微小氣泡及行波洛侖茲力作用下槽道湍流減阻的數(shù)值研究.pdf

1、湍流減阻控制一直是人們研究的熱點問題，相關(guān)研究在工程實際中具有廣泛的應(yīng)用。本文采用直接模擬方法對微小氣泡以及流向行波洛侖茲力作用下的湍流控制問題進(jìn)行了數(shù)值研究。研究表明，在這兩種控制手段下，湍流的摩阻、統(tǒng)計平均量以及流動結(jié)構(gòu)都發(fā)生了明顯變化，并給出了一些新的減阻機(jī)理和控制方法。本文主要工作和研究成果如下： 在施加微小氣泡作用的槽道湍流中，研究了在壁面附近加入微小氣泡導(dǎo)致壁面摩阻減小問題，發(fā)展了用有限差分方法消除計算高斯積分帶來的

2、積累誤差的方法，分析了施加微小氣泡作用后湍流摩阻隨時間的變化規(guī)律，給出了持續(xù)減阻所必須保證的條件。基于計算結(jié)果，發(fā)現(xiàn)氣泡放置的初始位置非常關(guān)鍵，選擇合適的初始位置無論是向壁面運動，還是向槽道中心運動均對摩阻的減小有所貢獻(xiàn)。同時，進(jìn)一步研究了施加入微小氣泡作用后對湍流擬序結(jié)構(gòu)，尤其是對近壁處的湍流擬序的影響。發(fā)現(xiàn)加入微小氣泡作用之后，壁面處瞬時流向脈動速度的“高低速”條帶結(jié)構(gòu)變?nèi)?，流向渦被抑制，整個壁面附近的湍流度降低。 在施加行

3、波Lorentz力作用的槽道湍流中，研究了在流向傳播的行波Lorentz力作用下的槽道湍流摩阻控制問題。研究表明，在流向傳播的行波Lorentz力作用問題中，行波相速度C是一個重要的控制參數(shù)。當(dāng)行波相速度C＞0時，湍流摩阻主要呈增加的趨勢；反之，當(dāng)行波相速度C＜0時，則主要得到阻力減小的結(jié)果。同時，對行波Lorentz力減阻機(jī)理給出了必要的分析解釋，發(fā)現(xiàn)壁面摩阻的變化特性與展向平均速度的穿透深度密切相關(guān)。當(dāng)展向平均速度的穿透深度大于標(biāo)準(zhǔn)