不可壓縮平板邊界層從層流突變?yōu)橥牧鞯臋C(jī)理及湍流特性.pdf

1、本文采用直接數(shù)值模擬(DNS)的方法，模擬了平板邊界層的轉(zhuǎn)捩過程及充分發(fā)展的湍流。在此基礎(chǔ)上，研究了平板邊界層轉(zhuǎn)捩過程中breakdown的根本機(jī)理和充分發(fā)展湍流的若干重要特性，探討了不同初始擾動(dòng)對(duì)轉(zhuǎn)捩的持續(xù)時(shí)間及轉(zhuǎn)淚后的湍流邊界層厚度的影響，得出了以下結(jié)論： 1.當(dāng)層流中的擾動(dòng)幅值增長(zhǎng)時(shí)，通過非線性作用將修正平均流剖面。與此同時(shí)，非線性作用還將使更多的諧波被激發(fā)。但只有在平均流剖面的線性不穩(wěn)定性區(qū)擴(kuò)大后，才會(huì)有更多的諧波被快速

2、激發(fā)并增大。這時(shí)就開始了轉(zhuǎn)捩的breakdown過程。在此過程中，由于大量諧波的快速被激發(fā)并增大，導(dǎo)致了雷諾應(yīng)力的快速增大，相應(yīng)地其法向梯度也快速增大。這使得平均流剖面得以快速地被修正，流動(dòng)得以快速地轉(zhuǎn)變?yōu)橥牧鳌?2.如果計(jì)算的初始擾動(dòng)中的斜波在展向不是對(duì)稱的，那么非線性作用會(huì)使得以后的展向平均流速一般也不為零。而展向平均流速的存在對(duì)線性穩(wěn)定性分析的結(jié)果可能有很大的影響。實(shí)驗(yàn)中由于邊界條件的不同，可能不會(huì)出現(xiàn)這種情況。計(jì)算中的展

3、向平均流速可能不為零，表明在計(jì)算中所得到的湍流可能不是一個(gè)隨機(jī)過程的問題。 3.在給定計(jì)算域情況下，不同的初始擾動(dòng)引起的轉(zhuǎn)捩的持續(xù)時(shí)間比較接近；在不同的計(jì)算域情況下，計(jì)算得到不同的初始擾動(dòng)引起的轉(zhuǎn)捩的持續(xù)時(shí)間不同。在給定計(jì)算域情況下，如果初始擾動(dòng)在z方向不是對(duì)稱的，那么，它們引起的轉(zhuǎn)捩后平均邊界層厚度與轉(zhuǎn)捩起始點(diǎn)處邊界層厚度的比值-δe/δb在相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)表現(xiàn)出相同的增長(zhǎng)規(guī)律，這一增長(zhǎng)規(guī)律與所加的初始擾動(dòng)無(wú)關(guān)：如果初始擾動(dòng)在z