湍流场中方向统计特性研究

摘要

由于平均流场的存在,湍流场的脉动统计特性将在空间不同取向产生不同的统计规律.这也是一般湍流场与各向同性湍流场的区别.深入理解平均流动对流场产生的非各向同性的规律及平均流场与脉动流场的关系有助于更好地认识湍流动力学的内在物理机理.已有的相关工作基本是局限于某些特殊参数的影响(例如均匀剪切流的速度梯度)[1][2].我们选取了管道湍流来研究这个问题.流场空间结构如图一所示.空间的不均匀性体现在x-z 平面,相位角θ表示瞬时速度与x 方向的夹角.通过直接数值模拟(DNS)分析了在局部速度矢量的模值及单位方向矢量的概率密度对空间相位角θ的依赖关系,如图2(a)(b)所示.进一步通过将流动控制方程在流线坐标系下表示对这些重要的关系进行了尝试性的定量分析,对其中依赖关系的物理机理进行了讨论.类似的分析可能通用于不同结构的流动.