粘彈性流體強(qiáng)迫各向同性湍流大渦數(shù)值模擬研究.pdf

1、自從Toms發(fā)現(xiàn)向液體中添加少量聚合物會(huì)產(chǎn)生湍流減阻效果以來(lái),國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)湍流減阻現(xiàn)象展開(kāi)了深入的研究。眾多學(xué)者采用數(shù)值模擬的方法對(duì)其進(jìn)行研究,其中大渦數(shù)值模擬(LES)方法不僅可以減少計(jì)算量,還可以獲得更多的流場(chǎng)內(nèi)部微觀信息,故其既可以用于理論研究也可以用于解決實(shí)際工程問(wèn)題。本文將采用LES方法對(duì)粘彈性流體強(qiáng)迫各向同性湍流進(jìn)行數(shù)值模擬。
　　本文首先介紹兩種LES亞格子模型,即:ADM模型和TADM模型,并將兩種亞格子模型進(jìn)行比

2、較。應(yīng)用這兩種LES亞格子模型對(duì)牛頓流體強(qiáng)迫各向同性湍流進(jìn)行模擬,并將模擬所得的結(jié)果與牛頓流體DNS結(jié)果進(jìn)行比較,驗(yàn)證兩種模型的正確性。這兩種模型分別代表了LES中的兩大類亞格子模型,即:空間過(guò)濾亞格子模型和時(shí)間過(guò)濾亞格子模型。通過(guò)比較ADM模型和TADM模型,可以得到空間過(guò)濾與時(shí)間過(guò)濾的差異,進(jìn)而選擇較好的TADM模型來(lái)模擬粘彈性流體工況。
　　其次,基于TADM模型對(duì)粘彈性流體強(qiáng)迫各向同性湍流進(jìn)行LES模擬,并分析其特性。將T

3、ADM模型模擬的粘彈性流體結(jié)果與已知的粘彈性流體DNS結(jié)果進(jìn)行比較,驗(yàn)證其正確性。根據(jù)LES的結(jié)果分析了粘彈性流體強(qiáng)迫各向同性湍流的湍流基本參數(shù)和擬渦能及變形能的變化規(guī)律。發(fā)現(xiàn)粘彈性流體的減阻效果隨著粘彈性流體溶液濃度的增加而明顯變強(qiáng)。通過(guò)提取牛頓流體和粘彈性流體各向同性湍流中的相干結(jié)構(gòu),發(fā)現(xiàn)粘彈性的存在抑制了小尺度渦結(jié)構(gòu),進(jìn)而說(shuō)明小尺度間歇性受到抑制。通過(guò)分析速度偏導(dǎo)數(shù)的高階關(guān)聯(lián)函數(shù),更為直接地說(shuō)明流體的粘彈性抑制了湍流流動(dòng)的小尺度間