壁湍流的電磁力減阻機(jī)理.pdf

1、在流有電解質(zhì)溶液的槽道流中施加電磁力能夠影響流場中速度、壓力等力學(xué)量的分布，選擇合適的電磁力控制策略可以實(shí)現(xiàn)對湍流的消渦減阻。當(dāng)前，人們對節(jié)能減排的需求越來越大，減阻技術(shù)能夠降低設(shè)備能耗，提高設(shè)備運(yùn)行速度和穩(wěn)定性，故流動控制有著很好的應(yīng)用前景。
　　本文利用直接數(shù)值模擬技術(shù)對槽道流場進(jìn)行了研究，并且計算了在流場中施加展向振蕩電磁力前后的流場速度分布。在對流場進(jìn)行計算時，流向和展向采用的均是周期性邊界條件，并利用傅里葉變換對其進(jìn)行轉(zhuǎn)

2、換，法向則采用無滑移壁面條件，并利用契比雪夫變換對該方向進(jìn)行轉(zhuǎn)換，再利用差分方法對方程中的時間項進(jìn)行離散，最后利用影響矩陣法以及契比雪夫-τ方法實(shí)現(xiàn)對N-S方程的求解過程。
　　在求解了不同時刻的N-S方程之后能夠得到各個時間對應(yīng)的湍流流場速度分布，在此基礎(chǔ)上能夠研究在流場中施加電磁力前后流場分布的變化規(guī)律以及電磁力對湍流流場的具體影響，繼而解釋電磁力能夠減阻的原因。壁湍流的壁面摩擦阻力主要來自于三個部分，分別是層流、湍流和其他因

3、素，其中湍流對壁面摩擦阻力的貢獻(xiàn)可以表示為對雷諾應(yīng)力的加權(quán)求和。因此流場中的壁面摩擦阻力和雷諾應(yīng)力有著密切的關(guān)系。本文主要根據(jù)模擬計算結(jié)果中的速度分布求出了各個時刻流場中條帶、渦結(jié)構(gòu)、雷諾應(yīng)力、速度概率密度以及能譜等的具體分布。通過對比以上各量的分布在不同時刻的異同，發(fā)現(xiàn)在流場中施加合適的展向振蕩電磁力可以有效降低流場中的流向速度和法向速度，從而減小湍流對流場壁面阻力的貢獻(xiàn)。這就是在流場中施加展向振蕩電磁力能夠行之有效的減小壁面阻力的機(jī)