基于DNS和POD方法的粘弹性湍流减阻流动特征研究

摘要

本文将直接数值模拟(DNS)方法和本征正交分解(POD)技术结合起来研究不同弹性减阻流体流动的平均特性和脉动特征结构,提取了速度和附加变形(与减阻剂带来的附加应力有关)的脉动特征结构,对含不同能量的典型湍流结构和附加变形结构进行了分析。结果显示减阻剂主要对大尺度含能结构产生作用,使得大尺度结构的能量比重增大,小尺度结构的能量比重减小,使减阻流动比牛顿流体流动表现出更强的各向异性。随着流体弹性的增强,减阻流体的主流脉动大尺度结构在流向伸长,在壁面方向梯度减小,交替出现了一系列顺时针和反时针流向大涡,流动的有序性得以增强;脉动流线由无规则缠绕逐渐变为沿流向和垂向的大尺度旋转和沿展向的对称分布;脉动涡结构增大,在流向被拉长,在垂向移向槽道内部,在展向被拉宽;脉动变形结构由壁面向流动区域内部不断迁移整合。这些说明减阻流体弹性的增强和减阻率的提高与大尺度螺旋运动和内部附加变形网络结构的增大有关,此时脉动结构分布更加有序,能量缓冲作用更大。