了比各式凹坑更... 

【文章來源】：吉林大學吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：166 頁

【學位級別】：博士

【部分圖文】：

速度脈動云圖

第2章湍流場的渦系結構19速條帶呈現(xiàn)更為細長的結構，同時在多個區(qū)域形成鼓包結構。一個低速條帶可以對應多個鼓包。鼓包的尺寸較大，意味著低速流體可以間歇性地影響到遠離壁面的外側流場區(qū)域，這就是在圖2.1的Y-Z平面內形成蘑菇形結構的原因。另一方面，高速條帶形成了更為扁平的三維結構，在近壁區(qū)域其展向上的尺寸也更大。圖2.2低、高速條帶的三維結構示意圖2）上噴和下掃圖2.3上噴和下掃這里利用Wallace[21,41]提出的象限分析法（QuadrantAnalysis）研究上噴、下掃現(xiàn)象以及瞬時剪切（ShearProduct）的產(chǎn)生。如圖2.3所示，紅色、藍色結構分別是上噴、下掃對應的三維結構，它們在空間上也是間隔交替存在的。上噴是低速流體的外向型運動所形成的結構，即低速條帶抬升后將部分低速流體拋射至遠離壁面的流層。下掃是高速流體的內向型運動所形成的結構，即高速流體從距離壁面較遠的區(qū)域突入到近壁區(qū)域[23]。上噴和下掃是承

第2章湍流場的渦系結構19速條帶呈現(xiàn)更為細長的結構，同時在多個區(qū)域形成鼓包結構。一個低速條帶可以對應多個鼓包。鼓包的尺寸較大，意味著低速流體可以間歇性地影響到遠離壁面的外側流場區(qū)域，這就是在圖2.1的Y-Z平面內形成蘑菇形結構的原因。另一方面，高速條帶形成了更為扁平的三維結構，在近壁區(qū)域其展向上的尺寸也更大。圖2.2低、高速條帶的三維結構示意圖2）上噴和下掃圖2.3上噴和下掃這里利用Wallace[21,41]提出的象限分析法（QuadrantAnalysis）研究上噴、下掃現(xiàn)象以及瞬時剪切（ShearProduct）的產(chǎn)生。如圖2.3所示，紅色、藍色結構分別是上噴、下掃對應的三維結構，它們在空間上也是間隔交替存在的。上噴是低速流體的外向型運動所形成的結構，即低速條帶抬升后將部分低速流體拋射至遠離壁面的流層。下掃是高速流體的內向型運動所形成的結構，即高速流體從距離壁面較遠的區(qū)域突入到近壁區(qū)域[23]。上噴和下掃是承

【參考文獻】：
期刊論文
[1]Space–time correlations in turbulent flow: A review[J]. James M.Wallace.  Theoretical & Applied Mechanics Letters. 2014(02)



本文編號：3545406